【導(dǎo)讀】在博文Measuring Resistances Less Than 1Ohm[1] 中介紹了一種簡(jiǎn)便精確測(cè)量低阻器件的方法。通常情況下，一些器件的導(dǎo)通電阻非常小，比如低阻值的測(cè)電流電阻、導(dǎo)線電阻、開(kāi)關(guān)電阻、保險(xiǎn)絲、繼電器以及點(diǎn)火器等等。下面給出了一些這樣低阻值器件示例。
通常使用的萬(wàn)用表（無(wú)論是指針式還是數(shù)字式）當(dāng)測(cè)量低于一歐姆電阻的時(shí)候就不準(zhǔn)確了，甚至有的萬(wàn)用表對(duì)于小于10歐姆的電阻讀數(shù)都有很大的跳動(dòng)。這種情況，需要借助于四線低阻值歐姆表來(lái)精確測(cè)量。實(shí)際上，只要你的萬(wàn)用表可以精確測(cè)量到毫伏直流電壓，便可以相當(dāng)準(zhǔn)確的測(cè)量低阻值電阻了。
▲ 一些低阻值的器件
01 測(cè)量方案
測(cè)量低阻器件所需要的設(shè)備：
● 可以測(cè)量V,mV和電阻的數(shù)字萬(wàn)用表；
● 220歐姆的電阻，或者其它阻值相近的電阻；
● 5V穩(wěn)壓電源（交流適配器，臺(tái)式電源，或者7805穩(wěn)壓電路）
● 0.1uF, 10uF電容，以及面包板。
5V電源需要在測(cè)量過(guò)程中保持恒定，否則就會(huì)影響測(cè)量的精度。實(shí)際上，大部分帶有穩(wěn)壓功能的電源都可以滿足要求。
● 測(cè)量時(shí)，電路需要保持穩(wěn)定，沒(méi)有開(kāi)關(guān)打開(kāi)和閉合的動(dòng)作；
● 使用不同尺寸和容量的電容來(lái)平滑工作電壓；
● 選擇22mA左右的工作電流，不要超過(guò)100mA，也不要小于5mA。
至于工作電壓本身的準(zhǔn)確性倒是不影響測(cè)量精度，任何在4.5V~5.5V范圍內(nèi)，只要保持恒定都能夠得到不錯(cuò)的測(cè)量結(jié)果。
▲ 測(cè)量低阻值器件電路示意圖
● 電源的+5V和GND連接到面板包的頂部和底部的雙槽內(nèi)；
● 上下各使用C1(0.1uF), C2(10uF)來(lái)對(duì)工作電源濾波；
● R1（220歐姆）是已知的電阻，連接在+5V和R2上；
● R2是被測(cè)低阻值電阻，連接R1至GND；
實(shí)際上上面的電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓分壓電路，流經(jīng)R1，R2的電流相同。當(dāng)測(cè)量R1，R2兩端電壓之后，便可以知道R2與R1的比值，進(jìn)而可以計(jì)算出R2的阻值了。
上面是將被測(cè)電阻R2直接插在面包板上進(jìn)行測(cè)量?？梢允褂明{魚(yú)嘴夾將R2引出面包板，并且可以測(cè)量其他器件（引線、表貼器件、點(diǎn)火器等）。
02 已知電阻
在前面測(cè)量方案中，R1是已知電阻。最好選用大功率、低溫漂系數(shù)的電阻。通常情況下5%精度的電阻就可以滿足要求。
根據(jù)歐姆定律，5V電壓施加在220歐姆的電阻上，會(huì)產(chǎn)生0.114W（1/10W）的功率，形成熱量消耗在R1上。當(dāng)R1溫度升高后，對(duì)于低溫度系數(shù)（小于±50ppm）的阻值變化小于普通電阻（溫度系數(shù)大于±100ppm）。所以，使用大功率（保證其溫度變化?。?，低溫度系數(shù)的穩(wěn)定電阻R1是提高測(cè)量精度的關(guān)鍵。
選用1/2W的金屬膜1%精度的220歐姆，溫度系數(shù)為50ppm，或者3W,20ppm,220歐姆的繞線電阻都可以滿足測(cè)量的需求。下面的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，采用了及其普通的5% 1/4W，350ppm，220Ω的碳膜電阻。
