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    如何測(cè)量低阻值器件

    發(fā)布時(shí)間:2020-06-15 來(lái)源:卓晴 責(zé)任編輯:wenwei

    【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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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)有開關(guān)打開和閉合的動(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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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。可以使用鱷魚嘴夾將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(保證其溫度變化小),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)。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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5V電源,測(cè)量R1兩端電壓,比如在這里它的讀數(shù)為4.7696V。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
     
    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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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)量一些常見的低阻值器件
     
    使用上述方法對(duì)本文一開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:
     
    如何測(cè)量低阻值器件
     
    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。
     
    如何測(cè)量低阻值器件
    ▲ 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
     
     
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