今天我們來了解優(yōu)利德出品的臺(tái)式數(shù)字萬用表UT805A+特有功能四線電阻測(cè)量模式。相信很多用戶都用過萬用表測(cè)量電阻，大多數(shù)萬用表都是使用兩線測(cè)量電阻的方法，即紅黑兩根表筆分別接入電阻兩端引腳進(jìn)行測(cè)量，而四線測(cè)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(cè)量更為精準(zhǔn)的方法。無論是二線還是四線測(cè)量，萬用表測(cè)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(cè)量是如何實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的測(cè)量呢？
1、二線測(cè)量電阻原理
二線測(cè)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(gè)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(gè)回路。但是這種方法會(huì)衍生一個(gè)問題，所測(cè)的電阻其實(shí)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(dá)式為：R=Rx+R1+R2
U=IR
圖1：二線測(cè)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(xì)以及長度，R1+R2可以很?。ㄒ话銥?mΩ~100mΩ），測(cè)量電阻R為高阻時(shí)，幾乎不影響精準(zhǔn)度，可忽略不計(jì)，但是測(cè)量小電阻（＜10Ω）時(shí)，誤差相對(duì)就非常大了。這時(shí)就要思考，如何測(cè)量小電阻時(shí)，避免導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的誤差呢？于是就有了四線測(cè)量電阻的方法。
2、四線測(cè)量電阻原理
四線測(cè)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(cè)量，與二線測(cè)量電阻不同的是，電流與電壓不在同一個(gè)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(dá)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(gè)元件兩端電壓之和，表達(dá)式：U=Ux+U1+U4
圖2：四線測(cè)量電阻原理圖
精準(zhǔn)測(cè)量電阻Rx的目標(biāo)就是電壓表可直接測(cè)出Ux,但是現(xiàn)在測(cè)出的是U。
U已經(jīng)是非常接近Ux，因?yàn)樵诨芈?中，電壓表（MΩ級(jí)）的內(nèi)阻是很大的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的電阻R1與R4 (mΩ級(jí))，導(dǎo)致回路2中電流非常小，對(duì)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(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響，R1和R4對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，但影響很小。所以四線測(cè)量電阻可以很好的消除導(dǎo)線內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)小電阻測(cè)量精度更高。
3、數(shù)據(jù)支持
使用優(yōu)利德的UT805A+臺(tái)式數(shù)字萬用表分別對(duì)阻值不同的電阻進(jìn)行二線，四線電阻測(cè)量法進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，操作如圖3，4，5所示。測(cè)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(duì)比測(cè)試的嚴(yán)謹(jǐn)性，我們使用高精度LCR來計(jì)量標(biāo)稱值。
總結(jié)：從數(shù)據(jù)可看出測(cè)量100Ω以下電阻，使用四線測(cè)量電阻與計(jì)量值偏差非常小，相對(duì)二線更加接近計(jì)量值。綜上所述，當(dāng)測(cè)量大電阻時(shí)，二線與四線測(cè)量電阻差別不大，當(dāng)測(cè)量小電阻時(shí)，四線測(cè)量結(jié)果更精確。
4、測(cè)量電阻原理探究
上文講了測(cè)量電阻的原理是萬用表輸出一個(gè)恒電流，同時(shí)內(nèi)部測(cè)量電阻兩端的電壓，那恒電流是多大呢？測(cè)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(cè)量
如圖6所示，當(dāng)UT805A+電阻檔量程為200Ω檔位時(shí)，測(cè)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(dāng)測(cè)量的電阻為10.0111kΩ時(shí)，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(jìn)入ADC（2.5V基準(zhǔn)）進(jìn)行運(yùn)算，數(shù)模轉(zhuǎn)化后顯示出約10.0111kΩ。
當(dāng)然我們測(cè)量的電阻是未知的Rx，在自動(dòng)量程模式下UT805A+的MCU就會(huì)根據(jù)邏輯選擇合適的測(cè)量檔位，例如它會(huì)先用中間檔位量程20kΩ檔位測(cè)量，測(cè)出判斷是否在合理的量程范圍[1.9kΩ，22kΩ]，如果測(cè)出的值，不在這個(gè)合理范圍內(nèi)，就切換檔位量程進(jìn)下一步測(cè)量，直至給電阻找到合適的量程測(cè)量，而且整個(gè)采樣速率高達(dá)5000rdgs/s。
5、四線制測(cè)量應(yīng)用
四線制測(cè)量電阻法常應(yīng)用于電子行業(yè)中測(cè)量元器件：電阻，電感，電機(jī)，繼電器，保險(xiǎn)絲等，也用于測(cè)量電路板中的通孔，線阻等；對(duì)于導(dǎo)電材料，溫度傳感器等對(duì)內(nèi)阻要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，四線測(cè)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(cè)量電阻，都是會(huì)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(cè)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(biāo)。二線法操作簡單，四線操作相對(duì)繁瑣，成本較高，但對(duì)于小電阻測(cè)量，四線測(cè)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(zhǔn)快速的測(cè)量電阻，是一款顯示分辨率高、多功能、高精度的臺(tái)式數(shù)字萬用表，廣泛應(yīng)用于科研教育、研究開發(fā)、檢測(cè)維修、校準(zhǔn)、自動(dòng)化測(cè)試等。
