高精度直流微電阻測試儀設計小tips（1）：誤差處理方法

　　其中，么，為不同材料導體之間接觸時(shí)的熱電勢常數，單位為。v/℃下面給出了幾種金屬接觸時(shí)的么，值：

　　由上可見(jiàn)，雖然銅一銅接觸所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢很小，但如果銅質(zhì)材料連接不良，并且存在氧化時(shí)，熱電勢對微弱直流信號測量的影響是相當大的 。

　　2.2.2.2化學(xué)電動(dòng)勢

　　電化學(xué)效應是微弱直流電壓測量中另一個(gè)主要的誤差來(lái)源，它實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)電極之間電化學(xué)效應產(chǎn)生的微弱的電池效應。例如，常用的環(huán)氧樹(shù)脂印刷線(xiàn)路板，當清潔不夠時(shí)有一些沾污或助焊劑等，就可能產(chǎn)生nA量級的誤差電流。如果溫度高或被沾污，材料的絕緣電阻會(huì )大大降低。高濕度會(huì )引起材料變形或吸收水分，而沾污則可能來(lái)源于人的體油、鹽或焊料等。沾污首先降低絕緣電阻，如果再加上高濕度，會(huì )形成導電通路，甚至形成大串聯(lián)電阻的化學(xué)電池。這種電池可能產(chǎn)生的誤差電流在PA到nA量級。與熱電勢一樣，系統內部的化學(xué)電勢的影響是可以消除的，但信號輸入回路的電化學(xué)電勢的影響有時(shí)難以消除 。

2.3直流微電阻測量的誤差處理方法

　　測試電流流過(guò)弱電阻時(shí)，無(wú)法精確測量?jì)啥宋⑷蹼妷盒盘柕脑蛑饕侵绷髡`差源的影響。：這些誤差源主要包括：熱電勢、電化學(xué)電勢、放大電路本身的失調和溫漂等。通常情況下，誤差信號的幅度遠大于待測電壓信號從而將其淹沒(méi)，放大待測信號的同時(shí)也會(huì )放大誤差信號。只有在消除或減小誤差源的情況下進(jìn)行放大，測量才有意義 。針對上小節提到的直流微電阻測量中的熱電勢誤差、化學(xué)電動(dòng)勢誤差和測量電路本身的失調誤差，首先可以從物理手段上去解決，其次可以采用電流反向三次測量法來(lái)消除誤差，最后還可以選擇合適的電路接線(xiàn)方法，以最大限度的排除誤差對微電阻電陰一值測量的干擾。

　　2.3.1消除誤差的物理手段

　　為了減小熱電勢誤差，在設計電路時(shí)應盡可能選擇同質(zhì)的測量導線(xiàn)，并且盡可能減小測量端與測量環(huán)境的溫差。將儀器電路中的所有結點(diǎn)位置靠近放置，并保持測試儀器內部的通風(fēng)良好，盡可能保持各元器件的溫度一致；應在測量前使儀器預熱一段時(shí)間，以使測量?jì)x器內部的溫度與環(huán)境溫度盡可能的接近，以使測量的誤差盡可能的小。

　　為了減小化學(xué)電動(dòng)勢的影響，應選擇不吸水的材料，同時(shí)要注意保持絕緣體的清潔衛生，不要被污物或灰塵附上，如發(fā)現絕緣體上附有污垢應及時(shí)的進(jìn)行清潔處理，這是消除和減少化學(xué)電動(dòng)勢的誤差的物理手段。

　　我們用物理手段只能夠消除部分誤差，諸如熱電動(dòng)勢、電化學(xué)電勢、測量電路失調等誤差不能用物理手段完全的消除，總還是部分存在的。下面我們從電路接線(xiàn)方法和二次測量法上來(lái)探討消除誤差的方法。

　　2.3.2電路接線(xiàn)方法設計

　　常用的電阻測量接線(xiàn)方法一般有四種，根據測量所用饋線(xiàn)的根數，可分二線(xiàn)法、三線(xiàn)法和四線(xiàn)法，另外還有一種也是比較常見(jiàn)的電橋法測量電阻接線(xiàn)方式。

　　下面分別來(lái)看二線(xiàn)法，。三線(xiàn)法、電橋法和四線(xiàn)法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　2.3.2.1二線(xiàn)法測電阻原理

　　二線(xiàn)法測電阻的電路示意圖，如圖2.3所示：

　　其中，待測電，阻為尺，測量接觸電阻和引線(xiàn)電阻分別用尺和凡表示，從圖中可以看出，未知電阻凡測出的電阻值將是凡、尺和凡阻值之和。所以，只有在待測電阻較大的時(shí)候才能采用此方法，如果被測電阻較小，甚至小于測量導線(xiàn)電阻，那么該方法就會(huì )產(chǎn)生較大的誤差。因此，對于測量本身電阻值很小的微電阻，二線(xiàn)法是不適合的，它只適合于較大電阻的測量接線(xiàn)。

　　2.3.2.2三線(xiàn)法測電阻原理

　　采用三線(xiàn)法測電阻的接線(xiàn)是被測電阻凡與接地線(xiàn)相接。原理如圖2.4所示。

　　圖中，待測電阻」路的一端通過(guò)導線(xiàn)接地，另一端分別經(jīng)由兩根導線(xiàn)連接運放Al和AZ，要求三根導線(xiàn)的電阻相同，均為尺。當通以如圖電流I時(shí)，兩個(gè)運放輸出電壓代和K分別為：（三個(gè)運放的增益都為1）

　　從上式可知，不管被測電阻的值是多少，導線(xiàn)電阻所產(chǎn)生的誤差影響可以被補償。在這種補償法測量微電阻電路中，確保測量精確度的因素主要是三根導線(xiàn)的電阻值凡是否一致。所以，當用此法測量電阻值較小的電阻時(shí)應該要特別注意連接待測電阻的三根導線(xiàn)的電阻值要相等才能保證測量的精確度。

　　這種三線(xiàn)法的測量電阻的方法在實(shí)際的應用相當的廣泛，只要注意三根導線(xiàn)的電阻值相等就基本上能夠達到一定的精度要求。但是，三線(xiàn)制電阻測量方法只能消除等值線(xiàn)電阻的影響，不能消除接觸電阻的影響，氣而測量導線(xiàn)的長(cháng)度不可能完全相等，因此，三線(xiàn)法無(wú)法達到微電阻測量的高精度要求。