電位差計(jì)的原理和使用

1、實(shí)驗(yàn)八 電位差計(jì)的原理和使用【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握電位差計(jì)的工作原理和正確使用方法，加深對(duì)補(bǔ)償法測(cè)量原理的理解和運(yùn)用。2訓(xùn)練簡(jiǎn)單測(cè)量電路的設(shè)計(jì)和測(cè)量條件的選擇。圖5.8.1 電位差計(jì)的工作原理【實(shí)驗(yàn)儀器】UJ31型直流電位差計(jì)、SS1791雙路輸出直流穩(wěn)壓電源、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、AC15/5靈敏電流計(jì)、FJ31型直流分壓箱、滑線變阻器、直流電阻箱、待校驗(yàn)電表、待測(cè)干電池、待測(cè)電阻、開關(guān)和導(dǎo)線等。【實(shí)驗(yàn)原理】如圖5.8.1所示，電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)電壓補(bǔ)償法，先使標(biāo)準(zhǔn)電池En與測(cè)量電路中的精密電阻Rn的兩端電勢(shì)差Ust相比較，再使被測(cè)電勢(shì)差（或電壓）Ex與準(zhǔn)確可變的電勢(shì)差Ux相比較，通過(guò)檢流計(jì)

2、G兩次指零來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果。電壓補(bǔ)償原理也可從電勢(shì)差計(jì)的“校準(zhǔn)”和“測(cè)量”兩個(gè)步驟中理解。校準(zhǔn)：將K2打向“標(biāo)準(zhǔn)”位置，檢流計(jì)和校準(zhǔn)電路聯(lián)接，Rn 取一預(yù)定值，其大小由標(biāo)準(zhǔn)電池ES 的電動(dòng)勢(shì)確定；把K1合上，調(diào)節(jié)RP ，使檢流計(jì)G指零，即En= IRn，此時(shí)測(cè)量電路的工作電流已調(diào)好為 I = En/Rn 。校準(zhǔn)工作電流的目的：使測(cè)量電路中的Rx 流過(guò)一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電流Io，以保證Rx電阻盤上的電壓示值（刻度值）與其（精密電阻Rx上的）實(shí)際電壓值相一致。測(cè)量：將K2打向“未知”位置，檢流計(jì)和被測(cè)電路聯(lián)接，保持Io不變（即RP不變），K1合上，調(diào)節(jié)Rx，使檢流計(jì)G指零，即有Ex = Ux = Io

3、Rx。由此可得。由于箱式電位差計(jì)面板上的測(cè)量盤是根據(jù)Rx 電阻值標(biāo)出其對(duì)應(yīng)的電壓刻度值，因此只要讀出Rx電阻盤刻度的電壓讀數(shù)，即為被測(cè)電動(dòng)勢(shì)Ex的測(cè)量值。 所以，電位差計(jì)使用時(shí)，一定要先“校準(zhǔn)”，后“測(cè)量”，兩者不能倒置。 【實(shí)驗(yàn)裝置】1. UJ31型電位差計(jì)圖5.8.2 UJ31型電位差計(jì)面板圖UJ31型箱式電位差計(jì)是一種測(cè)量低電勢(shì)的電位差計(jì)，其測(cè)量范圍為(置檔)或（置檔）。使用外接工作電源，標(biāo)準(zhǔn)電池和靈敏電流計(jì)均外接，其面板圖如圖5.8.2所示。調(diào)節(jié)工作電流（即校準(zhǔn)）時(shí)分別調(diào)節(jié)（粗調(diào)）、（中調(diào)）和（細(xì)調(diào)）三個(gè)電阻轉(zhuǎn)盤，以保證迅速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)工作電流。是為了適應(yīng)溫度不同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)的變化而

