基于VISA接口的四线法电阻测量方法研究
四电极法测电阻率——Summary
51 四探针法测电阻率1. 理解四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2. 了解四探针测量材料电阻率的注意事项实验原理四探针法测量电阻率常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法如图1-1a 所示。
当四根探针同时在一块相对于探针间距可视为半无穷大的平面上时如果探针接触处的材料是均匀的并可忽略电流在探针处的少子注入则当电流I 由探针流入样品时可视为点电流源在半无穷大的均匀样品中所产生的电场线具有球面对称性即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。
样品中距离点电源r 处的电流密度j电场ε和电位V 分别直流四探针法也称为四电极法主要用于低电阻率材料的测量。
使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。
由图可见测试时四根金属探针与样品表面接触外侧两根1、4为通电流探针内侧两根2、3为测电压探针。
由电流源输入小电流使样品内部产生压降同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23伏。
a 仪器接线b点电流源c四探针排列图1-1 四探针法测试原理示意图一块电阻率为的均匀材料样品其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。
当探针引入的点电流源的电流为I由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面则在半径为r处等位面的面积为2r2则电流密度为jI/2r2 1-1 52 根据电导率与电流密度的关系可得E2222rIrIj 1-2 其中E为电场强度σ和ρ分别是样品的电导率和电阻率。
若电流由探针流出样品则距点电荷r处的电势为rIV2 1-3 因此当电流由探针1流入样品自探针4流出样品时根据电位叠加原理在探针2处的电位为在探针 3 处的电位为式中的S1是探针1和2之间的距离S2是探针2和3之间的距离S3是探针3和4之间的距离。
各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。
所以探针2、3 之间的电位为通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为IVCrrrrIV231341324122311112 3-4 式中13413241211112rrrrC为探针系数单位为cmr12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离见图3-1c。
【CN109975614A】一种四线式电流感测电阻及其测量方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910121209.6(22)申请日 2019.02.18(71)申请人 南京隆特集成电路科技有限公司地址 210000 江苏省南京市江北新区星火路17号(72)发明人 南式荣 杨漫雪 胡志远 其他发明人请求不公开姓名 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204代理人 张弛(51)Int.Cl.G01R 27/08(2006.01)(54)发明名称一种四线式电流感测电阻及其测量方法(57)摘要本发明公开了一种四线式电流感测电阻，通过在电阻板表面设置保护层，保护层的保护层主体部分和两个保护层侧翼部分形成十字型隔断将电阻板表面分隔出四个电极容置区域，两个电流输入电极和两个电压探测电极分别设置在四个电极区域内，从而避免为了分隔电极而在电阻板两侧蚀刻精度要求较高的凹槽，降低四线式电流感测电阻的制造难度，提高产品成材率。
