标签: 热电误差

1. 概述 相信各位理工科出身的工程师，或者电子爱好者们多多少少都接触过万用表，都知道万用表就是一个万能的工具。这次的主题是谈谈用万用表来测试电阻的几种不同的方法，以及这些方法会给测试的准确度带来什么样的影响，以及它们的其他方面的特点。在这里，主要介绍三种不同的测试方法：双线法；四线法；六线法。下面逐一介绍一下这几种方法的特点，并在最后做一些简单的总结。 2. 双线法 双线法是经常被用到的电阻测量的方法，如下所示： 将万用表的V+端接到电阻的一段，V-端接到电阻的另一端，然后设置万用表就可以进行测量了。万用表通过提供一个源电流到电阻上，然后计算电阻上的电压，通过欧姆定律就可以确定电阻。 通过上面的那个简化了的例子，引线电阻R会引起比较大的问题，因为电压是以上的三个电阻的电压。这种影响在小电阻的情况下影响更大，一般在30KΩ的情况下，这种影响是很明显的。当然，这些都是针对于高精度的情况而言，如果是精度要求不高的话，可以使用这样的方法。 导线电阻R引起的这种影响可以通过万用表的一些相对值测量功能来消除掉。为了消除这些问题，首先需要确定的是这些问题是来自于哪里。可以通过设置电阻到0Ω来实现这个目的。 如果将所有的电阻都放在测试端引线的两端，之后可以通过相对值测量的两条线来测量。 3. 四线法 四线法是一种理想的低电阻的测量方法，因为这样可以不在相对值测量功能的协助之下消除引线的影响。这些校准都是自动校准的。 在四线法中，万用表的V+和V-端还是通过引线来为电阻提供电流。这里面的电压降是引线电阻和被测电阻的和。 引线连接到电阻的两端，测量的是电阻两端的电压，这部分的电压不包括通过测试引线（或者是通过万用表连接到被测件之间的开关系统的部分，关于开关系统的详细可以参照其他相关的文章），伏特计的输入阻抗足够大，所以不会转移任何的电压或者是在引线电阻上产生错误的电压。 所有的这些读数反馈都是基于电阻的，而且事实上也是基于测试引线的电阻。四线法测量是非常准确的，并且是可重复的和稳定的电阻测量方法，并且是特别适合测量低值电阻，甚至可以测量低至10毫欧的电阻。但是针对于高电阻的测量方面，这个方法是不太适合的，因为伏特计的输入电阻和漏电流将会影响到读数的。一般情况下，四线法是不太推荐的。 4. 六线法 六线是一种适合用在测量电阻本身有分流结构的部分的电阻的阻值。比如像在自动化测试系统中，需要测试的电阻都是焊接在PCB板上的，这会受到周围电路中的其他元件的影响。 为了隔离被测的电阻，一般会用户自定义的节点处增加一个保护电压，这个保护电压是通过V+端的电压缓存区来驱动的。这个保护电压可以保证从万用表过来的电压会泄漏到其他的路径中去。 下面的这个例子就可以解释了六线法的工作原理： 如上图所示，在30KΩ的电阻平行的是两个电阻，一个是510Ω，一个是220Ω。在正常的电阻测量中，这个510Ω和220Ω会让来自万用表的源电流散失掉，这样会产生一个错误的读数。通过感知这个30KΩ的电阻上的电压，然后将同样的电压连接到510Ω和210Ω的电阻上，这样将不会有电流通过旁路。保护电压可以保证电压是跟V+端的电压是一样的，并且通过220Ω的电流是通过保护源提供的。这样的情况下，万用表就可以准确的测试这个30Ω的电阻的阻值了。 这种保护端子的电流承载能力是受经典的DMM限制的（有短路保护），所以驱动方面就会有数量的限制。 电阻连接到4线终端的低压端，并且保护端是热熔电阻或者是Rb。由于保护源电流的存在，这个电阻是不能比Rbmin的电阻小，因为： Rbmin=Io*Rx/0.02 这里的Io 是选择的源电流，Rx是被测电阻。 比如说，选择了一个330Ω的电阻，测试一个300Ω，使用的Rb的阻值最小是15Ω。 因为最大的负载电阻Ra，不存在着限制，只要选择测量的极性就会有效果了，因为Ra可以变成Rb和相反的。最好是设置测量的极性，因为Ra 比两个负载电阻的阻值都要高。 六线法测量电阻是专门指定用来测量330K Ω的电阻的，针对于比这个阻值大的情况下，六线法的配置可以使用，但是万用表应该设置成双线模式（这样会有更低的源电流）。 5. 热电误差 在开关系统中由于热电效应而产生的电压是引起测量误差，因为它会在被测电阻两端产生一个电压降。这个电压会让测试的结果比实际大或者小，在一般的使用情况下，用户需要使用一个足够大的激励电流来保证这个被测电压足够大到可以忽略开关系统中引起的热电效应电压。一些万用表就带有这样的功能，可以测量这些热电电压，并且通过某种方式来补偿它。测量的准确度所受的影响是基于连接处的热电反电动势和通过被测电阻的电压的比例。 6. 总结 双线发测量电阻阻值一般是用在测试引线的电阻比被测电阻的阻值小很多的应用中。这些结果对于大多数的功能测试测量的应用是足够的了。为了消除导线电阻引起的影响，可以使用万用表的相对值测量功能。 四线法测量电阻阻值实质上是可以消除测试引线的电阻引起的影响，并且很适合用在非常低的阻值的电阻测量应用中。四线法测量系统特别适合用于导线的电阻是变化的情况下，比如说这个万用表是通过pickering的多路复用器或者是矩阵模块（一般都有多于100条通道）来测试的情况下，不同路径上的导线电阻是变化的。值得注意的是，四线法不适合用于用于大电阻的测量应用中。 六线测量法允许电阻还是焊接在PCB或者是其他地方，不用拆卸就可以进行测量，因为旁路的原件对它的影响可以通过一定的方式来消除掉。六线法要求万用表于被测系统之间是有6条线的，所以这样的测量方法相对来说是比较复杂的。 综上所述，在需要测量电阻的时候，需要评定需要用到哪些合适的方法才能得到最准确的效果。 本文译者：郑南润 (未经授权，请不要转载)