4、設(shè)置的，當(dāng)溫度不同引起標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)，使工作電流保持不變。被分成（）、（）和（）三個(gè)電阻轉(zhuǎn)盤，并在轉(zhuǎn)盤上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的電壓值，電位差計(jì)處于補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)可以從這三個(gè)轉(zhuǎn)盤上直接讀出未知電動(dòng)勢(shì)或未知電壓。左下方的“粗”和“細(xì)”兩個(gè)按鈕，其作用是：按下“粗”銨鈕，保護(hù)電阻和靈敏電流計(jì)串聯(lián)，此時(shí)電流計(jì)的靈敏度降低；按下“細(xì)”按鈕，保護(hù)電阻被短路，此時(shí)電流計(jì)的靈敏度提高。為標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)電池、靈敏電流計(jì)、工作電源和未知電動(dòng)勢(shì)由相應(yīng)的接線柱外接。UJ31型電位差計(jì)的使用方法：（1）將置到“斷”，置于“”檔或“”檔（視被測(cè)量值而定），分別接上標(biāo)準(zhǔn)電池、靈敏電流計(jì)、工作電源。被測(cè)

5、電動(dòng)勢(shì)（或電壓）接于“未知1”（或“未知2”）。(2)根據(jù)溫度修正公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)的值，調(diào)節(jié)的示值與其相等。將置“標(biāo)準(zhǔn)”檔，按下 “粗”按鈕，調(diào)節(jié)、和，使靈敏電流計(jì)指針指零，再按下 “細(xì)”按鈕，用和精確調(diào)節(jié)至靈敏電流計(jì)指針指零。此操作過(guò)程稱為“校準(zhǔn)”。(3) 將置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤、使靈敏電流計(jì)指零，再按下 “細(xì)”按鈕，精確調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤使靈敏電流計(jì)指零。讀數(shù)轉(zhuǎn)盤、和的示值乘以相應(yīng)的倍率后相加，再乘以所用的倍率，即為被測(cè)電動(dòng)勢(shì)（或電壓）。此操作過(guò)程稱作“測(cè)量”。本實(shí)驗(yàn)室使用的UJ31電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)，在周圍溫度與20相差不在的條件

6、下，其基本誤差限為 (5.8.1)式中的為電位差計(jì)的最小分度值，即當(dāng)倍率取“”時(shí)為，當(dāng)倍率取“”時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池的使用參閱§3.6。.FJ31型直流分壓箱分壓箱是用來(lái)擴(kuò)大電位差計(jì)量程的，它實(shí)際上是由若干個(gè)準(zhǔn)確度很高的電阻串聯(lián)組成的分壓器。分壓箱上分別標(biāo)明了每一檔的倍率，使用時(shí)，選擇合適的分壓比n,將分壓箱的“輸入端”與待測(cè)的電動(dòng)勢(shì)（或電壓）相接，“輸出端”與電位差計(jì)的“未知”端相接，則所測(cè)電動(dòng)勢(shì)（或電壓）等于電位差計(jì)上的讀數(shù)乘以分壓箱上的倍率數(shù)n，即。.靈敏電流計(jì)靈敏電流計(jì)的使用參閱§3.5。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為（或75mV）的電壓表（參考電路如圖5.8.

7、3，圖5.8.4）（1）設(shè)計(jì)較準(zhǔn)電壓表的控制電路，要求控制電路的電壓調(diào)節(jié)范圍在(或075mV)間連續(xù)可調(diào)。（2）根據(jù)電位差計(jì)和待校電壓表的量程，選取適當(dāng)?shù)姆謮罕?。?）作校準(zhǔn)曲線，對(duì)待校電壓表的精度作出評(píng)價(jià)。圖5.8.3 用電位差計(jì)校正毫伏表圖5.8.4 用電位差計(jì)校正伏特表（4）估算電表校驗(yàn)裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的初步結(jié)論。用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為（或30mA）的毫安表（參考電路如圖5.8.5）（）設(shè)計(jì)較準(zhǔn)毫安表的控制電路要求控制電路的電流調(diào)節(jié)范圍在（030mA）內(nèi)連續(xù)可調(diào)。（） 選取適當(dāng)?shù)娜与娮韬妥冏杵髯柚?。（?作校正曲線，對(duì)待校電流表

