低值电阻的三种测量方法
摘要:本文讲解低值电阻的三种测量方法,指出其特点、优劣及适用条件,并对生产学习中适用的低值电阻测量方法做出推荐。

关键词:电阻电压电流电路电表电桥
电阻是电子产品中必不可少的基本材料,电阻的一个关键特性是其阻值特性,如何确定其阻值是生产、使用电阻中的基本问题。

电阻按照阻值大小可分为高值电阻(100K以上)、中值电阻(1K～100K)和低值电阻(1以下)三种。

低值电阻因其阻值很小,测量时容易造成较大误差,所以对测量方法有特殊要求。

1 欧姆表法测量电阻
用欧姆表或万用表的电阻档测电阻,测量前应先根据被测量的电阻约值选择适当的档位,将两支表笔短接,再旋转调零电阻旋钮,使指针指在零刻度处,然后再将两表笔并接在电阻的两端进行测量。

若将两表笔短接后,旋转调零电阻旋钮不能使指针指在零刻度处,则应更换电池。

每转换一次量程都要调零以减小测量误差。

为了减小测试误差,提高测试精度,量程的选用应使指针的摆动范围尽可能地在刻度尺起始的20%～80%之间,最好指针只在刻度尺的中间部分,即读数应尽可能接近中值电阻,这样精度更高。

若指针偏离中间部分过大,应该更换档位。

在测量阻值较高的电阻时,要避免人体与电阻两端或表笔导电部分接触。

对于几欧的小电阻,应注意使表笔与电阻引出线接触良好,
必要时可将电阻两引线上的氧化物刮掉在进行检测。

不能用电阻档测量已通电电路中的电阻,以免损坏表头。

电阻档也不能用来测量微安表和电流计的内阻,因为这样做可能因为通过微安表、电流计的电流过大而将其烧坏。

2 伏安法测量电阻
若用电压表和电流表测量出电阻两端的电压U及通过它的电流I,则按欧姆定律可得电阻的测量值:R=U/I (1)
这种测量电阻的方法称伏安法。

伏安法原理简单,测量方便,但由于电压表和电流表内阻的影响,往往给测量结果带来明显的系统误差,因此R与电阻的阻值RX有些出入。

为减少测量误差,必须在实验中选择适当的实验方法和合适的仪器。

按照电流表连接方法的不同,用伏安法测量电阻的电路可分为两类——电流表外接法及电流表内接法,分别对应阻值较小和较大的情况。

电流表外接法:图1为电流表外接法。

在外接法中,电压表和待测电阻RX并联后再与电流表串联,故电压表指示值U就是RX上的电压UX;而电流表的指示值I却包含了通电压表的电流IV和通过待测电阻的电流Ix,即:
U=Ux I=Ix+IV=Ux/RV+Ux/RX (2)
若用RV表示电压表的内阻,则用外接法测得电阻值为:R=U/I=UX/(IX+IV)(3)
此方法测得电阻比实际电阻Rx偏小,由电压表内阻引入的误差可用下列公式修正,由(2)式得:RX=RVU/(IRV-U) (4)
当Rx<<RV时Rx≈R,即电阻阻值较小时可采用电流表外接法测量。

3 双臂电桥法测电阻
直流双臂电桥(开尔文电桥)是一种测量低电阻的常用仪器。

对于金属电导率的测量,电机和变压器中线圈电阻的测量都属于低电阻的测量,但是在测量中存在的附加电阻(如线圈的连线电阻,接头的接触电阻等,一般为10-4～10-3)相对于低电阻来说是不能忽略的。

而直流双臂电桥正是能够消除附加电阻对测量结果的影响,完成低电阻测量功能的仪器。

其原理如图2所示。

一般说导线本身以及和接点处引起的电路中附加电阻约为>0.1,这样在测低电阻时就不能把它忽略掉。

对单臂电桥加以改进而成的双臂电桥消除了附加电阻的影响,适用于10-5～102电阻的测量。

在图2中,当IG=0时,UD=UF,此时电桥处于平衡状态,根据电压回路方程可知:
电阻值RX=倍率读数×(步进读数+滑线盘读数)。

4 结语
欧姆表测电阻极为方便,但准确度不够高,在粗略测量电阻、判断电路时可用,但在需要精确测量电阻、电阻生产检验时不合适使用。

伏安法测量电阻在待测电阻值较小时用电流表外接法比较准确,在待测电阻值较大时用电流表内接法比较准确,其知识性对于物理电学实验非常重要,是必做实验,在工业生产中也可用于电阻值的普通测量。

双臂电桥测量低值电阻非常准确,其箱式面板操作方便,很适合工业生产中精确测量电阻。

其原理对于大学物理电学学习有重要作用,是大学物理电学的必要实验。