电阻探奥
本篇将提供有关电阻的历史背景和技术背景的一些信息。
电阻标准的历史
1827年，欧姆在研究电流的工作中发现了用他的名字命名的欧姆定律，为所有现代模拟电路理论和电学测量奠定了基础。1863年，英国科学促进会(British Association)的一个委员会确定欧姆的数值为一段规定的铜线的电阻，并称为英制欧姆或B·A·欧姆(British Association Ohm)。1884年，在巴黎举行的国际电气技师大会(International Congress 0f Electricians)采用所谓的法定欧姆(1egal Ohm)作为对B·A·欧姆的修正，并将其定义为在0℃的温度下，截面积为1mm2、高106 cm的汞柱的电阻。这个定义后来修改为“质量为14.4521 g，高为106.3 cm、截面积恒定的汞柱对于不变的电流所产生的电阻”。
早期的电学实验发现，不同金属的导电率是不同的，并且注意到导体的电阻正比于其导电通路的长度，反比于导体横截面的面积。由于易于获得，所以早期电学实验中使用的电阻器常常是用铁丝作成的。随着这些实验工作变得更加精细，这种电阻器的缺点，如温度系数高等就变得很明显了。
在研究了其它各种可用的金属材料的特性，并发现其不适于制作电阻器以后，人们的注意力转向了各种合金材料。1884年，爱德华·惠斯登(Edward Weston)发现了两种合金，现在称为康铜和锰铜。它们具有低的电阻温度系数和比较高的电阻值等很好的特性。然而，人们发现康铜这种含有55%的铜和45%的镍的合金，由于在和铜相连接时具有比较高的热电动势，不适合用来制作在仪器中使用的电阻器。而相反，锰铜(含有84%的铜、12%的镁、4%的镍)对铜具有很低的热电动势，大约2μV/℃。这种材料过去曾经、而且现在仍然广泛用于制作仪器和标准电阻器。
此后，人们又开发了各种其它的台金，进一步改善了其温度系数的特性。其中之一，埃弗诺姆镍铬合金(Evanohm)就用来制造今天的校准仪器中使用的大多数精密线绕电阻器。依据制作工艺的不同，锰铜和埃弗诺姆镍铬合金在25℃到50℃的温度范围内的某一温度下有个零温度系数点，但是埃弗诺姆镍铬合金的温度系数曲线要平坦得多。使用特殊的拉丝和退火工艺，可以进一步改善温度系数，使得电阻丝的特性适合特定应用的要求。埃弗诺姆镍铬合金每密耳园-英尺(circular mil-foot)(CMF)的电阻值为800 Ω，锰铜每密耳园-英尺的电阻值为280Ω。
NlST保存欧姆的方法
由于准确地实现欧姆很困难，所以各个国家实验室(如NIST)在历史上都选择了用实物(artifact)来定义法定的国家欧姆的方法。在美国，从1901年到1990年，电阻的法定单位都是由特定的一组锰铜丝的精密线绕电阻器的平均电阻值保存在1Ω的水平的。这组电阻中每个电阻器的标称值均为1Ω。这组电阻中电阻器的数目曾经在5到17个之间变化，但是这组电阻器的平均电阻值则认为是保持恒定的。最近进行的绝对欧姆测定表明，该平均电阻值并不是恒定的，但却一直是相当稳定的。除去1948年进行的一次调整以外，NIST保存的欧姆的变化量一直小于10ppm。
当1901年美国的国家标准局(NBS，现在的NIST)成立的时候，美国的电阻法定单位是基于汞欧姆的。在当时，汞欧姆的精密测量是在德国的物理技术研究院(PTR，现在的PTB)和英国的国家物理实验室(NPL)进行的。因此，最初的1Ω电阻标准是由柏林的奥托·沃夫(Otto Wolff)公司制造的一组Reichsanstalt型的电阻器。在NBS进行的测量表明，这些电阻器的阻值随着大气的湿度而变化。1909年改为使用由Rosa开发的密封电阻器。
1909年到1930年，NBS保存的欧姆是由一组10个Rosa型电阻器的平均值构成的。多年来人们发现Rosa型电阻器也有漂移。托马斯(Thomas)在他的研究工作中提出了一种新的电阻器设计方法，提高了稳定性。该设计的主要革新之点在于，首先对电阻丝进行充分的退火，然后再把电阻密封于两个同轴的黄铜圆筒之间的干燥空气里。刚刚制成的托马斯型电阻器比经过老化之后的Rosa型电阻器还要稳定。1930年，开始在一级参考标准电阻组中引入托马斯型电阻器。1932年Rosa型电阻器由电阻组中撤出，并由托马斯型电阻器代替。1932年对最初的托马斯型电阻器的设计进行了改进，通过增加冷却表面的面积和增加电阻丝的直径减小了电阻器的功率系数。直到1990年1月之前，NIST一直用一组5个1933年制造的托马斯型电阻器来保存欧姆。
在1901年，根据105号公法(pubic law)的规定，法定欧姆是以汞欧姆为基础的。当时NBS的1Ω标准电阻器是汞欧姆的最接近的实现，并且和PTR及NPL保存的标准进行比较。直到1911年，NBS的汞欧姆测定工作才完成。1914年在NPL及1920年在PTR所作的绝对电阻实验表明，该绝对欧姆比国际欧姆小了大约500ppm。在1936年到1939年期间，由NBS、NPL、PTR、LCE(法国的机构，即现在的LCIE)和ETL(日本的机构)所作的进一步的实验证实了这个发现。一个国际委员会建议放弃汞欧姆，采用绝对欧姆作为基本单位，并且从1940年1月1日起生效。由于第二次世界大战，这项变更一直拖延到1948年1月1日才实现。
为了和国际欧姆的约定值一致，1948年1月1日，NBS的电阻标准增加了495ppm。这是从1901年NBS成立以来对欧姆的第一次调整。在1990年的第二次调整中，对欧姆的数值和漂移率都进行了调整，使之和国际约定值一致。
早期按照绝对欧姆进行的电阻测量是通过把电阻器的电阻值和一个互感器的阻抗相比较来进行的。电感器的阻抗可以通过实际测量电感器的尺寸及所加电流的频率准确地计算出来。使用这种方法，NBS能够确定欧姆的绝对值，并达到5ppm的估计准确度。导出欧姆的另一种方法—用与容抗相比较来代替与感抗相比较—应归功于1956年计算电容器的发展和变压器比较器电桥的发展。使用这种方法，能够将很小的电容器和数值比它大100 000 000倍的电容器进行比率比较，而察觉不到测量结果的不确定度有所增加。
之前已经谈到，自从1990年1月起，NIST的欧姆的实现已经以量子霍耳效应为基础。
电阻标准表
现在已经有多种电阻标准可以用来保存和传播欧姆。表8—1根据在溯源性链中的地位，按照一级标准、二级标准或工作标准的下降次序，列出并简单地介绍了几种直流电阻标准。
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