有关仪器仪表内阻测量的分析与探讨

邯郸市计量测试所 赵晓冬 温战龙 马静芳

有关仪器仪表内阻测量的分析与探讨

邯郸市计量测试所 赵晓冬 温战龙 马静芳

内阻测量直接对仪器仪表的测量值和输出值造成影响，与仪器仪表的测量结果的准确性息息相关。因此在进行仪器仪表进行测量时，应认识到内阻测量的重要作用。本文根据几种典型的计量仪器的特征，设计了内阻测量的方案，并详细分析探讨了测量数据，对内阻可能引起测量结果与实际出现偏差或者结论错误的原因进行分析，并提出具体解决措施。

仪器仪表；内阻；测量分析；数字多用表

内阻是每个仪器仪表都具有的特征，对测量值与输出值的准确性起着直接的影响作用。因此，对内阻的含义以及测量方法正确认识和理解，解决在检定过程中出现的由于内阻造成的问题十分必要。

在检定过程中，常常出现的疑惑如为什么高内阻是进行数字多用表测量的必备需要，为什么指针式毫伏表不能在采用5520A多功能校准源在330mV档时被检定出来，当9500B示波器校准仪的输出内阻设计为1MΩ或50Ω时其输出的正弦波信号的内阻是多少，当输出内阻为50Ω的33250信号发生器，在使用数字多用表检定出其实际信号发生器的设定值是电压幅度二分之一等等，这些都是需要解决的问题，否则无法测出仪器仪表的准确值。

1.5520A输出电压的内阻测量

在对Fluke5520多功能校准源进行电压输出时，其内阻测量方法是如图一所示。

图一中，5520A输出电压Vs的标准电阻内阻为5520A，8508A数字多用表对BZ3和5520A输出端电压分别是V2、V1。8508A-LEAD为测试导线。

从表一中可以看出，当5520A量程为330nV时，内阻输出为50Ω，由于指针式毫伏表内阻值不高，通常只有几十欧姆，且电源内阻一定程度上有着分压作用，因此，在对低内阻指针式电压进行检定时，必须保持5520A处于高量程输出状态。

2.8846数字多用表内阻分析

8846A测量电压原理图如图二所示。

在图二中，Fluke8846A电压源为内阻Rs和测量电压Vs。使用8846进行电压测量时，其内部构造与一个电阻和一个电流表串联相等效。其中电阻值为R表，测量值为I表。根据电压测量公式，只有当Rs比R表大时，才能使8846A测量电压值在标准要求范围内。表二中对四种数字多用表电压内阻测量进行了列举。

在使用8846进行测量电阻时，不管对对四线电阻或者二线电阻进行测量，其固定原理是被测电阻必须由数字多用表输出直流电流，其中直流电流必须是恒定不变的。同时对被测电阻的两端电压进行测量，得出被测电阻阻值。在电阻测量时，应注意，内阻会直接影响测量电压的准确性，从而对测量的电阻值也造成影响。

3.E4404B频谱分析仪的内阻测量

图三为E4404B内阻测量原理图。

根据E4404B频谱分析仪规定要求，其输入信号电平必须控制在30dBm范围内，不包括直流成分，输入端阻抗值为50Ω，其中DC耦合使用频率在9kHz到6.7GHz范围内，AC耦合使用频率控制在100kHz到6.7GHz之间。

图一 5520A输出电压内阻测量原理图

图二 8846测量电压原理图

图三 4404B内阻测量原理图

图四 9500B输出正弦波电压的内阻测量原理图

在图三中，5720A多功校准源通过输出电压Vs给E4404B频谱分析仪，对E4404B两端电压的有效值V1测量采用8846A数字多用表进行测量。其中V2为E4404B自身电压，5720的输出内阻为Rs，E4404B的输入内阻为R表。8846A与E4404B电压测得值如表三所示。

从表三中可以看出，当E4404B处于DC耦合模式下，其频率在9kHz以上。E4404B与8846A的测量值处于一致的关系，测量值都为输出信号的二分之一。由此可见，在DC耦合模式下，E4404B的内阻与5720的内阻相等，都为50Ω。当E4404B处在AC耦合模式下，E4404B频率在100kHz以下时，测出的电压值超差十分严重。当频率在100kHz以上时，E4404B测得的电压值刚好与5720A输出电压值的一般对等。当频率增加至250kHz时，E4404B与8846A测量值基本上趋近相等，这说明了当测量信号在250kHz以上时，E4404B的输入内阻保持在50Ω。

表一 5520输出电压内阻测量值

表二 数字多用表测量电压的内阻值

表三 E4404B频谱分析仪内阻测量值

表四 9500B输出正弦波电压的内阻测量值

4.9500B输出正弦波电压的内阻测量

9500B输出正弦波峰峰值为V1，V1是用8508A数字多用表直接测量的电压值，如图四(1)所示。然后，将BZ3标准电阻串联在9500B上，V2为用8508测得的BZ3两端的电压值。如图四(2)所示。

其中，BZ3电阻值是RBZ3，RBZ3等于100Ω，9500B的输出内阻是RS，表四为9500B测出的输出正弦波电压值。其中9500B的输出内阻为RS’。

从表四中可以看出，当9500B输出直流电压的时候，9500B的设定值几乎与8508A数字多用表测出的电压值相等，换句话说，9500B内阻对负载上得出的电压基本没有影响，由此可见，9500B输出直流电压时，内阻比较小。当9500B输出正弦波电压时，当输出内阻处在50Ω时，9500B测出的内阻大小大约为50Ω，9500B的设定值大概是输出电压的幅度的二分之一。当将输出内阻设置在1MΩ时，9500B测出的电阻值为25Ω，9500的设定值与输出电压的幅度相等。因此，只有9500B与示波器都设置为1MΩ或50Ω进行阻抗匹配时，9500B输出的电压设定值正好可以在示波器端获取。

对信号发生器如Fluke81、Agilent33250等，如果测出信号发生器的输出幅度与实际设定值之间呈2倍关系没那么输出内阻一定为50Ω，可以通过用数字多用表对其两端电压进行测定。

5.结语

任何输出输入单元都存在内阻，在低频电路或直流电路中，内阻只会对信号大小造成一定程度的影响，而在高频测试中，内阻不仅对信号大小造成影响，还可能引起信号由于传输路径阻抗不相匹配造成失真现象，这对测量结果有着直接的影响。本文对5520A、8846A、E4404B、以及9500B四种仪器进行分析其部分功能的内阻测量，总结出测量内阻的方法，对仪器内阻对测量结果造成影响的原因进行了阐述，对计量过程中由于内阻出现的测量问题和疑惑进行了较为仔细的分析，使检定人员的测量分析技术的能力得到进一步提高，促进测量结果更加准确。

随着人们对仪器仪表测量参数精度要求的不断提高，对仪表的内阻测量也越来越严格。在对仪器仪表进行测量时，首先应认识到内阻测量与测量值和输出值之间存在密切相连的关系。熟悉了解内阻影响测量结果的因素以及常见测量过程中出现的问题，根据具体的内阻测量标准进行有效测定。

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赵晓冬（1979—），男，河北邯郸人，2004年毕业于河北工程大学自动化专业，工学学士，助理工程师，现供职于邯郸市计量测试所，研究方向：计量。

温战龙（1984—），男，河北广平人，2007年毕业于河北师范大学汇华学院计算机科学与技术专业，学士，助理工程师，现供职于邯郸市计量测试所，研究方向：计量。

马静芳（1980—），女，河北邯郸人，2005年毕业于河北大学测控技术与仪器专业，学士，助理工程师，现供职于邯郸市计量测试所，研究方向：化学计量。