摘 要：介紹了普通兩線法和開爾文（Kelvin）四線連接方式測試電阻的原理及其優(yōu)缺點。

關鍵詞：開爾文 四線法

中圖分類號：TM934 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0232-02

通常1Ω以下的電阻叫作低電阻。在日常生產和實踐中，很多時候要對低電阻進行測量，如電線電纜20℃導體電阻、金屬熱處理過程中的電阻、金屬焊接后電阻率的變化，電阻值在10-4～10-8 Ω，甚至更小。因測量電路中總是存在接觸電阻和導線電阻，其數量級有時和被測電阻相同，甚至高于被測電阻，所以會對測量結果造成很大影響，甚至使測量結果完全失去正確性。

在電機類產品溫升實驗中，測量繞線電阻時就會遇見此類情況。一般所用的測量儀器或設備都包含連接、激勵、測量和顯示單元，有時還有后期數據處理單元。采用不同的測量方法和不同的連接方式引入的測量誤差不同，得到的測量精度也不同，如何根據需要減少測量誤差是測試技術的關鍵之一。對這些特殊低電阻的測量，需要選擇合適的電路，消除電路中導線電阻、漏電電阻、溫度等的影響，才能把誤差降到最小，保證測量精度。兩線法和四線法是其中比較常見的測試方法，其中四線法具有靈敏度高、測量準確加上方法巧妙，使用方便、對電源穩(wěn)定性要求不高等特點，因為四引線法較好地避免了接觸電阻和導線電阻的影響，已被廣泛地應用于安規(guī)電阻測試中。

1 二線法測試與四線法測試的優(yōu)缺點

兩線法是把連續(xù)被測電阻導線也接到數字多用表上，連接線的電阻也算在被測電阻值里，無法將它們分開。

四線法也稱kelvin法測電阻，用一對導線接電流源，另一對線（感知線）把被測電阻上電壓降引入數字多用表進行測量。由于流過感知線的電流很小，所以測量的電阻值更接近真實值。四線沒有電橋，完全只是用恒流源發(fā)送，電壓計測量，最后給出測量電阻值。

其實測量原理都一樣，只是接線區(qū)別。

應該說，電流回路和電壓測量回路是否分開接線的問題。

兩線法—— 電流回路和電壓測量回路合二為1，精度差。

四線法—— 電路回路和電壓測量回路獨立分開，精度高，但費線。

以PT100為例，

2線制：

傳感器電阻變化值與連接導線電阻值共同構成傳感器的輸出值，由于導線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高，用于測量精度要求不高的場合，并且導線的長度不宜過長。

4線制：

當測量電阻數值很小時，測試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測量用兩條附加測試線提供恒定電流，另兩條測試線測量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降，計算得出電阻值。

2 二線法測試與四線法測試的原理。

2.1 普通二線測試原理

通常的開短路測試方法即為普通二線測試，如圖1所示，二線測試是目前普遍應用的一種方案。

二線測試只有一個回路，所測得的阻抗為R1+R2+R，即所測得的阻抗為饋線電阻和待測線路阻值之和，而R1和R2與R相比不能忽略，甚至超過R，故無法精確測定被測電阻之低阻值。但因為開路測試的條件一般為20 Ω，故饋線電阻影響不大，可以忽略不計。二線測試的精度雖然不高，但是用來判斷線路的開短路已經能滿足絕大部分的需要。但僅適用于完全斷線之測試，對于低阻值測試則無能為力。（圖2）

rL意指測試機元件阻抗+排線阻抗+探針內部阻抗+接觸阻抗。

rT指匹配電阻。

二端子測試時測試機之排線阻抗、探針內部阻抗及接觸阻抗同時串聯(lián)測定，當測量的電阻阻值較小時，饋線電阻產生的誤差就不容忽視，故無法精確測得被測電阻的低阻抗值，這種引線方式只適用于測量精度較低的場合。但由于接法簡單，實際仍有應用，為使誤差不致過大，要求引出線的電阻值：銅電阻-不應超過R0的0.2%；鉑電阻-不應超過R0的0.1%。另外就是將線路電阻測量出來以后在二次儀表或者溫度變送器內修正了（但環(huán)境溫度的變化對引線電阻和連接導線的電阻變化量仍然無法修正之）。

