□ 北京市計量檢測科學研究院　吳裔騫　劉桂欣

　　在測量電阻時，四端接（jiē）線法，又叫開爾文連接法。當被（bèi）測電阻阻值（zhí）小於幾歐，測試引線的電阻和（hé）探針與測（cè）試點的（de）接觸電（diàn）阻與被（bèi）測電阻相比已不（bú）能忽略不計（jì）時，若仍采用兩（liǎng）線測試方法必將導致測試誤差增大（dà）。此時可采用開（kāi）爾文連接方式（或稱四線測（cè）試方式）來進行測試，如圖1。

 
圖1 開爾文連接法

　　如（rú）圖1，可以認為（wéi）A端和B端是電流端（duān）子，測試的時候通以一定的電流（liú），然後從（cóng）電壓端子C和B測（cè）量電壓，利用歐姆定律就可（kě）以得到兩（liǎng）個定義點（Kelvin接點）α和β之（zhī）間（jiān）的電阻。

　　對於小阻值的電阻，測試時由於接觸電（diàn）阻和引線（xiàn）電阻（zǔ）的影響，二（èr）線法（fǎ）測試不準。而采用四線法，就可以排除接觸電阻和引線電阻的影響。無論接到A和B的引線有多長，電流（liú）不受影響（xiǎng）。而C和D點隻測試電壓，可（kě）以認為沒有電流通過，因此也與引線電阻和接觸電阻無關。

　　以上內容，是理論上，關（guān）於四線接線法的原理知識，在實際的計量（liàng）檢測中，四端測量儀器如何連（lián）接（jiē）被測電阻，有一些（xiē）問題引起了筆者的思考：

　　1、 電（diàn）壓夾子比電流（liú）夾子靠近電阻根部，是不是測量值（zhí）更準確？

　　從（cóng）圖1，可以（yǐ）看出，測量結果R，包括R和α、β之間的兩段（duàn）引線電（diàn）阻，所以想當然的就會從直覺上（shàng）覺得，C、D電（diàn）壓表兩根引線的夾子（即α、β兩點）越靠近（jìn）電阻根部越（yuè）好。於是在進行連線時，把電壓的夾（jiá）子靠近電阻，把電流的夾子夾在外麵，如圖2，以為（wéi）這樣的測量結果，比夾子交換位（wèi）置測的準。這一想法，是錯誤的（de）。

圖2下麵的夾子（zǐ）是電壓端，上麵的夾（jiá）子（zǐ）是電流端

　　實際的情況（kuàng）是，無論電壓端在（zài）下麵，還是電流端在下麵，測得值是一樣的。隻取決於下麵的夾子結點（diǎn）離電阻的距離。因為圖1是原理圖，實物結點的宏觀圖不好想象，讓我們來看看放大的具體情況，讀者便會明了了。

  
　　如圖3、4所示，無論電壓端在下麵，還是電（diàn）流（liú）端在下麵，所測的電阻值（zhí），都（dōu）是更靠近R的（de）結（jié）點α、β之間（jiān）的電阻值。

　　2、 測量標準電阻時，電壓（yā）和電流夾子是否（fǒu）可以互換？

　　標準電阻上，電流的接線柱，比電壓的接線柱粗，是因為小電阻要流過大電流，才（cái）能（néng）得到合適（shì）的測量電壓，所以電流的接（jiē）線柱要粗一些。如果（guǒ）拋開粗細的（de）問題，或者說（shuō）把電壓的接線柱也做的像電流（liú）接線柱同樣粗，則如同圖3、圖4的變換，所得到的電阻值是一樣的。當（dāng）然，如果電流過大，或者測量精度很高，需要考慮熱電勢的影響（xiǎng）因素的情況下（xià），還（hái）得（dé）另當別論。

　　3、 測一個1毫歐（ōu）的柱狀電阻，兩對兒電壓和電流的測（cè）量端，使勁擠壓在電阻柱兩端即可？

　　把電壓和電流插片擠壓在一起，再讓其中一個插片和電阻接觸，這樣的方法和第2問提到的夾子的（de）方法，測量的具（jù）體情況是（shì）不一（yī）樣的（de）。注意，這裏的（de）插片之間是沒（méi）有銅柱（zhù）的（de），電流和（hé）電位是通過插片傳遞（dì）的，而不是通過接線柱。如圖5。

圖5

　　這樣測量，下麵的插片的接（jiē）觸電阻帶來的誤差無法忽略，大約幾歐至十幾歐，影響測量結果，如圖6、7所示，接觸（chù）電阻R’也被計算在（zài）測量（liàng）結果中了（le）。當然，這也再一次證明了，無論夾子還是插片，電壓端和電流端互換位（wèi）置（zhì），測量結果（guǒ）不變。