同时电阻板两端部设置缺口，通过调整缺口的深度来调整电阻温度系数，减小电阻的TCR。
本发明同时还公开了该电阻的测量方法，该方法能够精确高效的测量电阻的阻值。
权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 109975614 A 2019.07.05C N 109975614A权 利 要 求 书1/1页CN 109975614 A1.一种四线式电流感测电阻，其特征在于，包括绝缘基板、设置于绝缘基板表面的电阻板、保护层、两个电流输入电极以及两个电压探测电极；所述电阻板为长方形电阻板，该长方形电阻板的两条短边的中间部位均具有在电阻板厚度方向贯通的缺口；所述保护层贴覆于电阻板表面，保护层具有自电阻板的一端短边的缺口处延伸至另一端短边的缺口处的保护层主体、自保护层主体分别向电阻板两条长边延伸的两个保护层侧翼，保护层主体和两个保护层侧翼形成十字型隔断将电阻板表面分隔出四个电极容置区域；所述两个电流输入电极分别设置于电阻板同一端的两个电极容置区域内，所述两个电压探测电极分别设置于另外两个电极容置区域内。
四线电阻测量
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也就是说，首先要求测量表具有4线电阻测量功能，比如这个3458A 的：另外，电阻也要求是四线的：当然，2线电阻也可以用四线电阻的表的四线电阻功能进行测量，此时需要4线开尔文测试夹，可以免除大部分接触电阻和测试线的电阻。
也可以用两个普通万用表加上一个电（流）源，把四线电阻的两个电流端通以电流，串联一个表看电流，用另外一个表测量两个电压端的电压，最后用公式R=V/I计算出电阻。
四线电阻的内部，也是要有两个开尔文接点（Kelvin）四线法的优势，不仅消除了引线电阻和接触电阻，还可以大大减少热电动势的影响。
因为电流端子是发热的源泉，但分开后由于恒流的作用，到底串联多大电阻、甚至串联个电池，都没有关系了，都是恒流的，因此接线端子也可以用很普通的。
另一方面，两个电压端子由于不流过电流，因此不发热，并且距离发热的电流端子保持一定的距离，也可以减少热传导过来，接线端子可以采用低热的。
一种基于电流倒向技术的四线制微弱电阻测量方法
上海海事大学
硕士学位论文
一种基于电流倒向技术的四线制微弱电阻测量方法
姓名：高玉峰
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：汤天浩;彭建学
20060601
噪声是频谱很平的白噪声，呈高斯分御，并且不可预见。
一个电阻产生的噪声电压由下式决定：
Ｅ＝４ｋ，Ｂｉｇ面（２—１）式中：ｋ：波尔兹曼常数（１．３８ｘ１０。
２３Ｊ／Ｋ）
Ｔｔ绝对温度（Ｋ）
Ｂ：测量带宽（Ｈｚ）
Ｒ：电阻阻值（Ｑ）
一个阻值为１Ｍ欧姆的电阻在２７℃温度下，１ＫＨｚ带宽时的均方根值为３．４研Ｖ。
根据统计学，峰峰值为５倍的均方根值的噪声电压占９９％以上，故上述电阻的噪声电压峰峰值为１７．３２＃Ｖ。
任何测量仪器都有其特定的理论测量极限，这一极限值就就是由测量线路的电阻所产生的噪声决定（约翰逊噪声）。
可以看出，被测信号源的内阻如果很高，理论允许的测量极限也相应提高。
不同的放大测量仪器所能检测到的微弱信号也是有其各自的极限的，可以从下图看出：
噬岜虫压婴邀虫阻
图２－２各种仪器所能检测到最小信号的理论极限
可测量的信号大小有一个理论极限。
这是由电路中的等效电阻产生的噪声所决定。
由于噪声电压大小正比于阻值、带宽和绝对温度乘积的平方根，因此如果源电阻较大，噪声电压显然也大，可见高的源电阻会限制电压测量的灵敏度。
比如，在１Ｑ源电阻的电路中测量１“ｖ信号是可能的，但在１１ｎ源电阻的电路中测量ｌ＃Ｖ信号则是不可能的。
既使在不人高的１ＭＱ源电阻的电路中测量１“ｖ，。
四探针 电阻
