邯鄲市計量測試所 趙曉冬 溫戰(zhàn)龍 馬靜芳

有關儀器儀表內阻測量的分析與探討

邯鄲市計量測試所 趙曉冬 溫戰(zhàn)龍 馬靜芳

內阻測量直接對儀器儀表的測量值和輸出值造成影響，與儀器儀表的測量結果的準確性息息相關。因此在進行儀器儀表進行測量時，應認識到內阻測量的重要作用。本文根據(jù)幾種典型的計量儀器的特征，設計了內阻測量的方案，并詳細分析探討了測量數(shù)據(jù)，對內阻可能引起測量結果與實際出現(xiàn)偏差或者結論錯誤的原因進行分析，并提出具體解決措施。

儀器儀表；內阻；測量分析；數(shù)字多用表

內阻是每個儀器儀表都具有的特征，對測量值與輸出值的準確性起著直接的影響作用。因此，對內阻的含義以及測量方法正確認識和理解，解決在檢定過程中出現(xiàn)的由于內阻造成的問題十分必要。

在檢定過程中，常常出現(xiàn)的疑惑如為什么高內阻是進行數(shù)字多用表測量的必備需要，為什么指針式毫伏表不能在采用5520A多功能校準源在330mV檔時被檢定出來，當9500B示波器校準儀的輸出內阻設計為1MΩ或50Ω時其輸出的正弦波信號的內阻是多少，當輸出內阻為50Ω的33250信號發(fā)生器，在使用數(shù)字多用表檢定出其實際信號發(fā)生器的設定值是電壓幅度二分之一等等，這些都是需要解決的問題，否則無法測出儀器儀表的準確值。

1.5520A輸出電壓的內阻測量

在對Fluke5520多功能校準源進行電壓輸出時，其內阻測量方法是如圖一所示。

圖一中，5520A輸出電壓Vs的標準電阻內阻為5520A，8508A數(shù)字多用表對BZ3和5520A輸出端電壓分別是V2、V1。8508A-LEAD為測試導線。

從表一中可以看出，當5520A量程為330nV時，內阻輸出為50Ω，由于指針式毫伏表內阻值不高，通常只有幾十歐姆，且電源內阻一定程度上有著分壓作用，因此，在對低內阻指針式電壓進行檢定時，必須保持5520A處于高量程輸出狀態(tài)。

2.8846數(shù)字多用表內阻分析

8846A測量電壓原理圖如圖二所示。

在圖二中，F(xiàn)luke8846A電壓源為內阻Rs和測量電壓Vs。使用8846進行電壓測量時，其內部構造與一個電阻和一個電流表串聯(lián)相等效。其中電阻值為R表，測量值為I表。根據(jù)電壓測量公式，只有當Rs比R表大時，才能使8846A測量電壓值在標準要求范圍內。表二中對四種數(shù)字多用表電壓內阻測量進行了列舉。

在使用8846進行測量電阻時，不管對對四線電阻或者二線電阻進行測量，其固定原理是被測電阻必須由數(shù)字多用表輸出直流電流，其中直流電流必須是恒定不變的。同時對被測電阻的兩端電壓進行測量，得出被測電阻阻值。在電阻測量時，應注意，內阻會直接影響測量電壓的準確性，從而對測量的電阻值也造成影響。

3.E4404B頻譜分析儀的內阻測量

圖三為E4404B內阻測量原理圖。

根據(jù)E4404B頻譜分析儀規(guī)定要求，其輸入信號電平必須控制在30dBm范圍內，不包括直流成分，輸入端阻抗值為50Ω，其中DC耦合使用頻率在9kHz到6.7GHz范圍內，AC耦合使用頻率控制在100kHz到6.7GHz之間。

圖一 5520A輸出電壓內阻測量原理圖

圖二 8846測量電壓原理圖

圖三 4404B內阻測量原理圖

圖四 9500B輸出正弦波電壓的內阻測量原理圖

在圖三中，5720A多功校準源通過輸出電壓Vs給E4404B頻譜分析儀，對E4404B兩端電壓的有效值V1測量采用8846A數(shù)字多用表進行測量。其中V2為E4404B自身電壓，5720的輸出內阻為Rs，E4404B的輸入內阻為R表。8846A與E4404B電壓測得值如表三所示。

從表三中可以看出，當E4404B處于DC耦合模式下，其頻率在9kHz以上。E4404B與8846A的測量值處于一致的關系，測量值都為輸出信號的二分之一。由此可見，在DC耦合模式下，E4404B的內阻與5720的內阻相等，都為50Ω。當E4404B處在AC耦合模式下，E4404B頻率在100kHz以下時，測出的電壓值超差十分嚴重。當頻率在100kHz以上時，E4404B測得的電壓值剛好與5720A輸出電壓值的一般對等。當頻率增加至250kHz時，E4404B與8846A測量值基本上趨近相等，這說明了當測量信號在250kHz以上時，E4404B的輸入內阻保持在50Ω。

