電阻標準的保存

　　一級和二級標準實驗室都保存著電阻的工作標準，用來校準分流器、電橋、分壓器及其它電阻設備和電阻測量儀器。工作標準的溯源性通過周期性地和實驗室的一級電阻標準進行比較來保持。

　　之前介紹的各種類型的單值標準電阻器的現有商品都是按十進制序列取值的，其數值范圍從0 .000 01?到100 M?。由于提高穩定性、降低電阻的功率系數、降低與銅導體連接時的熱電動勢等方面的要求，多年來這些標準電阻的機械結構設計不斷進步。

　　本地標準實驗室通常具有若干組這種電阻器，并將它們保存在攪拌油槽中，以便使電阻器保持在標準溫度之下。實驗室對這些電阻器的數值互相進行比較，并將其與NIST可溯源的運輸標準或本地的QHE裝置進行比較。進行這種比較所用的技術將在下面的“電阻器的相互比較”一節進行介紹。

　　雖然，運輸標準也可以采用其它的數值，但是其數值通常是10 k?或1 ?。首先，把NIST對這些運輸標準所賦的數值傳遞給本地標準電阻組中的電阻器。然后，本地標準電阻組中的電阻器就可以用來給工作標準(如福祿克公司的742A)進行賦值。

　　用10 k?而不用1 ?來保存實驗室一級電阻標準的好處是，當把該電阻的量值擴展到其它的電阻量值時，積累的誤差較小。例如，從1?的一級標準電阻開始校準1 M?的標準電阻，將需要6次10 :1的比率測量。在每一步的測量中都會積累一些誤差。而如果從10 k?的一級標準電阻開始，則校準工作只需要2次10:1的比率測量就能完成。

　　理想的情況是，同時用1 ?和10 k?來保存一級實驗室電阻標準。這樣對于高、低數值的實驗室標準電阻來說都會減小積累的誤差。而且，還可以通過比較從1 ?標準電阻向上和從10 k?標準電阻向下，用比率的方法校準1?和10 k?之間的十進電阻器時的差別，來對實驗室測量過程的準確度和重復性進行很好的檢查。

　　電阻器的相互比較

　　準確的電阻測量可以通過把未知電阻和已知數值的標準電阻器作比較來進行。假定在進行測量的期間內，測量設備是穩定的、可重復的，那么就可能以很高的準確度、很低的不確定度來比較兩個電阻器。當兩個電阻器的阻值之差減小時，其測量誤差也減小。當然，這種方法的限制因素是標準電阻的數值的不確定度。

　　2端和4端電阻器

　　測量電阻的一種方法是，使一已知的電流流過該電阻，然后測量該電流在電阻兩端產生的電壓降。依據傳送電流和測量電位時連接方法的不同，所獲得的測量結果也會有所變化?，F在考慮電阻器的一端的情況。我們把末端裝有鏟形焊片的測試導線連到螺旋接線柱上。如果傳送電流的導線位于接線柱的底部，緊靠著電阻元件，那么測量電位的導線所探測到的將不僅是電阻元件上的電壓降，而且還有電流流過傳送電流的導線的接觸電阻時產生的電位差。見圖8-3。

　　此接觸電阻隨著接觸點的清潔程度、接觸面的大小、螺旋接線柱旋緊的程度而變化。通常這種變化有幾個毫歐。如果此變化為2 m?(每端各為1m?)，標準電阻器為1 ?，則誤差為0.2%，這對于精密測量來說是不可接受的。如果把測試導線反過來，使得測量導線緊靠著電阻元件，那么誤差將大大減小。但是，接觸電阻的變化仍然超過標準實驗室高質量測量的要求。

　　不論使用什么樣的測量技術，2端電阻器的電阻值總會受到所使用的連接方法的影響。因此，低阻值的標準電阻器和分流器都做成4端結構：兩個端子供連接電流;兩個端子供連接電位。如圖8—4所示，通過電阻的輸入電流從左邊的電流端子流過，而電阻上的電壓降則出現在右邊的兩個端子之間。4端電阻器的電阻值則定義為在電壓端子之間測量出的電阻值。

　　阻值為100 k?及其以上的標準電阻通常為2端電阻器，因為2m?的變化對于100k?來說誤差只有。

　　電阻的精密測量通常使用電橋的方法來進行。在比較標稱值相等的電阻時，很容易獲得小于1ppm的不確定度。在不需要這種等級的不確定度時，可以使用其它更方便的測量方法。下面討論一些更流行的電阻測量方法。

　　數字歐姆表

　　現在，指針偏轉型的測量儀器大多數已經被更準確、具有很多其它優越性能的數字式儀器所取代。一臺高質量的數字多用表的電阻測量的準確度，在中檔量程(1 k?到1M?)為幾個ppm的數量級，對于較高和較低的量程則降低到100ppm。對于廉價的數字表(如手持式多用表)來說，其典型的準確度為0.5%的數量級。

　　除了數字讀出值的優點之外，數字多用表中的歐姆表電路的特性，使其讀出值隨被測電阻的數值呈線性變化。所以，比起指針偏轉型的歐姆表來，數字歐姆表能夠大大地提高其分辨度和準確度。在DMM的輸入端連接2端電阻的典型情況電路圖示于圖8—5。

　　從“源”端子送出的已知恒定電流連到被測電阻Rx上.在Rx上產生的電壓降由“取樣(sense)”端子進行測量。由于電流的幅度是已知的、恒定的，所以可以把電壓的讀數變換成以歐姆為單位的電阻讀數。

　　在測量高電阻時，保證測量準確度的一個重要因素是，電壓測量電路具有很高的輸入電阻，其典型輸入電阻大于10 000M?。在更昂貴的數字多用表上，為了提高低電阻量程的準確度，可以將電流源端子和電壓測量端子分別連到被測電阻上，形成4端歐姆表的連接方式(圖8—6)。

　　由于沒有把連接導線的電阻當作被測電阻的一部分予以測量，所以這種測量方法比2端連接的測量方法準確度要高。

　　DMM的傳遞測量

　　一些現代的 7? 位、 8? 位DMM具有很好的電阻測量能力。雖然通常在進行電阻讀數測量時，其不確定度不是非常低，但是其高分辨度、極好的線性度和短期穩定性，使得這種DMM在比較阻值近乎相等的電阻器時非常有用。

　　見圖8—7：

　　使用這種方法時，用下述方程式來求出Rmeas:

　　式中：Rmeas—未知電阻器的阻值;

　　Rstd —標準電阻器的阻值;

　　Rdga —Rmeas的DMM讀數;

　　Rdgb —Rstd的DMM讀數。

　　這種方法對于1 k?以上的阻值效果特別好，可以獲得大約1ppm的傳遞不確定度。把DMM切換到直流電壓方式，可以測量出電路中的熱電動勢。如果電路中存在熱電動勢，那么，把DMM的測試導線互換，重復進行測量并求平均值，可以部分地對熱電動勢進行補償。