□ 北京市計量檢測科學(xué)研究院　吳裔騫　劉桂欣

　　在測量電阻時，四端接線法，又叫開爾文連接法。當(dāng)被測電阻阻值小于幾歐，測試引線的電阻和探針與測試點的接觸電阻與被測電阻相比已不能忽略不計時，若仍采用兩線測試方法必將導(dǎo)致測試誤差增大。此時可采用開爾文連接方式（或稱四線測試方式）來進(jìn)行測試，如圖1。

 
圖1 開爾文連接法

　　如圖1，可以認(rèn)為A端和B端是電流端子，測試的時候通以一定的電流，然后從電壓端子C和B測量電壓，利用歐姆定律就可以得到兩個定義點（Kelvin接點）α和β之間的電阻。

　　對于小阻值的電阻，測試時由于接觸電阻和引線電阻的影響，二線法測試不準(zhǔn)。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，電流不受影響。而C和D點只測試電壓，可以認(rèn)為沒有電流通過，因此也與引線電阻和接觸電阻無關(guān)。

　　以上內(nèi)容，是理論上，關(guān)于四線接線法的原理知識，在實際的計量檢測中，四端測量儀器如何連接被測電阻，有一些問題引起了筆者的思考：

　　1、 電壓夾子比電流夾子靠近電阻根部，是不是測量值更準(zhǔn)確？

　　從圖1，可以看出，測量結(jié)果R，包括R和α、β之間的兩段引線電阻，所以想當(dāng)然的就會從直覺上覺得，C、D電壓表兩根引線的夾子（即α、β兩點）越靠近電阻根部越好。于是在進(jìn)行連線時，把電壓的夾子靠近電阻，把電流的夾子夾在外面，如圖2，以為這樣的測量結(jié)果，比夾子交換位置測的準(zhǔn)。這一想法，是錯誤的。

圖2下面的夾子是電壓端，上面的夾子是電流端

　　實際的情況是，無論電壓端在下面，還是電流端在下面，測得值是一樣的。只取決于下面的夾子結(jié)點離電阻的距離。因為圖1是原理圖，實物結(jié)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，無論電壓端在下面，還是電流端在下面，所測的電阻值，都是更靠近R的結(jié)點α、β之間的電阻值。

　　2、 測量標(biāo)準(zhǔn)電阻時，電壓和電流夾子是否可以互換？

　　標(biāo)準(zhǔn)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，才能得到合適的測量電壓，所以電流的接線柱要粗一些。如果拋開粗細(xì)的問題，或者說把電壓的接線柱也做的像電流接線柱同樣粗，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因素的情況下，還得另當(dāng)別論。

　　3、 測一個1毫歐的柱狀電阻，兩對兒電壓和電流的測量端，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問提到的夾子的方法，測量的具體情況是不一樣的。注意，這里的插片之間是沒有銅柱的，電流和電位是通過插片傳遞的，而不是通過接線柱。如圖5。

圖5

　　這樣測量，下面的插片的接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(jié)果，如圖6、7所示，接觸電阻R’也被計算在測量結(jié)果中了。當(dāng)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置，測量結(jié)果不變。

　　那么如果避免接觸電阻R’帶來的誤差呢？如果在電流插片不變的情況下，電壓插片不是擠壓在電流插片外面，而是直接接觸電阻柱體兩端（如圖8的實物圖所示），其原理圖如圖9,，接觸電阻帶來的誤差就被消除了，測量精度大幅度增加。

　　由此得到的經(jīng)驗是，電壓和電流的兩個插片，最好不要在所測電阻物體之外，提前接觸，應(yīng)分別接觸所測電阻。

　　在實際的計量檢測過程中，有的四端測量法的儀器，引出兩個夾子，每個夾子上既有電流線又有電壓線，那么其制作原理，應(yīng)該是在接觸所測電阻前（即夾子尖端）電壓線和電流線，無交集，尤其是在夾子的物理連接處，不能短接。一旦短接，其接觸電阻及夾子本身的電阻都會被測量進(jìn)去，造成很大的誤差。筆者發(fā)現(xiàn)國內(nèi)很多接地導(dǎo)通測試儀等四端測量儀器廠家設(shè)計的夾子，都是電壓端和電流端提早短接，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(shè)計，妙處何在？

 
圖10

　　如圖10，ZX54電阻箱的接線柱設(shè)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，有兩層結(jié)構(gòu)，電流和電壓插片分別插入，克服了問題3中的情況，避免了由于插接不實，沒有觸碰接線柱，“插片”通過“插片”連接的情況，而是直接和接線柱牢固連接，從而避免了接觸電阻帶來的誤差，個中原因，在問題3中已經(jīng)詳細(xì)介紹了，此處不再贅述。在這里值得提一句的是，ZX54的精度相對較高，電流和電壓插片上下互換的時候，熱電勢帶來的誤差會影響測量結(jié)果，值得注意。

　　以上4個設(shè)問，循序漸進(jìn)，闡述了筆者在電阻測量工作中的一些心得體會，涉及到標(biāo)準(zhǔn)電阻、電橋、電阻箱、微歐計、接地導(dǎo)通電阻測試儀的測量與使用，在此與全國同行交流探討，獻(xiàn)丑之處，懇請指正。

　　附：使用臺灣固緯GPT-9804接地導(dǎo)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。由于GPT-9804的分辨力和重復(fù)性足夠好，所以也不必考量具體測量誤差，只是知道接線的方法不同，帶來的接觸電阻的區(qū)別就是了。

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

1、直接短接，測量結(jié)果為：0

2、用手按著兩個電流端，電位端接在相應(yīng)的電流端后邊，測量結(jié)果為：1.5~2.5mΩ

3、電位端接在相應(yīng)的電流端后邊，電流端插入端子的孔內(nèi)。測量結(jié)果為：117.9mΩ

4、電位端接在相應(yīng)的電流端后邊，電流端接駁插片，擰壓在接線柱上。測量結(jié)果為：118.5mΩ

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

　　通過比較，第5種方法，測量值最接近實際值，接觸電阻最小。

　　以上5個測量數(shù)據(jù)，顯示出不同的接線方法，對測量結(jié)果帶來的影響。試驗過程中，筆者也試驗了，將同一顏色的電壓、電流的插頭位置互換，的確不影響測量結(jié)果。與前面理論分析中的結(jié)論吻合，算是理論聯(lián)系實際的佐證。