对测量低值电阻电压接点的讨论

【摘 要】在电路元件的构成中，电阻作为最基本的构成要素，也是电参数之一。一般而言，主要的测量条件分为两种情况，即直流和交流。在直流情况下，电阻R=U/I，U 为电阻两端电压，I为流过电阻的电流，主要是按伏安特性来定义；在交流情况下，电阻R=P/I的二次方，定义的依据主要是功率P。在工程研究领域，一般的电阻范围控制在10的负七次方欧姆到10的负十五次方欧姆之间。 在进行特殊实验研究的过程中，测量电阻的范围通常接近零欧姆至10的负十八次方欧姆。本文主要通过分析用双电桥法进行低值电阻的测量，从而探讨电压节点。

【关键词】低值电阻；电压节点；讨论

电阻是电路元件的基本构成部分，阻值主要分为三类，即高、中、低。由于量值以及测量误差的不同，在测量阻值时测量方法多样。测量电阻常见的方法有伏安表法、电桥法、欧姆姆表法以及三表法，引线电阻以及引线端点接触电阻作为影响测量结果的关键因素，在电阻测量中起着不可忽视的作用。由于双电桥测量法的精度高，因此笔者主要通过利用双电桥法测量低值电阻，从而具体探讨电压节点的变化。

1 低电阻测量概述

电阻，即基本的电参数之一，阻值范围较大，一般而言，可分为三种：一是高阻，一般大于107Ω；二是中阻，一般在10～106Ω之间；三是低阻，通常在10Ω以下。对于中阻的测量，常见的的测量方法有伏安法以及惠斯登电桥法等。对于高阻以及低阻的测量，由于测量过程繁琐，出现的问题较多，因此需要采取特殊的测量方法。本文主要研究低阻的测量，从而进行电阻电压接点的讨论。在低电阻的测量过程中，由于接触点存在接触电阻，当待测电阻阻值小于或等于10-1Ω时，为了提高测量的精度，因此必须要正确处理接触电阻与待测电阻的阻值。

2 低值电阻电压节点测量

2.1 低值电阻电压节点测量实验目的与要求

双电桥测量低电阻，即将未知低电阻和已知标准电阻建立起关系，从而求得位置电阻。在电路的连接时通常采用四接点连线。在进行双电桥低值电阻测量的实验中，为了减少连接导线的电阻，避免各接线端钮的影响，主要采用四端连接的方式。当测量直径较小的导线以及金属棒时，通常把电压节点和电流节点进行分开处理。

2.2 低值电阻电压节点测量实验对象与实验仪器

实验对象：两根直径为7.981的金属棒；主要的实验仪器：待测电阻、标准电阻、电源、开关、检流计、滑动变阻器以及导线板等。

2.3 低值电阻电压节点测量实验方案

在利用双电桥法进行低值电阻测量的实验中，当电流节点处在电压节点的内侧，主要的连接方式如下图1所示。电流节点为C、D，电压节点为A、B，在电源回路中，电流节点的接触电阻为r1，接线电阻为r2；电压节点的接触电阻为r1，接线电阻为r2 在毫伏表路中，主要的电阻为r5和r8，由于r3、r4、r6在毫伏表内的阻力相对较小，因此一般不考虑。当电流节点处在电压节点的外侧时，为了减少接触电阻，同时避免所测低电阻受接线电阻的硬性，一般可以使用相同的方法，在各大电阻支路以及电源回路中，纳入接触电阻以及接线电阻。

图1 双电桥法接线方式一

为了验证这一理论，因此进行实验研究。实验的对象为金属棒，同时对金属棒的直径进行了控制，要求直径为7.981。实验的步骤主要分为两种情况：一是电流节点处在电压节点的外侧，二是电流节点处在电压节点的内侧。

（1）电流节点处在电压节点的外侧

当电流节点处在电压节点的外侧时，测量的结果如下所示。

电阻R 1=9.6946×10 Ω，

电阻率ρ =6.06×10 Ω，

此时，两电压节点所测得的距离即为金属棒的长度，距离L =80.0

（2）电流节点处在电压节点的内侧

当电流节点处在电压节点的外侧时，由于进行了电流节点处在电压节点的外侧的实验，因此电桥此时处在平衡的状态，可以观察到测量仪器的检计光标出现了偏移的现象。因此，当电流节点处在电压节点的外侧时，首先要使电桥处在平衡的状态中，通过把比例臂的电阻调整到一个合适的角度值上，从而保证测量结果的有效性。主要的测量结果如下所示。

电阻Rx2=9.2750×10-4Ω，

电阻率ρ2=6.05×10-8Ω，

此时，两电压节点所测得的距离，即金属棒的长度，L1=76.7

2.4 低值电阻电压节点测量结果

在利用双电桥法进行低值电阻测量的实验中，根据上述相关的测量数据，因而可以看出当采用直径相同的金属棒进行实验时，低值电阻的阻值为：

Rx2'= L2=9.2947×10-4Ω

因此，当采用两种接法的测量方法计算直径为76.7的金属棒，所计算出的阻值差异为

Rx= Rx2'-R x2

=9.2947×10-4Ω-9.2750×10-4Ω

=0.0197×10-4Ω

通过计算的数据可以看出，两种接法测量的阻值误差为0.3%，因此不难看出，这两种接法的实际运用效果是没有差异的。同时在低值电阻测量的实验中，由于测量的对象是金属棒，当把金属棒的长度控制在一定范围内时，不影响实际测量的结果，因此对于电阻率值可以直观的通过比较这两种接法得出。

ρ= ρ1-ρ2

=6.06×10-8Ω-6.05×10-8Ω

=0.01×10-8Ω・m

由于最后所测的电阻率为0.01×10-8Ω・m，一般而言，在低值电阻测量的实验中，这种误差是在允许的范围内，主要的影响因素包括三个方面：一是实验操作误差，这种微小的误差是实验研究中的正常现象；二是系统误差，主要是测量仪器精度引起的误差；三是测量偶然误差，在实际的测量过程中，存在一定的偶然性。

通过利用双电桥法进行低值电压测量的实验表明，当进行导线以及金属棒等低电阻的测量时，由于导线以及金属棒的直径控制在较小范围内，因此电压节点位置的设定主要有两种方式：一是电压节点处在电流节点的外侧，二是电压节点处在电流节点的内侧。

3 结束语

综上所述，利用双电桥法进行低值电阻测量的实验表明，对于较小待测物体，电压节点可以处在电流节点的外侧或者内侧，对于接点的接触面而言，对于较大的待测物，电压节点必须处在电流节点的内侧，有利于提高测量结果的精度。

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