高精度直流微電阻測(cè)試儀的研究與開發(fā)-----理論研究

2.2.2.3電橋法測(cè)電阻原理

直流雙臂電橋又稱凱爾文電橋，主要用于測(cè)量低值電阻。雙電橋測(cè)小電阻的電路原理圖如圖2.5所示：

圖中RX是被測(cè)電阻，RN是低阻值標(biāo)準(zhǔn)電阻，它們都是4端連接；RX與RN用一根短而粗的電阻值為R的導(dǎo)線連接，并與電源組成一個(gè)閉合回路：電壓接頭分別與R1，R2，R3和R4連接，各電阻值均不小于10

當(dāng)電橋平衡時(shí)，檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)，E和f兩點(diǎn)電勢(shì)相等，根據(jù)基爾霍夫第二定律列出方程組，解得：

在實(shí)驗(yàn)中，固定凡和凡，調(diào)節(jié)凡和凡，使電橋平衡，運(yùn)用公式即可計(jì)算出被側(cè)電阻凡的阻值.

雙臂電橋減小附加電阻影響的關(guān)鍵在于4端連接，從圖中可以看出，4端連接是電流接頭和電壓接頭分接，把各連接部分的導(dǎo)線電阻分別引入檢流計(jì)回路或電源支路中。因檢流計(jì)回路電阻為大電阻，引入檢流計(jì)回路的附加電阻可忽略不計(jì)；而引入電源支路的導(dǎo)線電阻和接觸電阻只影響工作電流，不影響電橋平衡；因此，都不影響凡的測(cè)量值。值得說(shuō)明的是，由于電源回路包括凡與凡中電阻小，電流大，電路易發(fā)熱，會(huì)使電路中電阻值增大，造成測(cè)量值變化不定。因此，在實(shí)際測(cè)量低阻時(shí)，應(yīng)盡量縮短實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)間，為避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化不定，應(yīng)考慮電路散熱問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法是增大4端連接頭的散熱面積〔51.雙電橋法測(cè)電阻的特點(diǎn)是能消除接線電阻及接觸電阻所造成的誤差，大大減小接觸電阻的影響，提高了測(cè)量的精度。但是由于雙臂電橋回路通過(guò)的是只有幾個(gè)微安的微弱電流，難以消除電阻較大的氧化膜的影響，測(cè)出的電阻示值偏大，而氧化膜在大的電流下很容易被燒壞，不允許正常電流通過(guò)。而且當(dāng)觸頭因調(diào)整不當(dāng)、運(yùn)行中發(fā)生變化或觸頭燒損嚴(yán)重等使有效接觸面積減小時(shí)，雙臂電橋的微弱電流在其接觸處不會(huì)產(chǎn)生收縮，無(wú)法測(cè)出收縮電阻，而在大電流或正常電流通過(guò)時(shí)，會(huì)使該處接觸處的電阻增加，引起觸頭的過(guò)渡發(fā)熱和加速氧化。

2.2.2.4四線法測(cè)電阻原理

四線測(cè)量是將恒流源Is電流流入被測(cè)電阻RX的兩根電流線和電壓表測(cè)量端的兩根電壓線分開，使得電壓表測(cè)量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓，如圖2.6所示。

從圖中可知：“四線測(cè)量法比二線測(cè)量法多了兩根饋線，電壓測(cè)量端并不和恒流源端直接相連，而是直接連到待測(cè)電阻兩端。所以，恒流源與被測(cè)電阻R廠、饋線尺、凡構(gòu)成一個(gè)回路。送至電壓測(cè)量端的電壓只有RX兩端的電壓，饋線R1、R4電壓沒有送至電壓測(cè)量端，因此，饋線電阻R1和R4對(duì)測(cè)量結(jié)果影響極小。由于電壓表的輸入阻抗遠(yuǎn)大于饋線電阻R2和R3，饋線電阻R2和R3對(duì)測(cè)量結(jié)果影響同樣很小。通過(guò)已知電流凡和測(cè)得的電阻凡兩端的電壓呱即可得到RX：

所以由上式可知，四線測(cè)量法測(cè)量微小電阻的準(zhǔn)確度很高。因此，即使測(cè)量導(dǎo)線電阻不相等，也不會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。所以，本課題研究的高精度微電阻測(cè)試儀采用四線制的方法來(lái)測(cè)量。

2.3.3電流反向兩次測(cè)量法

電流反向兩次測(cè)量法的原理如下圖2.7所示，誤差源中的熱電動(dòng)勢(shì)既來(lái)自測(cè)量電路外部，又來(lái)自測(cè)量電路本身；電化學(xué)電勢(shì)，同樣也來(lái)自測(cè)量電路外部和內(nèi)部，折算到放大電路輸入端放大電路本身的失調(diào)電壓，記為際。這些誤差信號(hào)大小基本都不隨測(cè)試電流的大小和方向變化，但是熱電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨溫度變化而變化

設(shè)來(lái)自測(cè)量電路外部的熱電勢(shì)為綺，來(lái)自測(cè)量電路本身的熱電勢(shì)為瑞；來(lái)自測(cè)量電路外部的電化學(xué)電勢(shì)為凡，來(lái)自內(nèi)部的電化學(xué)電勢(shì)為E：；折算到放大電路輸入端放大電路本身的失調(diào)電壓為。