2.2 低阻四線測試原理

四線連接方式如圖3所示，連接有兩個要求：對于每個測試點都有一條激勵線和一條檢測線，二者嚴格分開，各自構成獨立回路；同時要求檢測線必須接到一個有極高輸入阻抗的測試回路上，使流過檢測線的電流極小，近似為零。激勵線即是電流供給回路，檢測線即是電壓測定回路，電流、電壓兩回路各自獨立。電流供給回路兩端子與電壓測定回路兩端子共計四端子，故稱四線測試。

VI1×R（因I2（小電流）再乘上小電阻得到更小的壓降），因電壓表的內部阻抗非常高（MΩ級），遠遠大于電壓測定回路的饋線電阻R3和R4（Ω級），使得幾乎全部的電流流經過R，流經電壓表的電流I2幾乎為零，故所量到的電壓也幾乎是R本身的壓降，饋線電阻完全可以忽略，使所測得的R幾乎近似于R本身，由此可精確測定被測電阻之微小阻值，其四線測試的測試精度可達到mΩ級。（圖4）

四端子測試時電流供給回路與電壓測定回路是個別獨立的（電流供給回路2端子與電壓測定回路2端子，共計4端子），由于電壓測定計內部阻抗非常高，故電壓測定回路中排線阻抗、接觸阻抗、內部阻抗皆可忽略，因此可精確測得被測電阻之微小阻值。[1]

該測量原理的誤差主要來自于恒流源的精度、電壓表的測量精度、引線的固有熱電勢。

可采用如下措施提高測量精度：

（1）在電流回路中加入一具有極低溫度系數的高精密電阻作為采樣電阻，測量該采樣電阻上的電壓值VS進而精確得到恒流源的電流值I，從而消除由于溫漂、失調等因素造成的恒流源誤差。

（2）變換恒流源極性測量熱電阻，可大大抑制熱電勢的影響。

在工程現(xiàn)場，如何用現(xiàn)有的數字萬用表精確測量阻值很小的電阻是工程技術人員經常遇到的問題。按照四線測量法將恒流源電流流入被測電阻R的兩根電流線和數字萬用表電壓測量端的兩根電壓線分離開，使得數字萬用表測量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓。

從圖5中可以看出，四線測量法比通常的測量法多了兩根饋線，斷開了電壓測量端與恒流源兩端連線。由于電壓測量端與恒流源端斷開，恒流源與被測電阻Rx、饋線RL1、RL2構成一個回路。送至電壓測量端的電壓只有Rx兩端的電壓，饋線RL1、RL2電壓沒有送至電壓測量端。因此，饋線電阻RL1和RL2對測量結果沒有影響。饋線電阻RL3和RL4對測量有影響，但影響很小，由于數字萬用表的輸入阻抗（MΩ級）遠大于饋線電阻（Ω級），所以，四線測量法測量小電阻的準確度很高。

3 結語

四線法的優(yōu)勢，不僅消除了引線電阻和接觸電阻，還可以大大減少熱電動勢的影響。因為電流端子是發(fā)熱的源泉，但分開后由于恒流的作用，到底串聯(lián)多大電阻、甚至串聯(lián)個電池，都沒有關系了，都是恒流的，因此接線端子也可以用很普通的。另一方面，兩個電壓端子由于不流過電流，因此不發(fā)熱，并且距離發(fā)熱的電流端子保持一定的距離，也可以減少熱傳導過來，接線端子可以采用低熱的。

低阻四線測試技術是測試技術的新發(fā)展，彌補了二線測試技術不能測試低阻的缺陷，目前低阻四線測試技術還在發(fā)展完善中，隨著時間的推移，低阻四線測試技術必將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]沉默的羔羊.四線式測試技術研究[EB/OL]http：//blog.sina.com.cn/s/blog_60954b330100ghnd.html，2009-12-11.