开尔文电路原理

开尔文电路其实就是开尔文四线检测也被称之为四端子检测（4T检测4Tsensing）、四线检测或4点探针法，它是一种电阻抗测量技术，使用单独的对载电流和电压检测电极，相比传统的两个终端传感能够进行更精确的测量。开尔文四线检测被用于一些欧姆表和阻抗分析仪，并在精密应变计和电阻温度计的接线配置。也可用于测量薄膜的薄层电阻。四线检测的关键优点是分离的电流和电压的电极，消除了布线和接触电阻的阻抗。 惠斯通电桥是惠斯通于1843年提出的电桥电路。它由四个电阻和检流计组成，RN为精密电阻，RX为待测电阻。接通电路后，调节R1、R2和RN ，使检流计中电流为零，电桥达到平衡，此时有RX=RIRN/R2。通过交换测量法(交换RN与RX的位置，不改变RI、R2)得RX=RIRN/R2 .惠斯通电桥测低电阻的特殊矛盾：惠斯通电桥（单电桥）测量的电阻，其数值一般在10Ω～1210'>Ω 之间，为中电阻。若用单电桥测低电阻，附加电阻R'与R″（引线电阻和端钮接触电阻等）和RX是直接串联的（如图2），而R' 和R″ 的大小与被测电阻RX的大小相当、不能被忽略，电阻RN也是小电阻，因此用单电桥测电阻的公式RX=RIRN/R2就不能准确地得出RX的值。开尔文双电桥的解决办法：开尔文电桥是惠斯通电桥的变形，在测量小阻值电阻时能给出相当高的准确度。其结构如图3所示，其中R1、R2、R3、R4均为可调电阻，RX为被测低电阻，RN为低值标准电阻。与惠斯通单电桥对比，开尔文电桥做了两点重要改进：增加了一个由R2、R4组成的桥臂

开尔文电桥是惠斯通电桥的变形，在测量小阻值电阻时能给出相当高的准确度。其结构如图3所示，其中R1、R2、R3、R4均为可调电阻，RX为被测低电阻，RN为低值标准电阻。与惠斯通单电桥对比，开尔文电桥做了两点重要改进：①增加了一个由R2、R4组成的桥臂。

②RN和RX由两端接法改为四端接法。

其中P1P2构成被测低电阻RX ，P3P4是标准低电阻RN ，P1P2 、P3P4常被称为为电压接点，C1C2、C3C4称为电流接点。设计思想：将RN和RX的接线电阻和接触电阻巧妙地转移到电源内阻和阻值很大的桥臂电阻中（如图4），又通过R1R4=R2R3和R′≈0的设定，消除了附加电阻的影响，从而保证了测量低电阻时的准确度。具体地，为保证双电桥的平衡条件，可以有两种设计方式：

保证R3/R1=R4/R2：a.选定两组桥臂之比为M=R3/R1=R2/R4，将RN做成可变的标准电阻，调节RN使电桥平衡b.选定RN为某固定阻值的标准电阻并选定R1=R2为某一值，联调R3与R4使电桥平衡。

本实验所用QJ19型单双电桥采用的是第二种方式。

保证R′≈0：用短粗导线连接Rx与RN。 已知电阻的计算公式为R=ρl/S。

令x≡l,y≡R,并设一元线性回归方程y=a+bx,其中b=ρ/S。由一元线性回归法的计算公式求出b，进而求得电阻率ρ=b*S。 (中值电阻阻值约18kΩ)

1、将电桥上本应连四端钮标准电阻的两端钮用短路片短接，被测电阻、电源仍接到相应位置（电路图如图6所示）； 图6 2、接通电源，调测量盘R使电桥平衡，记录此时的R值及电压值、电阻值；3、实验结束后整理仪器。

我们可以通过下图对比理解开尔文连接：

2脚版本：仅适用于阻值较高的情况下，引脚的阻抗小到不足以影响测量精度时，就可以使用。

4脚版本：I1和I2为电流检测脚，S1和S2为电压检测脚，从图中可以明显看到，电流和电压检测脚还是在同一个区域内的。这种结构的好处是在电流脚I1和I2与电压检测脚S1和S2之间的阻值相同。但缺点是在接触点之间的TCR叠加到了电阻上，导致电阻的温度系数变差。

4脚开尔文版本：图3是真正意义上的四脚开尔文连接，电流脚为I1和I2，电压检测脚为S1和S2。I1和S1，以及I2和S2在不同的触点上，所以避免了触点之间TCR的影响。这种结构在电流脚之间测得的阻值和电压脚之间测得的阻值会有差异，但对检测精度没有影响。

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