用数字万用表精确测量小电阻

用数字万用表精确测量小电阻

摘要：提出用“四线”和“馈线补偿法”精确测量小电阻的方法，并给出了实验结果。

关键词：四线测量；馈线补偿；恒流

1引言

数字万用表测量电阻是通过测量恒流源电流I流过被测电阻RX所产生的电压Vx实现的。通过对Vx数字化及小数点移位便可得到Rx的数字化值。原理框图如图1：

测试时，恒流源电流I通过Hi－Lo端和测量线馈送至被测电阻Rx，电压测量端S1、S2通过短路线接至Hi－Lo端。数字万用表实际测量到的电阻值包括被测电阻Rx及馈线电阻RL1和RL2。当测量的电阻阻值较小时，馈线电阻产生的误差就不容忽视。如何用现有的数字万用表精确测量阻值很小的电阻是工程技术人员经常遇到的问题。

2四线测量

四线测量是将恒流源电流流入被测电阻R的两根电流线和数字万用表电压测量端的两根电压线分离开，使得数字万用表测量端的电压不再是恒流源两端的直接电压，如图2所示。

从图中可以看出，四线测量法比通常的测量法多了两根馈线，断开了电压测量端与恒流源两端连线。由于电压测量端与恒流源端断开，恒流源与被测电阻Rx、馈线RL1、RL2构成一个回路。送至电压测量端的电压只有Rx两端的电压，馈线RL1、RL2电压没有送至电压测量端。因此，馈线电阻RL1和RL2对测量结果没有影响。馈线电阻RL3和RL4对测量有影响，但影响很小，由于数字万用表的输入阻抗（MΩ级）远大于馈线电阻（Ω级），所以，四线测量法测量小电阻的准确度很高。不过，四线测量中的恒流源电流的精确度非常关键。建议采用外加的更稳定的恒流源电流；应注意的是，外加的恒流源电流的大小要与数字万用表恒流源电流的大小相等。我们采用的外加的恒流源电流由高精密基准电压源MAX6250、运放及扩流复合管组成，如图3所示。电压源MAX6250的温漂≤2ppm/℃，时漂ΔVout/t＝20ppm/1000h。

I取800μA～1mA，R是极低温漂线绕电阻（若取I＝1mA，R＝5kΩ），这时I的温漂和时漂相当于MAX6250的水平。

3馈线电阻补偿

馈线电阻补偿法通常采用三线制接法，被测电阻与接地的线相接。原理如图4所示。

I取800μA～1mA，R是极低温漂线绕电阻（若取I＝1mA，R＝5kΩ），这时I的温漂和时漂相当于MAX6250的水平。

3馈线电阻补偿

馈线电阻补偿法通常采用三线制接法，被测电阻与接地的线相接。原理如图4所示。

恒流源电流I通过馈线2流入被测电阻，馈线1接地，馈线2和3分别接运放A1和A2的输入端。若两运放的增益都为1，其输出电压V1和V2为：

从上式可知，馈线电阻上的附加电压加到A3的输入端，通过求差而消除，输出电压仅与被测电阻有关，且成线性关系。不管被测电阻大小如何，误差都能完全补偿。

在这种馈线电阻补偿法测量小电阻电路中，测量精确度主要取决于恒流源电流I的精确度和馈线电阻RL

的大小是否相等。电路中的运放可选用四通用单电源运放（LM324）。当用此法测量阻值小于0.5Ω的电阻时，应确保RL完全相等（注意馈线材料，长短及焊点的大小）。

4实验比较

比较分四组进行：①用普通数字万用表测量；②用四线测量（借助于数字万用表本身的恒流源电流）；③用四线测量（用外加的恒流源电流）；④馈线补偿测量。

对测量结果的比较可以看出，对于100Ω的电阻，普通数字万用表的测量相对误差在2%左右，随着电阻值变小，未经过改进的数字万用表的测量误差越来越大，原因主要是馈线电阻的影响；经过处理的数字表，测量5Ω电阻的相对误差在2%以下，但受恒流源电流本身稳定度的影响，②、③测量结果的准确度也不一样；而馈线补偿法测量误差最小，不管馈线电阻大小如何，其测量0．1Ω的相对误差都低于10%。