四探针电阻四探针电阻测量技术是一种常用的电阻测量方法，它通过使用四根导线组成的四探针，将电阻测量电路与待测电阻相连接，以减小导线电阻对测量结果的影响。
在四探针测量中，两根探针起到测量电压的作用，另外两根探针用于测量电流，通过测量电压和电流的比值来计算电阻的值。
四探针电阻测量技术具有精度高、适用范围广的优点，被广泛应用于电子、材料、电化学等领域的电阻测量。
下面将从原理、仪器、应用等方面进行详细介绍。
四探针电阻测量的原理是基于欧姆定律，即电流通过一个电阻的大小与两端的电压成正比。
在传统的二探针电阻测量中，电流通过线路的整个路径，包括电阻和连接电线的导线。
而四探针电阻测量中，电流是通过两根探针之间的电阻来测量，导线的电阻对测量结果的影响几乎可以忽略不计。
四探针电阻测量使用了两对互相独立的探针，其中一对探针用于测量被测电阻上的电压，另一对探针用于测量通过被测电阻的电流。
这种配置能够绕过被测电阻之间的导线电阻，并且减小了外部电磁干扰对测量结果的影响，从而提高了测量的准确度。
四探针电阻测量的仪器主要由三部分组成：电流源，电压测量设备和显示器。
电流源主要用于提供恒定的电流，通常使用交流电源。
电压测量设备一般采用微伏表或数字电压表，用于测量电压。
显示器用于显示测量结果。
四探针电阻测量技术有许多应用。
在半导体材料中，四探针电阻测量可以用于对薄膜电阻、接触电阻和材料表面电阻的测量。
在微电子器件的制造过程中，四探针电阻测量技术可以用于对导电膜、电极和金属线的电阻测量。
此外，四探针电阻测量还可以用于研究材料的电学性质、导电性和电阻率。
总之，四探针电阻测量技术通过使用四根导线组成的四探针，能够减小导线电阻对测量结果的影响，提高测量的准确度。
它是一种精度高、适用范围广的电阻测量方法，在电子、材料、电化学等领域得到了广泛的应用。
四探针电阻测量技术的原理简单明了，仪器配置方便实用，并有多种应用场景。
实验-四电极法测量半导体材料的电阻.
实验一 四电极法测量半导体材料的电阻一、引言电阻率是评价一种半导体材料电学性能的重要指标，四电极法作为测量电阻率的有效方案之一，在当前的科研实验测试中，被广泛应用，本实验采用四电极法测量半导体硅基片的电阻率。
二、实验目的1、 熟悉四电极法测量半导体材料或者金属薄膜材料电阻率的原理；2、 掌握四电极测量材料电阻率的方法。
三、实验原理半导体材料和金属薄膜材料是现代电子工业技术中广泛应用的重要材料，被广泛应用在微电子期间，微型传感器、微型驱动器等电子器件中。
金属薄膜的电阻率是金属薄膜材料的一个重要物理参量，是科研开发和生产实践中经常需要测量的物理量之一。
四电极电阻测量方法，主要用于半导体、金属薄膜、或者超导体材料等低电阻率样品的测量，使用的仪器和样品接线如图所示四探针法测试原理示意图测试时，四根金属电极和样品表面接触，外侧的1、4为通电流电极，内侧的2、3为测电压电极，由电流源输入小电流使得样品内部产生压降，同时用高阻抗的静电计、电子毫伏表或者数字电压表测出其他两根电极的电压即V 23(V)。
若一块电阻率为ρ的均匀半导体样品，其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作无限大，当探针引入的点电流源的电流为I ，由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面，则在半径为r 处的等位面的面积为2πr 2，电流密度为：j =1/2πr 2, 根据电导率和电流密度的关系可得：2222jI I E r rρσπσπ===, 则距点电荷r 处的电势为：2I V rρπ=, 半导体内各点的电势应为四个电极在该点形成电势的矢量和，通过数学推导可得四电极法测量电阻率的公式为：式中，11224133411112--+C r r r r π-=（）为探针系数，单位为cm ；r 12、r 24、r 13、r 34分别为相应探针间的距离，见上图，若四电极在同一平面的同一条直线上，其间距分别为S 1，S 2，S 3，且S 1 = S 2 = S 3 = S 时，则1232311223311112--+2V V S I S S S S S S Iρππ-=⋅=⋅++（） 这就是常见的直流等间距四电极法测电阻率的公式。
