精密電阻測量方法探討

我們在驗(yàn)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(jìn)行了驗(yàn)證，并對測試結(jié)果的不確定度進(jìn)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(jìn)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(jī)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(dá)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(jìn)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(jìn)行測量，測量結(jié)果平均值為0.99994Ω，相對擴(kuò)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)。