　　那麽如果避免接觸電（diàn）阻R’帶（dài）來的誤差（chà）呢？如果（guǒ）在電流插（chā）片（piàn）不（bú）變的情況下，電壓插片不是擠壓在電流（liú）插（chā）片外麵，而是直接接（jiē）觸電（diàn）阻柱體兩端（如圖8的實（shí）物（wù）圖（tú）所示），其原（yuán）理圖如圖9,，接觸電阻（zǔ）帶來的誤差就被消除了（le），測量精度大幅度增加。

　　由此得到的經驗是，電壓和（hé）電流的兩個插片，最好不要在（zài）所測電阻物體之外，提（tí）前接觸，應分別接觸所測（cè）電（diàn）阻。

　　在實際的（de）計量檢測過（guò）程中，有（yǒu）的四（sì）端測量法的儀器，引出兩個夾（jiá）子，每個夾子上既有電流線又有電壓線，那麽其製作原理，應該是在接觸所測電阻前（即夾子尖端）電壓線和電流線（xiàn），無交集，尤其是在夾子的物理連接處（chù），不能短接。一旦短接，其（qí）接觸電阻及夾（jiá）子本身的電阻都會被測量進去（qù），造成很大的誤差。筆（bǐ）者發現（xiàn）國內很多（duō）接地導（dǎo）通測試儀等四端測量儀器廠家設計的夾子，都是電壓端（duān）和電流端提早短接，知其然不知其所以然，貽笑大方。

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　　4、 插片連接，ZX54電阻箱接線柱的設計，妙（miào）處何（hé）在？

 
圖10

　　如（rú）圖10，ZX54電阻箱的接線柱（zhù）設計，因為其0.01Ω盤的電阻很小，需要四端接線減小誤差。每個接線柱（zhù），有兩層結構，電流和（hé）電壓插片分（fèn）別插入，克（kè）服了問題3中的情況，避免了由於插接不實，沒有觸碰接線柱，“插片”通過“插片”連接的情（qíng）況，而是直接和接線柱牢固連接，從而避免了接觸電阻帶（dài）來（lái）的誤差（chà），個中原因，在問題3中已經詳細介（jiè）紹了，此處不再贅述。在這裏值得提一句的是，ZX54的精度相（xiàng）對（duì）較高（gāo），電流和電壓插片上（shàng）下互換的時候，熱電勢帶來的誤差會影響（xiǎng）測（cè）量結果，值（zhí）得（dé）注意。

　　以上4個設問，循序漸進，闡述了筆者在電（diàn）阻測（cè）量（liàng）工（gōng）作中（zhōng）的一些心得體會，涉及到標準電阻、電橋、電阻箱、微歐計（jì）、接地導通電阻測（cè）試儀的（de）測量與（yǔ）使用，在此（cǐ）與全國同行交流探討，獻醜之處，懇（kěn）請指正。

　　附：使（shǐ）用台灣固緯GPT-9804接（jiē）地（dì）導通電阻測試功能，測試一個116mΩ左右的小電阻，不同的連接方法，測得的電阻值的真實情況。由於GPT-9804的分辨力和重複性足夠好，所以也不必考量（liàng）具體測量誤（wù）差，隻是知道接線的方法不同（tóng），帶來的接觸電阻的區別就是了。

　　圖11  測量 四端測量的GPT-9804及被電阻（標稱值115.2 mΩ）。

1、直接短接，測量結果為（wéi）：0

2、用手按著兩個電流（liú）端（duān），電位端接在相應的電流端後邊，測量結果為：1.5~2.5mΩ

3、電位端接在相應的電流端（duān）後邊，電流端（duān）插入端子的（de）孔內。測量（liàng）結果為（wéi）：117.9mΩ

4、電位端接在（zài）相應的電流端後邊，電流端接駁插片，擰壓在接線柱（zhù）上（shàng）。測量（liàng）結果為：118.5mΩ

5、電流端通過（guò）插片擠壓在接（jiē）線柱，電壓端（duān）插入接線柱，分別和接線柱連接（jiē）。測量結果為：116.5mΩ。

　　通（tōng）過比較，第5種方法（fǎ），測量值最接近實際值，接（jiē）觸電阻最小。

　　以上5個測量數據，顯示出（chū）不同的接線方法，對測量結果帶（dài）來的（de）影響。試驗過程中，筆者也（yě）試（shì）驗了，將同一顏色的電壓、電流（liú）的插頭位置互換，的確不影響測量結果。與前（qián）麵理論分析中的結論吻合，算是理論聯係實際（jì）的（de）佐證。