電阻標(biāo)準(zhǔn)的保存
一級和二級標(biāo)準(zhǔn)實驗室都保存著電阻的工作標(biāo)準(zhǔn)，用來校準(zhǔn)分流器、電橋、分壓器及其它電阻設(shè)備和電阻測量儀器。工作標(biāo)準(zhǔn)的溯源性通過周期性地和實驗室的一級電阻標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來保持。
之前介紹的各種類型的單值標(biāo)準(zhǔn)電阻器的現(xiàn)有商品都是按十進(jìn)制序列取值的，其數(shù)值范圍從0 .000 01?到100 M?。由于提高穩(wěn)定性、降低電阻的功率系數(shù)、降低與銅導(dǎo)體連接時的熱電動勢等方面的要求，多年來這些標(biāo)準(zhǔn)電阻的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷進(jìn)步。
本地標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溫度之下。實驗室對這些電阻器的數(shù)值互相進(jìn)行比較，并將其與NIST可溯源的運輸標(biāo)準(zhǔn)或本地的QHE裝置進(jìn)行比較。進(jìn)行這種比較所用的技術(shù)將在下面的“電阻器的相互比較”一節(jié)進(jìn)行介紹。
雖然，運輸標(biāo)準(zhǔn)也可以采用其它的數(shù)值，但是其數(shù)值通常是10 k?或1 ?。首先，把NIST對這些運輸標(biāo)準(zhǔn)所賦的數(shù)值傳遞給本地標(biāo)準(zhǔn)電阻組中的電阻器。然后，本地標(biāo)準(zhǔn)電阻組中的電阻器就可以用來給工作標(biāo)準(zhǔn)(如福祿克公司的742A)進(jìn)行賦值。
用10 k?而不用1 ?來保存實驗室一級電阻標(biāo)準(zhǔn)的好處是，當(dāng)把該電阻的量值擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)電阻開始校準(zhǔn)1 M?的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電阻開始，則校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。這樣對于高、低數(shù)值的實驗室標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電阻向上和從10 k?標(biāo)準(zhǔn)電阻向下，用比率的方法校準(zhǔn)1?和10 k?之間的十進(jìn)電阻器時的差別，來對實驗室測量過程的準(zhǔn)確度和重復(fù)性進(jìn)行很好的檢查。
電阻器的相互比較
準(zhǔn)確的電阻測量可以通過把未知電阻和已知數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)電阻器作比較來進(jìn)行。假定在進(jìn)行測量的期間內(nèi)，測量設(shè)備是穩(wěn)定的、可重復(fù)的，那么就可能以很高的準(zhǔn)確度、很低的不確定度來比較兩個電阻器。當(dāng)兩個電阻器的阻值之差減小時，其測量誤差也減小。當(dāng)然，這種方法的限制因素是標(biāo)準(zhǔn)電阻的數(shù)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(chǎn)生的電壓降。依據(jù)傳送電流和測量電位時連接方法的不同，所獲得的測量結(jié)果也會有所變化。現(xiàn)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(dǎo)線連到螺旋接線柱上。如果傳送電流的導(dǎo)線位于接線柱的底部，緊靠著電阻元件，那么測量電位的導(dǎo)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(dǎo)線的接觸電阻時產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線反過來，使得測量導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)實驗室高質(zhì)量測量的要求。
不論使用什么樣的測量技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)電阻器和分流器都做成4端結(jié)構(gòu)：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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行。在比較標(biāo)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(shù)字歐姆表
現(xiàn)在，指針偏轉(zhuǎn)型的測量儀器大多數(shù)已經(jīng)被更準(zhǔn)確、具有很多其它優(yōu)越性能的數(shù)字式儀器所取代。一臺高質(zhì)量的數(shù)字多用表的電阻測量的準(zhǔn)確度，在中檔量程(1 k?到1M?)為幾個ppm的數(shù)量級，對于較高和較低的量程則降低到100ppm。對于廉價的數(shù)字表(如手持式多用表)來說，其典型的準(zhǔn)確度為0.5%的數(shù)量級。
除了數(shù)字讀出值的優(yōu)點之外，數(shù)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(shù)值呈線性變化。所以，比起指針偏轉(zhuǎn)型的歐姆表來，數(shù)字歐姆表能夠大大地提高其分辨度和準(zhǔn)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(chǎn)生的電壓降由“取樣(sense)”端子進(jìn)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(shù)變換成以歐姆為單位的電阻讀數(shù)。
在測量高電阻時，保證測量準(zhǔn)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(shù)字多用表上，為了提高低電阻量程的準(zhǔn)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(dǎo)線的電阻當(dāng)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(zhǔn)確度要高。
DMM的傳遞測量
一些現(xiàn)代的 7? 位、 8? 位DMM具有很好的電阻測量能力。雖然通常在進(jìn)行電阻讀數(shù)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(wěn)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(biāo)準(zhǔn)電阻器的阻值;
Rdga —Rmeas的DMM讀數(shù);
Rdgb —Rstd的DMM讀數(shù)。
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(dǎo)線互換，重復(fù)進(jìn)行測量并求平均值，可以部分地對熱電動勢進(jìn)行補(bǔ)償。
