四探针原理｜二线法与四线法原理

通常的开短路测试方法即为普通二线测试,如图1所示,二线测试是目前普遍应用的一种方案。二线测试只有一个回路,所测得的阻抗为R1+R2＋R,即所测得的阻抗为馈线电阻和待测线路阻值之和,而R1和R2与R相比不能忽略,甚至超过R,故无法精确测定被测电阻之低阻值。但因为开路测试的条件一般为20 Ω,故馈线电阻影响不大,可以忽略不计。二线测试的精度虽然不高,但是用来判断线路的开短路已经能满足绝大部分的需要。但仅适用于完全断线之测试,对于低阻值测试则无能为力。而丘山仪器四探针电阻测试仪测量范围可以达到1 μΩ~100 MΩ，这是二探针法所难以达到的。

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如图2， rL意指测试机元件阻抗+排线阻抗+探针内部阻抗+接触阻抗。rT指匹配电阻。二端子测试时测试机之排线阻抗、探针内部阻抗及接触阻抗同时串联测定,当测量的电阻阻值较小时,馈线电阻产生的误差就不容忽视,故无法精确测得被测电阻的低阻抗值,这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。但由于接法简单,实际仍有应用,为使误差不致过大,要求引出线的电阻值：铜电阻-不应超过R0的0.2%;铂电阻-不应超过R0的0.1%。另外就是将线路电阻测量出来以后在二次仪表或者温度变送器内修正了(但环境温度的变化对引线电阻和连接导线的电阻变化量仍然无法修正之)。

四线连接方式如图3所示,连接有两个要求：对于每个测试点都有一条激励线和一条检测线,二者严格分开,各自构成独立回路;同时要求检测线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上,使流过检测线的电流极小,近似为零。激励线即是电流供给回路,检测线即是电压测定回路,电流、电压两回路各自独立。电流供给回路两端子与电压测定回路两端子共计四端子,故称四线测试。因电压表的内部阻抗非常高(MΩ级),远远大于电压测定回路的馈线电阻R3和R4(Ω级),使得几乎全部的电流流经过 R,流经电压表的电流 I2几乎为零,故所量到的电压也几乎是R本身的压降,馈线电阻完全可以忽略,使所测得的R几乎近似于R本身,由此可精确测定被测电阻之微小阻值,其四线测试的测试精度可达到mΩ级。

如图4，四端子测试时电流供给回路与电压测定回路是个别独立的(电流供给回路2端子与电压测定回路2端子,共计4端 子 ),由于电压测定计内部阻抗非常高,故电压测定回路中排线阻抗、接触阻抗、内部阻抗皆可忽略,因此可精确测得被测电阻之微小阻值。该测量原理的误差主要来自于恒流源的精度、电压表的测量精度、引线的固有热电势。

可采用如下措施提高测量精度：

（1）在电流回路中加入一具有极低温度系数的高精密电阻作为采样电阻,测量该采样电阻上的电压值VS进而精确得到恒流源的电流值I,从而消除由于温漂、失调等因素造成的恒流源误差。

（2)变换恒流源极性测量热电阻,可大大抑制热电势的影响。

丘山仪器全自动四探针

丘山仪器在此原理上自主研发出全自动四探针和半自动四探针，两类四探针电阻测试仪均采用镶嵌红宝石轴套的探针头，以保证测量的机械精度、稳定性和寿命。