精密電阻測量方法探討

我們在驗收一批阻值為1Ω、誤差優(yōu)于0.01%的精密電阻時，發(fā)現(xiàn)其誤差均在0.02%～0.16%范圍內(nèi)。為保證高精密小電阻測試結(jié)果的可信度，我們利用0.01級的標(biāo)準(zhǔn)電阻，對我們的測試方法進行了驗證，并對測試結(jié)果的不確定度進行了分析和評定. 

一、使用電子式萬用表測量

在不具有更多精密檢測設(shè)備的情況下，可以常識用電子式萬用表進行測量。
1.萬用表應(yīng)謹(jǐn)慎使用，不得受振動、受熱和受潮。
2.使用前指針應(yīng)調(diào)到機械零位。測量電阻時將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至電阻檔上，將兩測棒接觸后旋轉(zhuǎn)調(diào)零器，使指針指零歐檔方可測量，一定不要在電阻檔位上測量電壓。否則，會燒毀儀表。
3.紅色測棒為“＋”，黑色測棒為“—”。在測量直流電壓或電流時，應(yīng)將紅色測棒和黑色測棒分別接在被測物的正極和負(fù)極。否則，因接反會燒毀儀表。
4.選用量程時，要先選用較高量程，滿足指針移動至滿刻度的2／3附近，這樣可使讀數(shù)比較精確。測量直流電壓前（特別是高壓）一定要先了解正負(fù)極。如果不知道正負(fù)極，可將兩測棒快接快離，如指針順時針轉(zhuǎn)，則說明接對了；反之，應(yīng)交換測棒。
5.當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到測量電流的位置時，不能將兩測棒直接跨接在電源上。否則，因萬用表通過短路電流會被燒毀。
6.每當(dāng)測量完畢后，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到電壓檔上，防止開關(guān)在電阻檔上，兩測棒誤被其他金屬短接使表內(nèi)電池耗盡。

二、綜合使用多種儀器測量

我們選擇了經(jīng)檢定允許誤差極*為0.4%但穩(wěn)定性可達0.001%的BY2053精密直流校準(zhǔn)源作為恒流源，電壓表選擇了六位半的2000型數(shù)字多用表。恒流源提供的電流選擇為50mA。


   為了能用測量結(jié)果說明問題，我們選用了1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻（0.01級）作為被測量對象，表1列出了用2000型數(shù)字多用表的二線和四線電阻測量功能測量 1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的測量結(jié)果。1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻送上級計量單位的檢定結(jié)果為0.999985Ω。表中的二線測量數(shù)據(jù)選用了偏置功能，測量時環(huán)境溫度為20℃，相對濕度為42%。
從表1可以看出，二線電阻測量結(jié)果的誤差≥0.1%，四線電阻測量結(jié)果的誤差≥0.06%。依據(jù)二線和四線測量電阻的工作原理，對同一電阻進行測量，二線測量示值一般應(yīng)大于四線測量結(jié)果。但是表1的結(jié)果正好相反。引起的原因是短路選用偏置功能時的接觸電阻大于實際測量時的接觸電阻。即偏置不能可靠地校正測量結(jié)果。
測量電阻的方法除了直接測量法包括數(shù)字歐姆表、數(shù)字多用表二線和四線測量，還有用比率技術(shù)的電位差計法和電橋法及恒流源法。利用我廠的現(xiàn)有資源我們選擇了用恒流源給電阻提供恒定的工作電流，用六位半數(shù)字多用表測量被測電阻上的電壓，然后用歐姆定律求出被測電阻阻值的方法（以下稱恒流源法）如圖1所示。此方法的優(yōu)點是a)：由于是恒流源，因此連接電阻的測量線和接觸電阻不影響其測量結(jié)果，它只與恒流源提供的I0和2000表測量電壓的不確定度有關(guān)。b): 選擇電阻的工作電流作為測量時的電流值，更接近實際的工作狀態(tài)。

總結(jié)
a. 用二線電阻測量功能測量精密小電阻，即使使用偏置功能，測量結(jié)果的置信度仍然較低。  
b. 精密小電阻的測量結(jié)果的置信度不僅僅取決于測量儀器的技術(shù)指標(biāo)，測量儀器的允許誤差極*只是影響測量結(jié)果的原因之一。
c.測量設(shè)備及測量方法的不確定度必須滿足被測量的要求，至少優(yōu)于被測對象允誤差極*的1/4以上。
d.給電阻提供一恒定的電流，測量電阻上的電壓，然后用歐姆定律計算被測電阻值的方法，必須要有滿足要求的恒流源和數(shù)字電壓表，它主要依賴于標(biāo)準(zhǔn)儀器的技術(shù)指標(biāo)。
e.上述方法與四線測量的方法原則上沒什么區(qū)別，一些七位半、八位半數(shù)字多用表都有較好的電阻測量能力。我們用HP 3458八位半數(shù)字多用表四線電阻測量功能對同一標(biāo)準(zhǔn)電阻進行測量，測量結(jié)果平均值為0.99994Ω，相對擴展不確定度為 0.01% ，與被測電阻的指標(biāo)同一數(shù)量級。其次用四線測量的方法其工作電流是測量儀器所固有的，使用恒流源的方法可以選擇工作電流，使其更接近工作狀態(tài)。