精密電阻的測量方法:電橋電路,三線制、四線制測量方法


本節我們講幾個測量電阻的方法。

1)基本電橋電路

先了解一下最基本的電橋電路,如下圖:

圖中R4是待測電阻,一般在調整電路參數時,選擇合適的R1、R2、R3,使得:

R1/R2 = R3/R4

此時圖中電壓表的讀數近似為0,電橋平衡。

之后,如果R4電阻值發生變化,則兩邊電壓會不相等,電壓表示數不為0。則可以通過已知的R1、R2、R3、I1和電壓表示數計算出R4的值(具體計算公式就不列了,不是本文要講的主題)。

電橋電路特別適合測量傳感器的電阻,如鉑電阻溫度傳感器、應變片等等。由於這類傳感器的電阻通常有一個標稱阻值,在外界環境變化時,它的阻值會發生微小的變化;而電橋電路可以先調整平衡,再檢測電阻的變化,所以特別適用。

現在考慮實際的工程應用,假設要測的電阻離電橋電路有一定的距離,連接上后,會是如下的狀態:

圖中的R5和R6是連線引入的電阻,如果被測電阻距離電橋電路很遠,則接線引入的電阻會影響測量值。

2)三線制測量

為了改進電橋電路引入的接線電阻影響,可以使用三線制測量電路,如下圖:

這個電路與基本的電橋電路相比,就是增加了一根對側橋臂上R2到被測電阻的連線,使得原本只需要兩根線連接到被測電阻,變成了三根線,所以一般稱為三線制。

三線制電路由於在另一個對稱的橋臂上,也串入了一根相等長度的連線,如果選擇相同類型的導線,則R5和R7的阻值相等,電橋仍然能保持平衡,而R6是不會引人測量誤差的;所以測量精度比基本的電橋高很多。

3)四線制測量

四線制測量電路如下圖:

圖中R4為被測電阻,R1、R2、R3、R5都是接線引入的電阻,只要測量電壓的電路輸入阻抗很高(如圖中的電壓表,輸入阻抗遠大於R4和線路阻抗R3、R5),則所測電壓就是R4上的電壓,接線電阻R3和R5不會引入測量誤差;而由於是恆流源驅動,R1和R2不會影響電流大小,也不會引入測量誤差。四線制測量電路基本上消除了測量線路上引入的誤差,是精度最高的測量方法之一。

計算阻值時,可以利用已知的恆流源電流I1和測到的電壓來計算;或者測量標准電阻R6上的電壓來比較計算。

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