四线法电阻测试标准
四线法电阻测试标准
一、测试设备
1. 电阻测试仪：应采用四线法电阻测试仪，其精度应不低于1%。
2. 测试线：测试线应采用截面积不小于0.5mm²的绝缘线，长度不宜超过10m。
3. 测试夹具：测试夹具应具有足够的刚性和稳定性，不易变形和松动。
4. 电源：应提供稳定的直流电源，电压范围为0-100V。
二、测试环境
1. 温度：测试环境温度应保持在20±5℃范围内。
2. 湿度：测试环境湿度应保持在相对湿度不大于80%的范围内。
3. 防干扰：测试环境中应无强磁场和电场干扰。
三、测试方法
1. 准备工作：将被测电阻按要求连接在测试仪上，并确保连接牢固、可靠。
2. 设定参数：根据被测电阻的额定参数设置测试仪的电压、电流等参数。
3. 开始测试：按照测试仪说明书的要求进行测试操作，记录测试数据。
4. 数据处理：根据测试数据计算电阻值、温度系数等指标，并进行数据分析。
四、测试精度
1. 电阻值精度：测试结果的精度应不低于±2%。
2. 温度系数精度：测试结果的精度应不低于±5%。
五、安全注意事项
1. 测试时应注意安全，避免触电事故的发生。
2. 测试过程中如发现异常情况，应立即停止测试并及时处理。
3. 测试完毕后应对测试设备进行检查和维护，确保其正常运行。
摘要：提出用“四线”和“馈线补偿法”精确测量小电阻…
用数字万用表精确测量小电阻摘要：提出用“四线”和“馈线补偿法”精确测量小电阻的方法，并给出了实验结果。
关键词：四线测量；馈线补偿；恒流1引言数字万用表测量电阻是通过测量恒流源电流I流过被测电阻RX所产生的电压Vx实现的。
通过对Vx数字化及小数点移位便可得到Rx的数字化值。
原理框图如图1：测试时，恒流源电流I通过Hi－Lo端和测量线馈送至被测电阻Rx，电压测量端S1、S2通过短路线接至Hi－Lo端。
数字万用表实际测量到的电阻值包括被测电阻Rx及馈线电阻RL1和RL2。
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。
如何用现有的数字万用表精确测量阻值很小的电阻是工程技术人员经常遇到的问题。
2四线测量四线测量是将恒流源电流流入被测电阻R的两根电流线和数字万用表电压测量端的两根电压线分离开，使得数字万用表测量端的电压不再是恒流源两端的直接电压，如图2所示。
从图中可以看出，四线测量法比通常的测量法多了两根馈线，断开了电压测量端与恒流源两端连线。
由于电压测量端与恒流源端断开，恒流源与被测电阻Rx、馈线RL1、RL2构成一个回路。
送至电压测量端的电压只有Rx两端的电压，馈线RL1、RL2电压没有送至电压测量端。
因此，馈线电阻RL1和RL2对测量结果没有影响。
馈线电阻RL3和RL4对测量有影响，但影响很小，由于数字万用表的输入阻抗（MΩ级）远大于馈线电阻（Ω级），所以，四线测量法测量小电阻的准确度很高。
不过，四线测量中的恒流源电流的精确度非常关键。
建议采用外加的更稳定的恒流源电流；应注意的是，外加的恒流源电流的大小要与数字万用表恒流源电流的大小相等。
我们采用的外加的恒流源电流由高精密基准电压源MAX6250、运放及扩流复合管组成，如图3所示。
电压源MAX6250的温漂≤2ppm/℃，时漂ΔV out/t＝20ppm/1000h。
I取800μA～1mA，R是极低温漂线绕电阻（若取I＝1mA，R＝5kΩ），这时I的温漂和时漂相当于MAX6250的水平。
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导 电环 的检 测 需要 测量 每个 通道 的静 态 电阻 、 波 动 电阻 以及通 道 及壳 间的绝 缘 性 能 ， 其静 态 电 阻