数字万用表应急测量在线电阻的方法(组图)

类别：行业知识发布时间：2008-1-25 阅读：1144

当前只有少数几种数字万且表，如DT860B和DT960T型数字万用表，增设有低功率测电阻挡（其符号为“LOΩ”或“LOWOHM”），因而适用于测量在线电阻，而很多数字万用表，如DT830系列和D T890系列等数字万用表，都没有这种测试功能。本文介绍一种加载降压测量法，能使没有在线电阻测量功能的数字万用表也能应急测量在线电阻。用这种方式测量在线电阻时，不必更改数字万用表的内部线路和元器件，所以在一定的实用价值。下面以DT830A型数字万用表为便介绍加载降压测量法的原理及其注意事贡。基本测量原理

在陈述加载降压测量法之前，要先介绍比例法测量电阻的原理。比例法测量电阻原理图如图1所示。图中线框内部分为万用表内部电路。从图中可看出，将被测电阻Rx接在万用表两端，相当于将Rx与基准电阻Ro串联后接在集成块TSC7106的V+引脚与COM引脚之间。将万用表拨到电阻挡后，TSC7106的基准电源Eo向Ro和Rx提供测试电流I，Ro上的压降VRo提供测试电压VRX，并作为集成块TSC7106的基准电压VREF，而VRX又是输入电压VIN。输入电压VIN与基准电压的关系式为：VIN/VRO=VRX/VRO=RX/RO，由该式求得RX=RO/VRO．VRX，VRX=RX/RO．VRO。这就是比例法测量电阻的基本原理。由VRX=RX/RO．VRO不难看出，在万且表的同一电阻挡，若被测电阻越小，其两端的测试电压也越小，短路时，即万用表显示“000”时，被测电阻RX=0，则测试电压VRX=0；反之，随着被测电阻RX的不断增大，其两端的测试电压VRX也随之增大。当万用表显示“1000”时，即RX=RO时，测试电压VRX=VRO。当被测电阻达到RX=2RO，即满量程时，显示溢出符号“1”，此时被测电阻两端的测试电压VRX=2VRO。当被测电阻开路时，其测试电压达到最大值约0.65V（典型值）。由于DT830A型数字万用表各电阻挡的开路电压（空载输出电压）约为0.65 V，所以不能直接测量在线电阻，因为这样高的测试电压足以便被测电路中的硅管（在正向测量时）趋于导通，从而影响测量经果。根据被测电阻与测试电压之间的变化规律不难想到：若我们在测量在线电阻之前，先在数字万用表的V/Ω与COM插孔之间，即两表笔之间，跨接一个电阻R1，也就是预先中一个负载电阻，把数字万且表在该电阻挡的测试电压降下来。只要R1的阻值选得合适，就能使其最大测试电压被限制在0.3V以下（不大于0.3V）。鉴于目前国内外普遍使用硅管，锗管极少见，而硅管在0.35V电压下仍处于截止状态，因此可以忽略硅管对被测电路的并联作用（可将硅管视为开路），所以这种方法能够用来测量晶体管在线电阻，这就是加载降压测量法。用此方法测量在线电阻时，各电阻挡的最大测试电压距上限0.35V应留有一定的余量，通常取最大测试电压小于等于0.3V。）用加载降压测量法测量在线电阻的电路连接如图2所示。设被测在线电阻为RX，数字万用表的显示值为R，加载电阻为R1（取实测值）。显然，R、RX和R1三者的关系式为R=R1．RX/（R1+R X），所以被测在线电阻RX=R1．R/（R1-R），由此式即可算出被测在线电阻值。但各电阻挡的加载