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| 2024。06 10 | 數位萬用表電阻測量原理 |
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數位萬用表電阻測量原理
高精度的桌上型數位萬用表大都包括兩線電阻和四線電阻兩種測量模式，甚至還有真歐姆電阻測量模式。眾所周知，四線電阻測量消除兩線電阻測量存在的引線誤差的影響。在實際應用中，大多校正器都有兩線和四線補償功能，消除引線誤差的影響，提高測量準確度；可若是操作不當，將導致錯誤的校正測量結果。
兩線/四線電阻測量
數位萬用表在電阻測量時，可以選擇兩線測量或者四線測量兩種模式，簡化為一個恆流源加一個電壓表的模型。恆流源產生的激勵電流流過被測電阻，在被測電阻兩端產生的伴隨電壓被數位萬用表內部的電壓表測量出來，由於數位萬用表的激勵電流是已知的，利用歐姆定律它就可以計算出被測電阻的大小，並顯示在螢幕上。
在兩線電阻測量模式下，當激勵電流流過被測電阻時，實際上數表內部電壓表測量到的電壓不僅包括被測電阻上的電壓降，還包括測量迴路中測量引線的電壓降，包括從數表面板輸入高端 Input HI 和輸入低端 LO 兩端連接到被測電阻，還有數表內部電壓表到面板端子的引線，以及被測電阻的引出線，這些引線上的電壓降都會對測量結果造成影響。
若被測電阻是 1Ω，兩根引線的誤差就可能高達 20%。若是 1MΩ，兩根引線的誤差約是 0.2ppm，而被測的 1MΩ 電阻準確度一般很少能到這個量級，此時引線影響通常可以忽略不計，因此大電阻測量一般直接用兩線方式即可。
要想更精確測量被測小電阻，可以選擇數位表的四線電阻測量模式。
激勵電流從數表的輸入高端 Input HI 和輸入低端 LO 兩端連接到被測電阻，而數表的感應高端 Sense HI 和低端 LO 兩端也接到被測電阻上，期待來直接感知被測電阻上的電壓降，但實際上這條迴路仍然有引線電阻。而且四線測量時，四根引線要求同種類型和長度，因此感應迴路的引線電阻和激勵電流迴路的引線電阻是基本相同的。
四線測量之所以能夠消除引線電阻影響，關鍵在於直流電壓表都有一個內阻，阻值一般都可以達到 10MΩ，甚至 10GΩ 或 1TΩ，加上很微小的引線電阻，迴路仍然是 10M 歐以上的大電阻。這樣，當電壓表與被測小電阻並聯時，電壓表迴路吸收或流過的電流非常小，是恆流源激勵電流的數百萬或千萬分之一，因此感應迴路的引線電阻上的電壓降完全可以忽略不計，也可以說整個激勵電流都流過了被測電阻，這樣電壓表測量的就是被測電阻上的電壓降，所以藉此消除了引線電阻的影響。
真歐姆電阻測量
上述四線測量線路中，實際上還有一個誤差源，那就是引線與被測電阻連接點的熱電勢。由於測試引線的材質與被測電阻連接端的金屬不同，在連接點就會形成熱電偶效應，隨溫度變化產生熱電勢，帶來誤差。因此高精度數位表如 FLUKE 8558A/8588A 等提供了真歐姆（TruΩ）測量方式，可以消除熱電勢的影響。
採用真歐姆（TruΩ）方式時，85x8A 先讓激勵恆流源正向流過被測電阻，測量其上的電壓降，然後恆流源反向再次通過被測電阻，測量其上的電壓降。由於兩次測量激勵恆流源實際為同一恆流源，大小相同，只是方向相反，因此被測電阻上的電壓降兩次測量中極性相反，大小相同，而熱電勢並不隨迴路激勵電流的方向改變而改變極性，所以用第一次測量結果減去第二次測量結果得到兩次測量絕對值的和，將此絕對值的和除以 2，所以通過運算得到一個消除熱電勢影響後的電阻值。
FLUKE 8558A/8588A 八位半數位萬用表/標準數位萬用表
• 準確度 @ 3.5μV/V (99%) 2.7μV/V (95%)
• 8½ 位數 @ 1 讀值/s
• 快速 DMM 數位化 @ 5MS/s，高達 20MHz 頻寬
• 乙太網路、USB 和 GPIB，使用 SCPI 命令
• Visual Connection Management® 可視接線端子提示
• 直覺式彩色 UI，可顯示趨勢圖、統計信息、直方圖和 FFT
