对几种常用高值电阻测量方法的论述

摘 要：电阻是各种电子产品中应用较多的元件之一, 因此, 对电阻值的测量应成为电器，电子科学人员必须掌握的知识。电阻值的测量方法有许多, 如何测量, 选择什么样的方法进行测量, 直接关系到阻值测定的准确与否, 在此本文介绍几种高值电阻测量方法，仅供同行参考。

关键词：高值电阻；阻值测量；直接法；间接法；存在问题；处理措施

0前言

目前，我国工业和测量技术提出的高阻测量任务主要有以下几方面：

①高值电阻通常包括105-109Ω的线绕电阻器，主要是电阻箱、分压电阻、电阻元件及半导体元件及某些材料电阻。其特点为阻值不高，其中部分电阻（如线绕电阻）要求测量准确度高，对测量电压无严格要求。

②超高值电阻一般指108-1014Ω范围内的电阻，主要是各种碳膜、金属膜电阻器等非线绕电阻器及材料电阻样品。其特点为阻值高，电压系数大，多数要求在低压下进行测量。

③高压高值电阻主要用于各类绝缘测量仪器，包括作为安全检查仪器校验标准。特别在电力部门广泛使用，主要包括1011-1017Ω电阻箱，要求在标称的高电压下进行测量。

④物理电阻主要是各种物理研究和工程测试中提出的对特定物理模型及样品、器件的检测。阻值可高达1010-1018Ω。如电离室、高真空、特殊材料等。

1 高值电阻测量方法

高阻测量一般可利用欧姆定律来实现，即R=V/I。如果已知通过电阻的电流，那么测出电阻两端的电压，就可以算出R的值。同样，给被测电阻施加一个已知电压，测出流过电阻的电流也可以算出R的值。

1.1恒电压测电阻

1.1.1直接法

对高值大电阻的测量原理如图1所示。如果保持稳压电源的输出电压U不变,单刀双掷开关K分别接向1,2时，由电位差计测出标准电阻R0上的电压U1，U2,

U1=UR0/(R0+Rx)（1）

U2=UR0/(R0+R1+Rx)（2）

式中Rx为待测的大电阻。由（1）和（2）两式可得

Rx=R1U2/(U1-U2)R0（3）

可见，只要R0，R1己知，再测出U1后，按（3）式即可计算出Rx。必须考虑到，在（3）式中两次测得的电压之差U1-U2和U3相比不能非常小，否则计算出的Rx是无意义的。为此，经理论分析和实验验证在测量时应尽量满足以下条件：

U1-U2≈0.1U2(4)

由（3）式可得:

R1≈0.1(R0+RX)(5)

测量的近似条件（4）或（5）的含义可理解为，被测电阻和两个已知电阻之间阻值依次相差一个数量级。例如：Rx=106Ω，R1=105Ω，R0=104Ω,或Rx=107Ω，R1=106Ω，R0=105Ω。

1.1.2间接法

根据欧姆定律R=U/I，当电压恒定时，电阻和电流成反比，由此我们就可以把高电阻的测量转化为对电流的测量。因电阻的阻值比较大，相应的电流就比较小，测量起来比较困难，我们可以引入一个电流放大器。微电流直流放大器大致可分为静电计管、电流一电压转换法和电容放电法三大类。

目前一般采用电流一电压转换法，它将输入电流转换成已知高阻上的电压降后再测量，较静电计管具有漂移小、寿命长、体积小、功耗小等优点，较动电容式微电流放大器具有响应速度快、价廉、结构简单、容易制造等优点。

图2中前置级采用深度负反馈的电流一电压转换电路，考虑到电路稳定性和时间响应，运算放大器选用具有高输入阻抗、低输入偏流、低温漂性能的AD515，取Rf=1011Ω,Cf=17pF；而由R2和R3构成的T形网络自举电路,可增大整个电路的增益,以放大电流，便于测量。

1.2恒流源测电阻

1.2.1电压一电流转换型恒流源

图3所示电路是由运放CA3140、稳压管基准电压源LM336和基准电阻R1组成的恒流源电路。理论分析结果表明，在该电路中，流经负载R1的电流IL为恒流源，即:IL=UZ/R1可见，选取不同的R1即可得到电流数值小的恒流源。只要晶体管9015的参数允许，且加足够大的散热器时，该电路可输出1A以上的恒定电流。

