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|电阻器是一种比较常见的电子元件,在电子领域中定义为由电阻材料制成的两端元件,具有特定的结构,可以限制电路中的电流流动。
电阻测量的一般原理是提供激励电流源,并根据两端元件两端获得的电压来测量电阻对电流扰动的影响。基于这一原理,万用表有两种测量电气组的方式:2线系统和4线系统。
1、两线测量原理顾名思义,两线法是仅用两根导线连接被测电阻的方法,其工作原理如图1所示。双线法是将导线连接到被测电阻的两端,是一种简单、成本低、应用广泛的连接方法,但导线本身具有电阻,电阻值会发生变化。它随着环境温度的变化而变化,从而在电阻测量中产生不确定的附加误差。即使测量大电阻,引线也不宜太长。另外,由于测量回路和电流回路无法分离,表笔与测量点之间不可避免地存在接触电阻,从而产生误差。
图1 2线测量原理
万用表包含一个带有高精度电流源和大内阻的电压表。万用表通过测量电压来测量电阻器中断电流的能力,但从图中可以看出,两线系统中测量的电压实际上是被测电阻器两端的电压。这是导线产生的电阻以及与表笔接触产生的接触电阻。被测电阻的数学表达式为:
R测试=R+2r+2Rs
其中,R为被测电阻,r为布线电阻,Rs为接触电阻。典型导线的导通电阻范围为1m至100m,表笔与被测点之间的接触电阻也处于m级别,但如果待测电阻R足够大,导通电阻和接触点电阻匹配。大多数情况下忽略它没有问题,但如果出于实际目的需要,在测量微小电阻值(10)时,不可避免地会出现错误,因为测量的电阻值与接线电阻或接触电阻几乎相同反抗。
这时就需要减少这些接线电阻和接触电阻对测量电路的影响,因此引入了4线测量电阻。
2. 4 线测量原理在4 线制系统中,电阻器两端连接两根导线,其中两根导线向电阻器提供恒定电流I,将电阻器R 转换为电压信号U。另外两根信号线转换电压信号,U接设备,其测量原理如图2所示。这种连接方法虽然几乎可以消除接线电阻和接触电阻的影响,但价格昂贵且测量接线复杂,因此主要用于高精度电阻测量。
图2 4线测量原理
由于SDM3055万用表内置运算放大器,被测电压表Vm的内阻可能很大,比被测电阻大一个数量级。由于精密电流源产生的电流只有一小部分流过测量电压表所在的电路,由接线和接触电阻引起的压降几乎可以忽略不计,因此被测电压大约为测量电阻器两端的电压比两线系统更准确。
3、2线与4线测量实例对比使用鼎阳科技SDM3055数字万用表测量标称值为100K、1K、100、10、1、0.1的电阻。 - 使用线制测量不同的电阻,得到不同的结果。 (标称电阻值并不准确,所以这里我们用更精确的万用表测量标称值作为标准值)
图3和图4分别显示了使用2线系统和4线系统测量0.1标称值和0.1432典型值电阻的显示结果。
图3 基于鼎阳科技台式万用表SDM3055的2线测量结果
表1 测量结果统计
结论:表中数据的纵向比较表明,2 线系统的测量结果始终大于4 线系统的测量结果。横向比较中,电阻越小,相对误差基本呈现增大趋势,但同时综合分析发现,在大电阻测量中,2线和4线的测量误差为我们发现它们本质上是相同的,但是当电阻更小时,4线系统的测量更准确。
4. 2 线制和4 线制系统的共同点,两种连接方式均使用高精度电流源和内部电压表,常见误差可能由电流源本身引起;受测量精度影响。它是一个电压测量表。
数字万用表将电压表测得的电压U送至ADC进行量化、计算、分析,最后送到显示屏进行显示。某些量化误差是不可避免的。
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