今天我們來了解優利德出品的臺式數字萬用表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生的電壓,那四線電阻測量是如何實現更精準的測量呢?
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阻很大的電壓表,讀取回路Rx兩端的電壓,所以導線既傳輸了電流,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,根據導線的粗細以及長度,R1+R2可以很小(一般為1mΩ~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,避免導線電阻產生的誤差呢?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兩端產生的電壓Ux通過另外兩根導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是串聯的關系。串聯電路中,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也是串聯的關系。串聯電路中,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,但是現在測出的是U。
U已經是非常接近Ux,因為在回路2中,電壓表(MΩ級)的內阻是很大的,遠遠大于導線的電阻R1與R4 (mΩ級),導致回路2中電流非常小,對應產生的電壓U1,U4也很小。
在導線完全接觸良好的情況下,R2和R3對測量結果沒有影響,R1和R4對測量結果有影響,但影響很小。所以四線測量電阻可以很好的消除導線內阻對測量結果的影響,對小電阻測量精度更高。
3、數據支持
使用優利德的UT805A+臺式數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,可看下方數據表。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:從數據可看出測量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?測出的電壓怎么轉換為電阻顯示?下面就以UT805A+為例一探到底!