在电池测试中，测量仪器不得显著改变被测物理量。 因此，电压表需要极高的内阻，以便在并联连接时仅抽取可忽略不计的电流。电流表需要极低的内阻，以便在串联连接时引入最小的电压降，从而能够测量电池的真实电流输出。
理想电压表的行为类似于开路，而理想电流表的行为类似于短路。 选择其实际电阻值是为了最大限度地减少由负载效应和负担电压引起的测量误差。
为什么电压表需要高内阻
电压表是并联连接的
电压表测量两点之间的电位差，因此它直接连接在电池端子或其他电路元件两端。
由于并联支路共享相同的电压，电压表会产生一条额外的电流路径。其电流近似为：
[ I_V = \frac{V}{R_V} ]
其中 (V) 是测量电压，(R_V) 是电压表的内阻。
高电阻可防止测量负载效应
如果电压表的电阻较低，它会从电池中抽取大量电流。这种额外的电流会改变电池的工作状态，并可能导致电压读数不准确。
高电阻电压表仅抽取极小的电流，因此它可以在对电池造成最小干扰的情况下测量电池电压。
高电阻对电池单元尤为重要
电池可以建模为理想电动势 (E) 与内阻 (r) 的串联。当电压表抽取电流时，测得的端电压近似为：
[ V_{\text{measured}} = E - I_V r ]
较大的 (R_V) 会产生较小的 (I_V)，从而减少了人为的电压降 (I_Vr)。
这对于内阻相对较高的电池单元尤为重要，因为即使是微小的测量电流也可能产生明显的电压误差。
为什么电流表需要低内阻
电流表是串联连接的
电流表测量电路电流，因此必须将其与负载或电池测试电路串联放置。
整个电路电流流经仪表。因此，电流表内部的任何电阻都会成为电路的一部分。
低电阻可最大限度地减少负担电压
电流表引入的电压降为：
[ V_A = I R_A ]
其中 (I) 是被测电流，(R_A) 是电流表的内阻。
这种压降称为负担电压。如果 (R_A) 过大，电流表会降低提供给负载的电压，并改变电池原本会输出的电流。
低电阻可保持真实的运行电流
电池在负载下的电流取决于总电路电阻，包括电池内阻和所有外部电阻：
[ I = \frac{E}{R_{\text{load}} + r + R_A} ]
保持 (R_A) 极小，使测得的电流更接近没有仪器时流动的电流。
这在评估放电性能、功率能力、效率和电池内阻时至关重要。
仪器电阻如何影响电池测试结果
电压表会改变开路测量
开路电压测量旨在确定电池的电动势，且基本上没有外部负载。
有限电阻的电压表会产生一个小的负载，因此结果在技术上是仪表负载下的端电压测量，而不是完全无负载的电动势测量。
电流表会改变负载线测量
在放电或脉冲电流测试期间，电流表会增加一个小的串联电阻。
该电阻会导致额外的微小压降并降低测得的电流，特别是在高电流水平下。因此，精密电池测试仪会规定电流表的负担电压和测量精度。
误差在某些测试中更为显著
在以下情况下，仪器效应更为重要：
- 电池具有高内阻。
- 测试电流很大。
- 测量电压很小。
- 所需的精度很高。
- 测试使用敏感的脉冲、阻抗或低电流测量。
测量系统的选择应相对于电池和测试条件，而不仅仅是根据其标称电压或电流范围。
理解权衡
电阻不能被视为唯一的规格
高输入电阻的电压表是理想的，但精度还取决于输入泄漏、分辨率、噪声、带宽和输入保护。
同样，低电阻电流表是理想的，但其分流器精度、热行为、额定电流和负担电压也很重要。
极高的电阻会增加对噪声的敏感性
高阻抗电压测量可能更容易受到电气噪声、漏电流、电缆污染和电磁干扰的影响。
因此，良好的电池测试系统将高输入电阻与适当的屏蔽、滤波、保护和稳定的接线相结合。
极低的电流表电阻会产生实际限制
降低电流表电阻会降低负担电压，但传感元件仍必须承受测量电流并散发相关的热量：
[ P_A = I^2 R_A ]
在高电流下，即使是很小的电阻也会产生显著的发热和测量误差。
不要混淆电池内阻与仪器电阻
电池内阻是电池及其结构的固有属性。仪器电阻是添加的测量系统参数。
精确的测试要求仪器的贡献可以忽略不计，或者经过精确表征，以免将其误认为是电池特性。
如何将其应用于您的电池测试
正确的仪器行为取决于测试是测量电压、电流还是两者兼有。
- 如果您的主要关注点是电压或电动势： 使用输入电阻远高于电池和测量电路电阻的电压表，以确保其电流抽取不会对电池造成负载。
- 如果您的主要关注点是电流输出： 使用具有极低负担电压的电流表或电流感应方法，以确保传感器不会实质性地降低电池电流。
- 如果您的主要关注点是内阻： 考虑所有仪器、电缆、夹具和接触电阻，因为每一个都会影响观察到的电压响应。
- 如果您的主要关注点是大电流性能： 在实际测试电流下验证电流表的负担电压、热限制和校准。
- 如果您的主要关注点是低电流或开路行为： 使用高输入电阻的电压测量系统，并控制泄漏、噪声和稳定时间。
正确选择仪器电阻可确保测试系统观察到的是电池的行为，而不是由测试系统创造的行为。
总结表：
| 仪器 | 连接方式 | 理想电阻 | 重要性 | 错误电阻的影响 |
|---|---|---|---|---|
| 电压表 | 并联 | 极高（开路） | 抽取可忽略的电流，避免电池负载 | 低电阻导致电压降和读数不准 |
| 电流表 | 串联 | 极低（短路） | 最小的负担电压，保持真实电流 | 高电阻降低电流并改变测试结果 |
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