基于两线制，三线制，四线制电阻测量的方法研究

引言

电阻的精确测量对于电路设计、故障诊断和科学研究等多领域都具有不可替代的重要性。在实际测量过程中，测量方法的选择直接关乎测量结果的准确性和可靠性。两线制、三线制和四线制是目前最为常用的电阻测量方法，其各自具有独特的工作原理和适用场景。随着电子技术的飞速发展，对电阻测量精度的要求日益提高。在一些高精度的测量场景中，微小的测量误差都可能导致严重的后果。因此，深入研究不同电阻测量方法的原理、特点以及适用范围，对于满足实际工程需求、推动技术进步具有至关重要的意义。

一、测量方法原理

（一）两线制电阻测量原理

两线制电阻测量方法是最为基础和简单的一种测量方式。在这种测量方法中，使用两根导线将被测电阻与测量仪表进行连接，其工作原理基于欧姆定律。测量仪表向被测电阻施加一个已知的激励电流 \I，然后测量被测电阻两端的电压，通过欧姆定律计算得出电阻值。然而，这种测量方法存在一个明显的缺陷，即测量过程中无法区分导线电阻和被测电阻。由于导线本身具有一定的电阻，且该电阻会随着环境温度的变化而发生改变，同时表笔与待测点之间的接触电阻也不可避免[1]。因此，两线制测量法实际测量到的电压并非仅仅是被测电阻两端的电压，还包含了导线电阻和接触电阻所产生的电压降。

实际应用中，一般导线的传导电阻范围在 1mΩ-100mΩ ，表笔与待测点的接触电阻也处于 mΩ 级别。当待测电阻的值足够大时，导线电阻和接触电阻所带来的影响相对较小，几乎可以忽略不计；但当需要测量小电阻（<10Ω）时，由于待测电阻与导线电阻、接触电阻的数值相差不大，这些附加电阻就会不可避免地对测量结果产生较大的误差。

（二）三线制电阻测量原理

为了有效减少导线电阻对电阻测量结果的影响，三线制电阻测量方法应运而生。三线制测量方法在两线制的基础上增加了一根导线，通过巧妙的电路设计来消除导线电阻的干扰。其工作原理是基于电桥平衡原理，三根导线中有两根用于传输测量电流，另一根用于检测电压（电位）。在三线制测量电路中，假设三根导线的电阻均为r，电流为 I 。左电流线和右电流线上的电阻都会产生压降 IR_{ 导线 }，而电压测量线检测的是热电阻两端的电压降。由于电压测量时几乎没有电流通过电压线，所以电压线上的导线没有压降，从而能够测得热电阻两端的真实电压。根据欧姆定律，由于测得的电压 U 是热电阻本体的压降，电流 I 是已知的，因此可以准确计算出热电阻的真实电阻值。通过这种方式，三线制测量方法基本消除了导线电阻误差，显著提高了测量精度。

（三）四线制电阻测量原理

四线制电阻测量方法是一种高精度的电阻测量方式，主要用于对测量精度要求极高的场合。其原理是将电流回路和电压测量回路完全分开，在电阻的两端各连接两根导线。其中两根引线用于为电阻提供恒定电流 I，将电阻 R 转换成电压信号 U；另外两根信号引线则专门用于将电压信号U 引至仪表进行测量[2]。由于测量电压表的内阻可以做得很大，与待测电阻存在数量级的差别，精密电流源产生的电流只有极微小的一部分流经测量电压表所在的回路。因此，在导线电阻和接触电阻上产生的压降几乎可以忽略不计，从而使得得到的测量电压几乎就等于待测电阻两端的电压。相比于两线制和三线制，四线制测量方法能够更加准确地测量电阻值。

二、测量方法的优缺点分析

（一）两线制的优缺点

两线制电阻测量方法的优点主要体现在其接线方式极为简单，只需要两根导线即可完成连接，操作便捷，易于实施。而由于所需导线数量少，成本相对较低，在对测量精度要求不高的场合，如一些简单的电路通断检测、粗略的电阻值估算等场景中，两线制测量方法得到了广泛的应用；两线制测量方法的缺点也十分明显。正如前文所述，由于无法消除导线电阻和接触电阻的影响，在测量小电阻时会产生较大的误差。

而且，导线电阻会随着环境温度的变化而变化，这进一步增加了测量结果的不确定性。这种不确定性在对测量精度要求较高的精密测量领域是无法接受的，限制了两线制测量方法在高精度测量场景中的应用。

（二）三线制的优缺点

三线制电阻测量方法的优势在于能够基本消除导线电阻误差，显著提高测量精度。通过巧妙的电路设计，利用三根导线之间的电压电流关系，有效地降低了导线电阻对测量结果的影响。相比于两线制，三线制在对精度有一定要求的一般测量场景中具有明显的优势，如工业自动化中的温度测量、普通电子设备的电阻检测等领域，三线制测量方法得到了较为广泛的应用。但是，三线制测量方法也并非完美无缺 [3]。其接线相对两线制来说更为复杂，需要额外的导线和更精细的电路设计，这增加了系统的成本和复杂度。而且，三线制测量方法对于导线的一致性要求较高，三根导线需要具有相同的材质、线径和长度，否则会影响测量精度。在实际应用中，要满足这些条件可能会面临一定的困难，特别是在一些复杂的工程环境中。

（三）四线制的优缺点

四线制电阻测量方法最突出的优势在于其卓越的测量精度，其通过将电流传输与电压检测回路完全分离的设计，从根本上消除了导线电阻和接触电阻对测量结果的干扰。两根导线专门用于提供恒定电流，另外两根则专注于电压信号采集，由于测量回路采用高内阻电压表，流经电压检测线的电流可忽略不计，使得测量电压几乎完全等同于被测电阻的真实压降 [4]。这种特性使其在高精度测量领域具有不可替代的价值，广泛应用于半导体晶圆测试、超导材料研究、标准电阻校准等对精度要求苛刻的场景。但该方法也存在明显局限，四根导线的布线方式不仅增加了现场安装的复杂度，还可能因导线间电磁耦合引入新的干扰。同时，其对配套设备要求极高，需要高精度恒流源和低噪声电压表配合，这使得测量系统的初始投入成本显著高于其他两种方法，在普通工业场景中应用受到一定限制。

结语

电阻测量的技术谱系中，两线制、三线制与四线制构成了精度梯度分明的解决方案矩阵。两线制以 “够用即好” 的极简哲学支撑基础检测，三线制用电路智慧搭建起性价比桥梁，四线制则以极致分离设计定义精密测量的标杆。这些如同测量领域的不同精度标尺，在各自的场景维度中发挥着不可替代的作用。当电子器件向纳米级跨越、工业场景向智能化升级，电阻测量已不仅是数值获取，更是场景感知的技术入口。未来的突破或将在于自适应测量架构的构建，通过 AI 算法动态匹配测量模式，让四线制的精度基因与两线制的简便特性实现智能融合，在成本可控的前提下为新能源、芯片制造等战略领域提供全场景高精度测量支撑。

参考文献：

[1] 范文超 , 苏琬婷 . 例谈高中物理电阻测量的两种非常规方法[J]. 数理天地 ( 高中版 ),2025,(14):32-33.

[2] 黄鹏 . 接地导通电阻测试仪测量结果的不确定度评定 [J]. 品牌与标准化 ,2025,(04):298-301.

[3] 王凤巍. 对非常规电阻测量方法的原理探究[J]. 数理天地( 高中版 ),2025,(12):18-19.