表一 5520輸出電壓內阻測量值

表二 數(shù)字多用表測量電壓的內阻值

表三 E4404B頻譜分析儀內阻測量值

表四 9500B輸出正弦波電壓的內阻測量值

4.9500B輸出正弦波電壓的內阻測量

9500B輸出正弦波峰峰值為V1，V1是用8508A數(shù)字多用表直接測量的電壓值，如圖四(1)所示。然后，將BZ3標準電阻串聯(lián)在9500B上，V2為用8508測得的BZ3兩端的電壓值。如圖四(2)所示。

其中，BZ3電阻值是RBZ3，RBZ3等于100Ω，9500B的輸出內阻是RS，表四為9500B測出的輸出正弦波電壓值。其中9500B的輸出內阻為RS’。

從表四中可以看出，當9500B輸出直流電壓的時候，9500B的設定值幾乎與8508A數(shù)字多用表測出的電壓值相等，換句話說，9500B內阻對負載上得出的電壓基本沒有影響，由此可見，9500B輸出直流電壓時，內阻比較小。當9500B輸出正弦波電壓時，當輸出內阻處在50Ω時，9500B測出的內阻大小大約為50Ω，9500B的設定值大概是輸出電壓的幅度的二分之一。當將輸出內阻設置在1MΩ時，9500B測出的電阻值為25Ω，9500的設定值與輸出電壓的幅度相等。因此，只有9500B與示波器都設置為1MΩ或50Ω進行阻抗匹配時，9500B輸出的電壓設定值正好可以在示波器端獲取。

對信號發(fā)生器如Fluke81、Agilent33250等，如果測出信號發(fā)生器的輸出幅度與實際設定值之間呈2倍關系沒那么輸出內阻一定為50Ω，可以通過用數(shù)字多用表對其兩端電壓進行測定。

5.結語

任何輸出輸入單元都存在內阻，在低頻電路或直流電路中，內阻只會對信號大小造成一定程度的影響，而在高頻測試中，內阻不僅對信號大小造成影響，還可能引起信號由于傳輸路徑阻抗不相匹配造成失真現(xiàn)象，這對測量結果有著直接的影響。本文對5520A、8846A、E4404B、以及9500B四種儀器進行分析其部分功能的內阻測量，總結出測量內阻的方法，對儀器內阻對測量結果造成影響的原因進行了闡述，對計量過程中由于內阻出現(xiàn)的測量問題和疑惑進行了較為仔細的分析，使檢定人員的測量分析技術的能力得到進一步提高，促進測量結果更加準確。

隨著人們對儀器儀表測量參數(shù)精度要求的不斷提高，對儀表的內阻測量也越來越嚴格。在對儀器儀表進行測量時，首先應認識到內阻測量與測量值和輸出值之間存在密切相連的關系。熟悉了解內阻影響測量結果的因素以及常見測量過程中出現(xiàn)的問題，根據(jù)具體的內阻測量標準進行有效測定。

[1]李瓊敏.從回路靈敏度看靈敏電流計內阻測量的誤差[J].貴州師范大學學報(自然科學版),2007(2).

[2]閆長利.電表內阻測量三法[J].實驗教學與儀器,2008(11).

[3]扈炳芳.表內阻測量方法的探究[J].實驗教學與儀器,2012(3).

[4]王海明.電表內阻測量方法的歸納分析[J].實驗教學與儀器,2009(9).

[5]劉仲英.測量電表內阻的方法[J].高中數(shù)理化,2009(1).

[6]何毅.信號發(fā)生器輸出幅度與輸出阻抗的關系[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理,2005(4).

趙曉冬（1979—），男，河北邯鄲人，2004年畢業(yè)于河北工程大學自動化專業(yè)，工學學士，助理工程師，現(xiàn)供職于邯鄲市計量測試所，研究方向：計量。

溫戰(zhàn)龍（1984—），男，河北廣平人，2007年畢業(yè)于河北師范大學匯華學院計算機科學與技術專業(yè)，學士，助理工程師，現(xiàn)供職于邯鄲市計量測試所，研究方向：計量。

馬靜芳（1980—），女，河北邯鄲人，2005年畢業(yè)于河北大學測控技術與儀器專業(yè)，學士，助理工程師，現(xiàn)供職于邯鄲市計量測試所，研究方向：化學計量。