大概为 ０６欧姆左右 ， ． 电阻的波动值一般在 １ ５毫欧 以内。一 般利 用 单 通道 的仪 表 （ 毫 欧 表 和 摇 表 ） 如 测 量通道 电阻 ｊ使 用工 装 的方 法 连接 导 电环 的通 ， 道 和仪表 的表笔 ， 由于工 装 自身 的 内阻无法 消除 ， 将 会给 导 电环 的 电阻测 量 引起 很 大 的误 差 ， 能满 足 不 系统 的精度 要求 。 要 消除工 装 自身 电 阻对 被 测量 的 影 响 ， 变 传 改
ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｆ ｃ ｓ ｉ ｋｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ｃｉ ｅ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｕ ｔａｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ｔ ｅ ｏ ｅ ａ ｉｇ ｐ ｎ ｉ ｌ ｎ ａ ｕ ｉ ｒ ｋ ，ｌ ｉ ｇｔ ｏ ｃ ｅｅ ｐ ａ ｔ ， ｈ ａ ｅ ｌ ｓｒ ｔｓｉ ｅａｌ ｐ ｒ ｔ ｒ ｃ ｐ ｅ ａ ｄ ｎ ｏ ｎ ｈ ｃ ｌ ｈ ｎ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｆｆ ｕ — ｉ ｅ ｉｔ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｉｈ ｉ ｆｅ ｕ ｎ ｌ ｓ ｄ ｉ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｒ ｇ Ｉ ｍｐ ｅ ｎ ｈ ｄ ｏ ｏ ｒｗ ｒ ｒ ｓｓ ｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔｗｈ ｃ ｓ ｒ ｑ ｅ ｔ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ ｕ ｔ — ｎ ． ｔ ｍｅ ｅ ａ ｙ ｎ ｉ ａ ｓ ｉ ｅ ｔｔｓ ｈ ｍｅｈ ｄ ｆ ｔ ｅ ｅ ｔ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｎ ｃ ｎｒ ｌ ｈ ｃ ｅ ｅｔ ｏ ｔ ｅ ｌ ｄｓ ｒａｅ ｔ ｅ ｏ ｓ ｔ ｏ ｏ ｒｍｏｅ ｏ ｆ ｕ ａｉ ａ ｄ ｏ ｔ ｗ ｉｈ ｘ ｒ ｈ ｉ ｏ ｏ ｓ ｎ ｈ Ａｇｌｎ ｉ ｔ ｅ
中， 经常要 用到 。
统的导电环测试的种种弊端 ， 提高导电环 的复验效 率 和测试 的 自动 化水 平 ¨ ， 的方 法就 是 使 用 四线 一
法测 量通道 电阻 。
１ 四线 法 测量 电 阻 的基 本 原 理
高精度 的电阻测量一般采用 四线法 ， 称为开 尔 也 文连接法 。四线 法测电阻的基本原理如 图 １ 所示 。 四线法 测 电阻主 要使用 一 对 导线 （ 电流 激励 线 Ｆ 接 电流源 ， ） 另一对 导线 （电压 检测 线 Ｓ ）把 被测 电阻 Ｒ Ｘ上 的电压降 引人 电压表测 量 其端 电压 。四 线 连接法有 两个要 求 ： 一 ， 于每个 测试点 都有 一 其 对 条激 励线 Ｆ和一条检 测线 Ｓ 二者 严格 分开 ， 自构 ， 各
０ 引 言
导 电环是一 种 工业 机械 零 部件 ， 为 ３ ０度 旋 作 ６ 转方 案 的最佳解 决方 法 ， 基本 原 理是 利用 导 电机 其 械零 部件 的滑动 或滚 动在接触旋 转零 部件 和静止零 部 件之 间传 递 电能 或 者是 电信 号 的一 种 工 业 零 部 件 Ｊ 。在 很多机械 设备 中， 尤其 是 自动 化机 械设 备
