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優(yōu)利德臺式數(shù)字萬用表UT805A+四線電阻測量模式

今天我們來了解優(yōu)利德出品的臺式數(shù)字萬用表UT805A+特有功能四線電阻測量模式。相信很多用戶都用過萬用表測量電阻,大多數(shù)萬用表都是使用兩線測量電阻的方法,即紅黑兩根表筆分別接入電阻兩端引腳進行測量,而四線測量電阻是在電阻引腳兩端分別接入兩根導(dǎo)線,是一種電阻測量更為精準的方法。無論是二線還是四線測量,萬用表測量電阻都是使用伏安法,給電阻兩端輸出恒電流,通過歐姆定律算出產(chǎn)生的電壓,那四線電阻測量是如何實現(xiàn)更精準的測量呢?


1、二線測量電阻原理


二線測量電阻如圖1所示,萬用表輸出恒電流I給電阻Rx兩端,回路中還并了一個內(nèi)阻很大的電壓表,讀取回路Rx兩端的電壓,所以導(dǎo)線既傳輸了電流,又傳輸了電壓,即電流,電壓同在一個回路。但是這種方法會衍生一個問題,所測的電阻其實是電阻Rx+表筆電阻R1與R2,得出的電壓也并非單純的電阻Rx兩端電壓。


表達式為:R=Rx+R1+R2

U=IR


圖1:二線測量電阻原理圖


在表筆完全接觸良好的情況下,根據(jù)導(dǎo)線的粗細以及長度,R1+R2可以很?。ㄒ话銥?mΩ~100mΩ),測量電阻R為高阻時,幾乎不影響精準度,可忽略不計,但是測量小電阻(<10Ω)時,誤差相對就非常大了。這時就要思考,如何測量小電阻時,避免導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的誤差呢?于是就有了四線測量電阻的方法。


2、四線測量電阻原理


四線測量電阻如圖2所示,在電阻兩端分別連接兩根導(dǎo)線,萬用表輸出恒電流I給電阻Rx兩端形成回路1,Rx兩端產(chǎn)生的電壓Ux通過另外兩根導(dǎo)線引至萬用表中的電壓表形成了回路2。回路1作為電流供給,回路2作為高阻抗電壓測量,與二線測量電阻不同的是,電流與電壓不在同一個回路中。

回路1:

Rx與R2,R3是串聯(lián)的關(guān)系。串聯(lián)電路中,所有元件通過的電流都是恒流源輸出的I,表達式:Ux=IRx,U2=IR2,U3=IR3;

回路2:

Rx與R1,R4也是串聯(lián)的關(guān)系。串聯(lián)電路中,總電壓等于各個元件兩端電壓之和,表達式:U=Ux+U1+U4


圖2:四線測量電阻原理圖


精準測量電阻Rx的目標就是電壓表可直接測出Ux,但是現(xiàn)在測出的是U。

U已經(jīng)是非常接近Ux,因為在回路2中,電壓表(MΩ級)的內(nèi)阻是很大的,遠遠大于導(dǎo)線的電阻R1與R4 (mΩ級),導(dǎo)致回路2中電流非常小,對應(yīng)產(chǎn)生的電壓U1,U4也很小。

在導(dǎo)線完全接觸良好的情況下,R2和R3對測量結(jié)果沒有影響,R1和R4對測量結(jié)果有影響,但影響很小。所以四線測量電阻可以很好的消除導(dǎo)線內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響,對小電阻測量精度更高。


3、數(shù)據(jù)支持


使用優(yōu)利德的UT805A+臺式數(shù)字萬用表分別對阻值不同的電阻進行二線,四線電阻測量法進行對比測試,操作如圖3,4,5所示。測量的電阻有0.1Ω,1Ω,10Ω,100Ω,1kΩ,10kΩ,100kΩ,1MΩ,可看下方數(shù)據(jù)表。為了對比測試的嚴謹性,我們使用高精度LCR來計量標稱值。




總結(jié):從數(shù)據(jù)可看出測量100Ω以下電阻,使用四線測量電阻與計量值偏差非常小,相對二線更加接近計量值。綜上所述,當測量大電阻時,二線與四線測量電阻差別不大,當測量小電阻時,四線測量結(jié)果更精確。


4、測量電阻原理探究


上文講了測量電阻的原理是萬用表輸出一個恒電流,同時內(nèi)部測量電阻兩端的電壓,那恒電流是多大呢?測出的電壓怎么轉(zhuǎn)換為電阻顯示?下面就以UT805A+為例一探到底!


圖6:電阻檔輸出電流測量


如圖6所示,當UT805A+電阻檔量程為200Ω檔位時,測量HI和LO端的電流為1mA。不同量程檔位萬用表輸出的電流也不同,如表:



舉例:當測量的電阻為10.0111kΩ時,輸出的電流為100μA,根據(jù)歐姆定律得出電阻兩端的電壓為1.00111V,再進入ADC(2.5V基準)進行運算,數(shù)模轉(zhuǎn)化后顯示出約10.0111kΩ。


當然我們測量的電阻是未知的Rx,在自動量程模式下UT805A+的MCU就會根據(jù)邏輯選擇合適的測量檔位,例如它會先用中間檔位量程20kΩ檔位測量,測出判斷是否在合理的量程范圍[1.9kΩ,22kΩ],如果測出的值,不在這個合理范圍內(nèi),就切換檔位量程進下一步測量,直至給電阻找到合適的量程測量,而且整個采樣速率高達5000rdgs/s。


5、四線制測量應(yīng)用


四線制測量電阻法常應(yīng)用于電子行業(yè)中測量元器件:電阻,電感,電機,繼電器,保險絲等,也用于測量電路板中的通孔,線阻等;對于導(dǎo)電材料,溫度傳感器等對內(nèi)阻要求較高的應(yīng)用場合,四線測量電阻法起了尤為重要的作用。


結(jié)語:


無論是二線還是四線測量電阻,都是會存在一定的誤差,誤差的大小取決于萬用表內(nèi)部電流源輸出精度與電壓表測量精度,以及環(huán)境溫度與導(dǎo)線內(nèi)阻等,再綜合制定指標。二線法操作簡單,四線操作相對繁瑣,成本較高,但對于小電阻測量,四線測量電阻法表現(xiàn)得非?!皟?yōu)異”。UT805A+內(nèi)置精密電流源與高精度電壓表,精準快速的測量電阻,是一款顯示分辨率高、多功能、高精度的臺式數(shù)字萬用表,廣泛應(yīng)用于科研教育、研究開發(fā)、檢測維修、校準、自動化測試等。





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