1.2.2电阻测量

1.2.2.1电压表测电阻

在图3恒流源电路中，若选择R1=2.5kΩ，则可输出IL=UL/R1=2.5/2.5=1mA的恒定电流。若将被测电阻Rx取代图3所示恒流源电路中的负载电阻RL，并用电压表测出Rx两端的电压U,则:

Rx=U/IL=U (kΩ)

1.2.2.2电流表测电阻

因上述两种恒流源电路提供的恒定电流IL的大小与基准电阻R1成反比。若将被测电阻Rx取代图3所示恒流源电路中的基准电阻R1，如图4所示，并用电流表测出通过Rx的电流I，RX=UZ/I=2.5/I。

2实验中存在的问题与处理措施

2.1与被测器件串联的引线电阻的影响。因为我们所研究的电阻值一般都比较大，所以这部分误差对结果的影响基本可以忽略。

2.2 与被测器件并联的杂散电阻的影响。我们知道任何并联电路的等效电阻值都小于电路内的单一电阻值，所以这一误差来源直接影响到我们的测量结果。

2.3 热电动势的影响。热电动势的产生对测量电路有一定影响，但当被测电阻很大时，这一影响是非常有限的。

2.4 感生电流的影响。

2.5 噪声影响。

2.6处理措施

2.6.1并联电流的消除

任何与测量电阻并联的电阻会衰减输入信号，造成测量误差。分流电阻包括电阻表的输入电阻、测试装置和输入电缆的绝缘电阻等。用下列方法尽量减少其影响：

①选用低漏流高输入电阻的结型场效应管对作为输入级。管脚用瓷柱垫脚焊接，关键器件架空连接。

②采用高绝缘材料的双层屏蔽同轴电缆，里层芯线接输入信号高端，中间屏蔽层接输入信号低端，外层屏蔽接外壳地。

③采用保护接地措施，使输入级放大器具有单位增益，把放大器输出接回输入电缆内屏蔽层，使内屏蔽层具有与信号同等电位，两者之间没有漏流，有效地克服了分流电阻的影响。

2.6.2感生电流影响及消除

感生电流会叠加到测量电流上，造成测量误差。它可能来源于仪器内部，也可能来源于外部。对于来源仪器内部的偏置电流，选用低漏流的输入场效应管减少其影响。对于来源仪器外部的感生电流，可能有下述原因：

①电缆弯曲或振动使电缆中绝缘体和导体之间发生摩擦，从而产生噪声电流，所以，应注意避免测试系统中不同部分的振动关联，最好采用低噪声电缆。

②污染物在潮湿的环境下会发生电化学反应，引起pA级或更大的电流，常用的印刷电路板在没有清洗干净的情况下就会发生这样的电流。所以，应保持印刷电路板的清洁，避免在潮湿的环境下测量。

③有一定电压的电线或带电体靠测试电路会引起静电感应，改变电线上的电压或移动电线都会引起感应电流。所以，对测试电路的敏感区最好用金属罩屏蔽，且把金属罩与测试电路的公共端相连。

2.6.3输入电容的影响

在高阻测量过程中.值得注意的还有仪器的输入电容和输入电缆的电容Cn。它会导致一个分流电容负载。分流电容器必须通过源电流充电到测试电压，充电时间取决于电路的时间常数RxCn，因此获得精确的测量需要等待四或五倍的时间常数。

如果Cn有lOPF，测试电阻为1TΩ，那么读数稳定到最后值的10%就须要50秒的稳定时间。保护接地也可有效地减少分流电容的影响。

3结语

本文仅介绍了几种常用的测电阻的方法, 对高电阻测量还有很多方法,像检流计测电阻、冲击电流法测电阻、555定时器振荡法测电阻等。在实际工作中可以针对性地选用不同的方法来解决实际问题。

参考文献：

[1] 曹桂芹,王德文.高值电阻的测量技术[J].计量信息,2005,(6):35-37.

[2] 李建新.基于恒流源的电阻测量[J].现代电子技术,2004,(19):89-90.

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