Ｗ ＥＩＴａ — ｉｎ ｏ ｘ ａ ｇ．ＹＡＮＧ ｎ １ａ ｇ Ｍａ ．ｉｎ （ Ｖ Ｃ， ’ｕ ｇ ｔ ｕｏ ｔ ｏ ｔｏ Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ Ｘｉａ １０ ５ Ｃ ｉａ Ａ Ｉ Ｘｉａ Ｉ ｔｍａ ｃＣ ｎｒｌ ｅｅｒｈＩｓ ｔｔ， ’ｌ７０６ ， ｈｎ ） ＩＡ ｉ ｉ ｌ
ｗ ｉ ｅｅｊｓ ｍｅｓｒｄｉ ｔｅｃｎ ｕｔ ｇｒ ｇｃ ｃ ｉ ｈｃ ｗ ｒ ｕｔ ａｕｅ ｏ ｄ ｃ ｎ —ｎ ｉ ｕ ． ｈ ｎｈ ｉ ｉ ｒ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｎｄ ｃｉ —ｉ ｇ；ｒ ｓｓａ ｃ ａ ｕ ｅ ｎｔ ｏ ｒ ｗｉｅ ｍｅ ｈ ｄ；ＶＩ Ａ ｎ ｅ ａ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｕ ｔ ｎｇ ｒｎ ｅ ｉｔｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ；ｆ ｕ — ｒ ｔ ｏ Ｓ ｉｔｒ ｃ ｆ
摘
要 ：为 了消除 导 电环测试 工 装 中各 因素对 导 电环 电阻测 量 的众 多影 响 ，结合 具 体 的 工程 实
际，详细阐述 了导电环电阻测量 中常用的四线电阻测量的工作原理和具体实现方法，利 用虚拟
仪 器 ＶＳ ＩＡ接 口对 安捷伦 毫欧表 Ａ ｉｎ３４ ０ ｇｅｔ ２Ａ进 行 远 程 配置 和 控制 ，并对 测 量到 的 具体 电 阻值 ｌ ４
进 行数 据库 管理。
关 键词 ：导 电环 ；电阻测量 ；四线法 ；ＶＳ ＩＡ接 口
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ — ｒ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒｎ ｅ ｈ ｄ ｓ ａ ｃ ｎ ｆ ｕｒ ｗｉ ｅ ｒ ｓｓａ ｃ ａ ｕ ｉ ｇ ｍ ｔ ｏ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｓ ｉ ｔｒ ａ ｅ ａ ｅ ｎ ＶＩ Ａ ｎ ｅ ｆ ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ： Ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｔ ｅ ｅ ｅ ａ ｉ ｆ ｎ ｅ ｎ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｓｒ ｃ ｏ ｌ ｍｉａｅ ｈ ｓ ｖ ｒ ｌ ｎ ｕｅ ｃ ｏ ｒ ｓｓａ ｃ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｈｅ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｒｎ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｉ ｔ ｃ ｎ ｕ ｔ —ｉ编 号 ：０ ９— ５ ２ ２ １ ）２— １８ ２ １０ ２ ５ （０２ ０ ０ ５ —０ 中图 分 类号 ：Ｍ９４ １ Ｔ ３． 文 献 标 识 码 ： Ａ
基 于 ＶＳ ＩＡ接 口 的 四线 法 电 阻测 量 方 法 研 究
魏 涛翔 ， 满 良 杨
（ 中航 工业西安飞行 自动控制研究所 ，西安 ７ ０ ６ ） １０ ５
ｍｉ ｉｈ ｌ ｏ ｍｍｅｅ ４ ２ ｌ ｔ ｒ３ ４ ０Ａ ａ ｅ ｎ ＶＩ Ａ ｎ ｅ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｓ ｉ ｔｒ ｃ ．Ｆｉ ｌ ｆ ｎａｌ ｔｐ ｏ ｉｅ ｈｅｄ ｔｂ ｓ ｆｔ ｅ ｒ ｓｓａ ｃ ￣ｕ ｓ ｙ，ｉ ｒ ｖｄ ｓｔ ａ ａ ａ ｅｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｖ ｅ ｈ