数字多用表电阻测量原理详解

数字多用表电阻测量原理详解

高精度的台式数字多用表大都包括两线电阻和四线电阻两种测量模式，甚至还有真欧姆电阻测量模式。四线电阻测量可以消除两线电阻测量中存在的引线误差影响。在实际应用中，大多数校准器都具备两线和四线补偿功能，以消除引线误差并提高测量准确度。然而，如果操作不当，可能会导致错误的校准测量结果。

一、两线/四线电阻测量

数字多用表在进行电阻测量时，可以选择两线测量或四线测量两种模式。其基本原理可以简化为一个恒流源加一个电压表的模型。恒流源产生的激励电流流过被测电阻，在被测电阻两端产生的伴随电压被数字多用表内部的电压表测量出来。由于数字多用表的激励电流是已知的，利用欧姆定律可以计算出被测电阻的大小，并显示在屏幕上。

在两线电阻测量模式下，当激励电流流过被测电阻时，实际上数字多用表内部电压表测量到的电压不仅包括被测电阻上的电压降，还包括测量回路中测量引线的电压降。这些引线包括从数字多用表面板输入端（Input HI和Input LO）连接到被测电阻的引线，以及数字多用表内部电压表到面板端子的引线，还有被测电阻的引出线。这些引线上的电压降都会对测量结果造成影响。

例如，如果被测电阻是1Ω，两根引线的误差就可能高达20%。而如果是1MΩ的电阻，两根引线的误差约为0.2ppm，此时引线影响通常可以忽略不计，因此大电阻测量一般可以直接使用两线方式。

为了更精确地测量小电阻，可以选择数字多用表的四线电阻测量模式。在这种模式下，激励电流从数字多用表的输入端（Input HI和Input LO）连接到被测电阻，而数字多用表的感应端（Sense HI和Sense LO）也接到被测电阻上，以直接感知被测电阻上的电压降。虽然这条回路仍然存在引线电阻，但四线测量时要求四根引线的类型和长度相同，因此感应回路的引线电阻和激励电流回路的引线电阻基本相同。

四线测量之所以能够消除引线电阻影响，关键在于直流电压表都有一个高阻抗内阻，阻值一般都可以达到10MΩ，甚至10GΩ或1TΩ。加上很微小的引线电阻，回路仍然是10M欧以上的大电阻。这样，当电压表与被测小电阻并联时，电压表回路吸收或流过的电流非常小，是恒流源激励电流的数百万或千万分之一，因此感应回路的引线电阻上的电压降可以忽略不计。可以说整个激励电流都流过了被测电阻，这样电压表测量的就是被测电阻上的电压降，从而消除了引线电阻的影响。

二、真欧姆电阻测量

在上述四线测量线路中，实际上还有一个误差源，那就是引线与被测电阻连接点的热电势。由于测试引线的材质与被测电阻连接端的金属不同，在连接点就会形成热电偶效应，随温度变化产生热电势，带来误差。因此高精度数字表如Fluke 8558A/8588A等提供了真欧姆（TruΩ）测量方式，可以消除热电势的影响。

采用真欧姆（TruΩ）方式时，85x8A先让激励恒流源正向流过被测电阻，测量其上的电压降，然后恒流源反向再次通过被测电阻，测量其上的电压降。由于两次测量激励恒流源实际为同一恒流源，大小相同，只是方向相反，因此被测电阻上的电压降两次测量中极性相反，大小相同，而热电势并不随回路激励电流的方向改变而改变极性，所以用测量结果减去第二次测量结果得到两次测量的和，将此和除以2，所以通过运算得到一个消除热电势影响后的电阻值。