□ 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(shí)，四端接線(xiàn)法，又叫開(kāi)爾文連接法。當被測電阻阻值小于幾歐，測試引線(xiàn)的電阻和探針與測試點(diǎn)的接觸電阻與被測電阻相比已不能忽略不計時(shí)，若仍采用兩線(xiàn)測試方法必將導致測試誤差增大。此時(shí)可采用開(kāi)爾文連接方式（或稱(chēng)四線(xiàn)測試方式）來(lái)進(jìn)行測試，如圖1。

 
圖1 開(kāi)爾文連接法

　　如圖1，可以認為A端和B端是電流端子，測試的時(shí)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(gè)定義點(diǎn)（Kelvin接點(diǎn)）α和β之間的電阻。

　　對于小阻值的電阻，測試時(shí)由于接觸電阻和引線(xiàn)電阻的影響，二線(xiàn)法測試不準。而采用四線(xiàn)法，就可以排除接觸電阻和引線(xiàn)電阻的影響。無(wú)論接到A和B的引線(xiàn)有多長(cháng)，電流不受影響。而C和D點(diǎn)只測試電壓，可以認為沒(méi)有電流通過(guò)，因此也與引線(xiàn)電阻和接觸電阻無(wú)關(guān)。

　　以上內容，是理論上，關(guān)于四線(xiàn)接線(xiàn)法的原理知識，在實(shí)際的計量檢測中，四端測量?jì)x器如何連接被測電阻，有一些問(wèn)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，是不是測量值更準確？

　　從圖1，可以看出，測量結果R，包括R和α、β之間的兩段引線(xiàn)電阻，所以想當然的就會(huì )從直覺(jué)上覺(jué)得，C、D電壓表兩根引線(xiàn)的夾子（即α、β兩點(diǎn)）越靠近電阻根部越好。于是在進(jìn)行連線(xiàn)時(shí)，把電壓的夾子靠近電阻，把電流的夾子夾在外面，如圖2，以為這樣的測量結果，比夾子交換位置測的準。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(shí)際的情況是，無(wú)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點(diǎn)離電阻的距離。因為圖1是原理圖，實(shí)物結點(diǎn)的宏觀(guān)圖不好想象，讓我們來(lái)看看放大的具體情況，讀者便會(huì )明了了。

  
　　如圖3、4所示，無(wú)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的結點(diǎn)α、β之間的電阻值。

　　2、 測量標準電阻時(shí)，電壓和電流夾子是否可以互換？

　　標準電阻上，電流的接線(xiàn)柱，比電壓的接線(xiàn)柱粗，是因為小電阻要流過(guò)大電流，才能得到合適的測量電壓，所以電流的接線(xiàn)柱要粗一些。如果拋開(kāi)粗細的問(wèn)題，或者說(shuō)把電壓的接線(xiàn)柱也做的像電流接線(xiàn)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。當然，如果電流過(guò)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，還得另當別論。

　　3、 測一個(gè)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(gè)插片和電阻接觸，這樣的方法和第2問(wèn)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(méi)有銅柱的，電流和電位是通過(guò)插片傳遞的，而不是通過(guò)接線(xiàn)柱。如圖5。

圖5

　　這樣測量，下面的插片的接觸電阻帶來(lái)的誤差無(wú)法忽略，大約幾歐至十幾歐，影響測量結果，如圖6、7所示，接觸電阻R’也被計算在測量結果中了。當然，這也再一次證明了，無(wú)論夾子還是插片，電壓端和電流端互換位置，測量結果不變。

　　那么如果避免接觸電阻R’帶來(lái)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(shí)物圖所示），其原理圖如圖9,，接觸電阻帶來(lái)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(gè)插片，最好不要在所測電阻物體之外，提前接觸，應分別接觸所測電阻。

　　在實(shí)際的計量檢測過(guò)程中，有的四端測量法的儀器，引出兩個(gè)夾子，每個(gè)夾子上既有電流線(xiàn)又有電壓線(xiàn)，那么其制作原理，應該是在接觸所測電阻前（即夾子尖端）電壓線(xiàn)和電流線(xiàn)，無(wú)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(huì )被測量進(jìn)去，造成很大的誤差。筆者發(fā)現國內很多接地導通測試儀等四端測量?jì)x器廠(chǎng)家設計的夾子，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。

[page_break]

　　4、 插片連接，ZX54電阻箱接線(xiàn)柱的設計，妙處何在？

 
圖10

　　如圖10，ZX54電阻箱的接線(xiàn)柱設計，因為其0.01Ω盤(pán)的電阻很小，需要四端接線(xiàn)減小誤差。每個(gè)接線(xiàn)柱，有兩層結構，電流和電壓插片分別插入，克服了問(wèn)題3中的情況，避免了由于插接不實(shí)，沒(méi)有觸碰接線(xiàn)柱，“插片”通過(guò)“插片”連接的情況，而是直接和接線(xiàn)柱牢固連接，從而避免了接觸電阻帶來(lái)的誤差，個(gè)中原因，在問(wèn)題3中已經(jīng)詳細介紹了，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(shí)候，熱電勢帶來(lái)的誤差會(huì )影響測量結果，值得注意。

　　以上4個(gè)設問(wèn)，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(huì )，涉及到標準電阻、電橋、電阻箱、微歐計、接地導通電阻測試儀的測量與使用，在此與全國同行交流探討，獻丑之處，懇請指正。

　　附：使用臺灣固緯GPT-9804接地導通電阻測試功能，測試一個(gè)116mΩ左右的小電阻，不同的連接方法，測得的電阻值的真實(shí)情況。由于GPT-9804的分辨力和重復性足夠好，所以也不必考量具體測量誤差，只是知道接線(xiàn)的方法不同，帶來(lái)的接觸電阻的區別就是了。

　　圖11  測量 四端測量的GPT-9804及被電阻（標稱(chēng)值115.2 mΩ）。

1、直接短接，測量結果為：0

2、用手按著(zhù)兩個(gè)電流端，電位端接在相應的電流端后邊，測量結果為：1.5~2.5mΩ

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

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

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

　　通過(guò)比較，第5種方法，測量值最接近實(shí)際值，接觸電阻最小。

　　以上5個(gè)測量數據，顯示出不同的接線(xiàn)方法，對測量結果帶來(lái)的影響。試驗過(guò)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，的確不影響測量結果。與前面理論分析中的結論吻合，算是理論聯(lián)系實(shí)際的佐證。