在將R1插入面包板之前，使用萬(wàn)用表測(cè)量它的阻值。不要在R1插到面包板之后再測(cè)量，這樣會(huì)使得讀數(shù)不準(zhǔn)。
▲ 使用萬(wàn)用表讀出R1的阻值
實(shí)際上，只要讀數(shù)穩(wěn)定，至于具體電阻的數(shù)值是多少并不會(huì)影響最終的測(cè)量結(jié)果。通常保證該阻值在200~240之間即可。
將測(cè)量的結(jié)果記錄下來(lái)之后，再把R1接入面包板。
03 測(cè)量樣品
為了驗(yàn)證測(cè)量電路的原理和測(cè)量過(guò)程的正確性，可以先從能夠被萬(wàn)用表電阻精確測(cè)量的電阻測(cè)試起。比如可以先使用一個(gè)10歐姆的電阻作為R2進(jìn)行測(cè)量。
打開(kāi)5V電源，測(cè)量R1兩端電壓，比如在這里它的讀數(shù)為4.7696V。
▲ 測(cè)量R1兩端電壓：4.7696V
由于R1比R2的阻值（10歐姆）大得多，所以在R1上的電壓比較大，應(yīng)該大于4.5V。
接著，測(cè)量R2兩端電壓，這個(gè)電壓通常小于0.5V。所示選擇萬(wàn)用表直流電壓的毫伏檔來(lái)測(cè)量。如果使用普通的伏特檔位來(lái)測(cè)量，可能所獲得電壓數(shù)值精度會(huì)降低。大多數(shù)數(shù)字萬(wàn)用表都會(huì)包含有毫伏和伏特兩個(gè)檔位。
比如在下面的測(cè)量中，R2上的電壓為216.64mV。
▲ 使用毫伏檔位測(cè)量未知電阻R2上的直流電壓
根據(jù)上面測(cè)量結(jié)果可以計(jì)算出R2的阻值。
這個(gè)結(jié)果符合實(shí)際情況。剛才測(cè)量的R2是一個(gè)5%精度的電阻，也就是說(shuō)它的阻值應(yīng)該在9.5~10.5歐姆之間。
▲ 直接使用萬(wàn)用表測(cè)量R2的阻值
如果直接使用萬(wàn)用表的電阻檔，可以測(cè)量R2的阻值為9.9Ω，這與前面測(cè)量的結(jié)果相當(dāng)?shù)姆稀?/div>
04 測(cè)量一些常見(jiàn)的低阻值器件
使用上述方法對(duì)本文一開(kāi)始圖中的低阻值器件進(jìn)行測(cè)量。這些低阻值器件中有些已經(jīng)是毫歐級(jí)別的電阻，使用萬(wàn)用表根本無(wú)法讀出有效的阻值。
在測(cè)量的時(shí)候，測(cè)量R2電壓的時(shí)候盡可能靠近器件管腳的根部，否則就會(huì)使得測(cè)量得到的電阻包含了器件引腳的電阻了。下面是測(cè)量的一些結(jié)果：
可以看到所有測(cè)量結(jié)果都在實(shí)際期望阻值范圍內(nèi)。
05 改進(jìn)
將R1更換成更大功率更加穩(wěn)定的繞線電阻，可以大大提高測(cè)量阻值的數(shù)量。在測(cè)量過(guò)程中，保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定性也很重要。比如在白天高溫下，和晚上低溫下測(cè)量器件的阻值會(huì)相差1%左右。
對(duì)于碳膜電阻，具有較大的溫度系數(shù)。在不同的溫度下阻值相差較大。
為了提高測(cè)量精度，最好：
● 使用更高功率，低溫度系數(shù)的電阻作為R1；
● 在測(cè)量前，最好等待兩分鐘使得測(cè)量器件達(dá)到熱平衡，組織穩(wěn)定后在進(jìn)行測(cè)量。
▲ 大功率低溫度系數(shù)的繞線電阻
對(duì)于大功率、低溫度系數(shù)的電阻在通常室溫范圍內(nèi)，220歐姆的阻值通常變化不超過(guò)十分之一歐姆。
參考資料
[1] Measuring Resistances Less Than 1Ohm: https://www.robotroom.com/Measuring-Low-Resistances.html
推薦閱讀：
