凡亿专栏 | 精密电阻的测量方法:电桥电路,三线制、四线制测量方法
精密电阻的测量方法:电桥电路,三线制、四线制测量方法

 本节我们讲几个测量电阻的方法。


1)基本电桥电路

先了解一下最基本的电桥电路,如下图:

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图中R4是待测电阻,一般在调整电路参数时,选择合适的R1、R2、R3,使得:

R1/R2 = R3/R4

此时图中电压表的读数近似为0,电桥平衡。

之后,如果R4电阻值发生变化,则两边电压会不相等,电压表示数不为0。则可以通过已知的R1、R2、R3、I1和电压表示数计算出R4的值(具体计算公式就不列了,不是本文要讲的主题)。


电桥电路特别适合测量传感器的电阻,如铂电阻温度传感器、应变片等等。由于这类传感器的电阻通常有一个标称阻值,在外界环境变化时,它的阻值会发生微小的变化;而电桥电路可以先调整平衡,再检测电阻的变化,所以特别适用。


现在考虑实际的工程应用,假设要测的电阻离电桥电路有一定的距离,连接上后,会是如下的状态:

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图中的R5和R6是连线引入的电阻,如果被测电阻距离电桥电路很远,则接线引入的电阻会影响测量值。


2)三线制测量

为了改进电桥电路引入的接线电阻影响,可以使用三线制测量电路,如下图:

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这个电路与基本的电桥电路相比,就是增加了一根对侧桥臂上R2到被测电阻的连线,使得原本只需要两根线连接到被测电阻,变成了三根线,所以一般称为三线制。

三线制电路由于在另一个对称的桥臂上,也串入了一根相等长度的连线,如果选择相同类型的导线,则R5和R7的阻值相等,电桥仍然能保持平衡,而R6是不会引人测量误差的;所以测量精度比基本的电桥高很多。


3)四线制测量

四线制测量电路如下图:

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图中R4为被测电阻,R1、R2、R3、R5都是接线引入的电阻,只要测量电压的电路输入阻抗很高(如图中的电压表,输入阻抗远大于R4和线路阻抗R3、R5),则所测电压就是R4上的电压,接线电阻R3和R5不会引入测量误差;而由于是恒流源驱动,R1和R2不会影响电流大小,也不会引入测量误差。四线制测量电路基本上消除了测量线路上引入的误差,是精度最高的测量方法之一。

计算阻值时,可以利用已知的恒流源电流I1和测到的电压来计算;或者测量标准电阻R6上的电压来比较计算。

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