四线法测电阻原理图

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浅谈二线法和四线法测量电阻的优缺点

作者：戴胜岳

来源：《科技资讯》2012年第34期

摘 要：介绍了普通两线法和开尔文（Kelvin）四线连接方式测试电阻的原理及其优缺点。

关键词：开尔文 四线法

中图分类号：TM934 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0232-02

通常1Ω以下的电阻叫作低电阻。在日常生产和实践中，很多时候要对低电阻进行测量，如电线电缆20℃导体电阻、金属热处理过程中的电阻、金属焊接后电阻率的变化，电阻值在10-4～10-8 Ω，甚至更小。因测量电路中总是存在接触电阻和导线电阻，其数量级有时和被测电阻相同，甚至高于被测电阻，所以会对测量结果造成很大影响，甚至使测量结果完全失去正确性。

在电机类产品温升实验中，测量绕线电阻时就会遇见此类情况。一般所用的测量仪器或设备都包含连接、激励、测量和显示单元，有时还有后期数据处理单元。采用不同的测量方法和不同的连接方式引入的测量误差不同，得到的测量精度也不同，如何根据需要减少测量误差是测试技术的关键之一。对这些特殊低电阻的测量，需要选择合适的电路，消除电路中导线电阻、漏电电阻、温度等的影响，才能把误差降到最小，保证测量精度。两线法和四线法是其中比较常见的测试方法，其中四线法具有灵敏度高、测量准确加上方法巧妙，使用方便、对电源稳定性要求不高等特点，因为四引线法较好地避免了接触电阻和导线电阻的影响，已被广泛地应用于安规电阻测试中。

1 二线法测试与四线法测试的优缺点

两线法是把连续被测电阻导线也接到数字多用表上，连接线的电阻也算在被测电阻值里，无法将它们分开。

四线法也称kelvin法测电阻，用一对导线接电流源，另一对线（感知线）把被测电阻上电压降引入数字多用表进行测量。由于流过感知线的电流很小，所以测量的电阻值更接近真实值。四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。

51 四探针法测电阻率 1. 理解四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2. 了解四探针测量材料电阻率的注意事项

实验原理 四探针法测量电阻率常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法如图 1-1a所示。当四根探针同时在一块相对于探针间距可视为半无穷大的平面上时如果探针接触处的材料是均匀的并可忽略电流在探针处的少子注入则当电流 I 由探针流入样品时可视为点电流源在半无穷大的均匀样品中所产生的电场线具有球面对称性即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。样品中距离点电源 r 处的电流密度 j电场ε和电位 V 分别

直流四探针法也称为四电极法主要用于低电阻率材料的测量。使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。由图可见测试时四根金属探针与样品表面接触外侧两根1、4为通电流探针内侧两根2、3为测电压探针。由电流源输入小电流使样品内部产生压降同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23伏。 a 仪器接线 b点电流源 c四探针排列 图1-1 四探针法测试原理示意图 一块电阻率为的均匀材料样品其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。当探针引入的点电流源的电流为I由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面则在半径为r处等位面的面积为2r2则电流密度为 jI/2r2 1-1 52 根据电导率与电流密度的关系可得 E2222rIrIj 1-2 其中E为电场强度σ和ρ分别是样品的电导率和电阻率。若电流由探针流出样品则距点电荷r处的电势为 rIV2 1-3 因此当电流由探针1流入样品自探针4流出样品时根据电位叠加原理在探针2处的电位为 在探针 3 处的电位为 式中的S1是探针1和2之间的距离S2是探针2和3之间的距离S3是探针3和4之间的距离。各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。所以探针 2、3 之间的电位为 通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为 IVCrrrrIV231341324122311112 3-4 式中13413241211112rrrrC为探针系数单位为cmr12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离见图3-1c。若四探针在同一平面的同一直线上其间距分别为S1、S2、S3且S1S2S3S时则

接触电阻就是电流流过闭合的接触点对时的电阻.

测试方法

接触电阻的测量一般都采用开尔文四线法原理。 开尔文四线法连接有两个要求：对于每个测试点都 有一条激励线F和一条检测线S，二者严格分开，各 自构成独立回路；同时要求S线必须接到一个有极 高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线S的电流 极小，近似为零.

见图1。图1中r表示引线电阻和探 针与测试点的接触电阻之和。由于流过测试回路的 电流为零，在 r3，r4上的压降也为零，而激励电流 I在r1，r2上的压降不影响I在被测电阻上的压降，所 以电压表测出的电压降即为Rt两端的电压值。从而 准确测量出R t的阻值。测试结果和r无关,有效地减 小了测量误差。

接触电阻测量原理:由于四线法测量接触电阻采用10mA/100mA的 恒流源，故测量接触电阻的实质是测量微动接触电 压。

使用Chroma毫欧姆表测量接触电阻的原理见 图2：

接触电阻测量原理:图2所测电阻即为接点接触时的电阻，其中的恒 流源用来为接触区域提供电流I，电压表用来测量 P+和P-之间的电压降V，由于电压表内阻相对于所 测接触电阻来说相当大(大到使电压表上分得的电流 可以忽略不计)，可以认为电压表所测电压V即为P+ 和P-之间的电压值，从而电压V与电流I的比值即为 电阻值。但由于接触区域非常小，按图中的接线得 到的是P+和P-之间的电阻值。为了使测得的数据尽 量接近真实的接触电阻值，应使得P+和P-接线端尽 量靠近接触区域 ，避免在测量结果中计入测试引线 和体积电阻产生的电压降 。

四端法测试原理-电阻率测试仪 四端法是国际上通用的测量低值电阻的标准方法之一，它是通过测量待测电阻两端电压和流经的电流来确定数值的。

四端法具有直接，且克服触点电阻和引线电阻等特点，适用于各类电阻的测量，尤其是低值电阻的测量。

原理图中，Rx是待测电阻，Rn是标准电阻。如果已知流过待测电阻的电流I(可通过测量标准电阻Rn上的电压获得)，

当测量到待测电阻Rx上的电压Ux下，则Rx的值为Rx=Ux/I。

四端法的基本特点是恒流电源通过两个电流引线极将电流供给待测低值电阻，而数字电压则通过两个电压引线来测量由恒流电源所供电流而在待测低值电阻上所形成的电位差Ux。由于两个电流引线极在两个电压引线极之外，因此可排除电流引线极接触电阻和引线电阻对测量的影响。又由于数字电压表的输入阻抗很高，电压引线极接触电阻和引线电阻对测量的影响可忽略不计。

电阻测量范围： 1、电阻率： 1×10-8～2×106Ω-cm 电 阻：1×10-8～2×

106Ω 电导率：5 ×10-6～1×108s/cm 分辨率： 最小0.1μΩ 测量误差±（0.05%读数±5字） 2、测量电压量程： 2mV 20mV 200mV 2V 测量精度±（0.1%读数）分辨率： 0.1uV 1uV 10uV 100uV 3、⑴电流输出：直流电流 0～1000mA 连续可调，由交流电源供电。 ⑵量程：1μA，10μA，100µA，1mA，10mA，1000mA, ⑶误差：±0.2%读数±2字 功能： 主要功能4.3寸液晶屏显示 温度，电阻，电阻率，电导率，单位转换. 量采用四端子测量法，自动消除接触电阻误差。测试电流自动，自动选择合适的档位，自动温度系数换算，测量结果自动保存。测量金属材料体积电阻率和质量电阻率时，可以测量全规格铜杆、铜线、铜线坯、铝杆、铝线、硬铝钱、硅合金线的电阻率。

选配：配备软件可以由电脑操控，并保存和打印数据，自动生成报表.