|
Ο、前言
电阻是最常见的电子电器设备的单位之一，电阻基准是各标准实验室必须保持的基准之一，精密电阻测量是常见的实验室操作。
不太精密的测量可以用万用表、电桥直接进行电阻测量。但精密的电阻测量，就不能直接用万用表测试了，哪怕是用最高档的8位半，年不确定度也是7ppm左右。
精密测量电阻采取的办法，不是直接测试，而是对比。一般是被测电阻与基准电阻进行对比。而为了能够准确的进行对比，要用到各种电阻比较仪器。
本文试图又浅入深探讨一下电阻的测量/对比方法，最后给出一个自制Warshawsky比较电桥的实例。
一、电阻的测量方法
1.1、直接测量法，也叫转换测量法、I-V法。
测量时，把电阻欧姆先转换成别的量再测量。比如把被测量电阻施加以一个已知的电压，那么再测量流过电阻的电流，根据欧姆定律，这个电流与电阻成正比。因此，我们采用测量这个电压，就可以得到电阻值。
直接测量简单快速，但转换后很多因素直接参与误差贡献，比如恒流源的精度、电压表的精度都直接影响被测电阻值。
用质量/砝码的称量来举例，用弹簧称称量砝码，就属于直接测量，要求仪器的线性度良好，但也与重力、弹性等太多因素有关，误差可能比较大。
为了排除引线电阻和接触电阻的影响，可以采用4线测试。
四线测试首先要有个精密恒流源，用其中的2线接到电阻上。这样吗无论有多大的接触电阻和引线电阻，电流都是恒定的。
另外还有两个电压接点，由于电压表输入阻抗非常高，因此可以认为2根电压引线是没有压降的，因此无论有多大的接触电阻和引线电阻也都是没有影响的。
1.2、对比法
对比法就是用另外一个标准电阻与被测电阻进行比较，若二者平衡，那么对比指示为0或者居中。其优势是，不要求指示仪表的准确性。对比法根据被测量和标准量是否相等，可以再分成同值对比和不同值对比两种。
同值电阻对比，比如等臂电桥。由于电桥两臂相等，因此制造时可以做的一样，一致性和对称性可以做得很好，因此对比起来误差小；
非同值电阻对比，比如普通电桥。此时电桥臂的阻值不一样，因此采用的电阻就不一样（比如采用不同线径的电阻丝），测量时电压、发热情况也不一样，因此会存在更多的产生误差的机会。
用质量/砝码的称量来举例，常见的天平就是同值对比。而常见的杆称或者台秤就是非同值对比。无论如何，由于是对比，因此比如重力的变化就对称量没有影响。
1.3、替代法
其实，等臂电桥或者机械天平，尽管做的表面上很对称，但任何东西不可能做到完全对称，比如漏电阻、内部引线电阻、分压不均匀等。尽管可以用交换法来抵消一部分，但交换与替代有类似的地方。
替代法其实就是一种方法，是在以上两种方法的基础上，把被测量和标准不是同时异地，而是同地分时对比。先把标准放上去，电桥或者天平的另一端加个假负载（Dummy），调整平衡或者记下误差/读数后，把被测物换上来，重新调节平衡或读数。这样，由于臂长不一样、引线电阻不一致或者漏电等造成的因素可以几乎完全消除，只剩下短期稳定性而引起的可重复性是误差的来源，而这个误差可以通过多次测量来减少。
也就是说，有了对比法的器材，就可以进行替代法操作。历史上，曹冲称象可以说就是一个典型的替代法。
替代法之四线电阻法
如图，2个对比电阻的电流端直接串联（一直串联不转换），通以恒流电源，这样其接触电阻和引线电阻是不影响电流的。电压端可以切换对比。
二、常见的电阻比较仪器极其简单原理
2.1、单臂电桥
1/4 1 2 3 4 下一页 尾页 |