8、的精度作出評(píng)價(jià)。（） 估算電表校驗(yàn)裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的初步結(jié)論。用電位差計(jì)測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)（參考電路如圖5.8.6）（）根據(jù)電位差計(jì)的量程和被測(cè)干電池，選取適當(dāng)?shù)姆謮浩鞯姆謮罕?。（?測(cè)量次數(shù)不少于6次，并進(jìn)行誤差分析，寫出干電池的測(cè)量結(jié)果。圖5.8.5 用電位差計(jì)校正毫安表圖5.8.6 用電位差計(jì)測(cè)量干電池用電位差計(jì)測(cè)電阻值（參考電路如圖5.8.7）（）令穩(wěn)壓電源固定輸出，設(shè)計(jì)測(cè)定電阻的控制電路，由于實(shí)驗(yàn)室提供的UJ31型直流電位差計(jì)有兩組輸入測(cè)量端，則應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè)電阻的端電壓作連續(xù)測(cè)量的控制電路。圖5.8.7 用電

9、位差計(jì)測(cè)電阻（） 選擇合適的測(cè)量條件，包括：標(biāo)準(zhǔn)電阻，控制電路的工作電流和變阻器的阻值。（） 測(cè)量次數(shù)不少于次，計(jì)算不確定度給出測(cè)量結(jié)果。上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可任選兩項(xiàng)完成?！咀⒁馐马?xiàng)】1.實(shí)驗(yàn)前熟悉UJ31型直流電位差計(jì)各旋鈕、開關(guān)和接線端鈕的作用。接線路時(shí)注意各電源及未知電壓的極性。2檢查并調(diào)整電表和電流計(jì)的零點(diǎn)，開始時(shí)電流計(jì)應(yīng)置于其靈敏度最低檔（×0.01檔），以后逐步提高靈敏度檔次。3.為防止工作電流的波動(dòng)，每次測(cè)電壓前都應(yīng)校準(zhǔn)并且測(cè)量時(shí)，必須保持標(biāo)準(zhǔn)的工作電流不變，即當(dāng)K2置“未知1”或“未知2”測(cè)量待測(cè)電壓時(shí)，不能調(diào)節(jié)RP之“粗”、“中”、“細(xì)”三個(gè)旋鈕。(為什么？) 4.測(cè)量前

10、，必須預(yù)先估算被測(cè)電壓值，并將測(cè)量盤，調(diào)到估算值。5.使用UJ31型電位差計(jì)，調(diào)節(jié)微調(diào)刻度盤時(shí)，其刻度線缺口內(nèi)不屬于讀數(shù)范圍，進(jìn)入這一范圍時(shí)測(cè)量電路已經(jīng)斷開，此時(shí)檢流計(jì)雖回到中間平衡位置亦不是電路達(dá)到平衡狀態(tài)的指示。 【思考題】1箱式電位差計(jì)的工作原理是什么？使用箱式電位差計(jì)時(shí)，為什么要“先校準(zhǔn)，后測(cè)量”？2為什么要使工作電流標(biāo)準(zhǔn)化？ 電位差計(jì)的面板上的粗、中、細(xì)三個(gè)旋鈕的作用是什么？ 在接線、拆線或調(diào)節(jié)未知電壓Ux之前，必須先把K1（或K2）置“斷”處，其目的是什么？ 箱式電位差計(jì)左下角之“粗”、“細(xì)”兩個(gè)按鈕的作用是什么？如何使用？ 測(cè)量時(shí)為什么要估算并預(yù)置測(cè)量盤的電位差值？接線時(shí)為什么要特別注意電壓極性是否正確？.校準(zhǔn)（或測(cè)量）時(shí)如果無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)盤（或測(cè)量盤），電流計(jì)總是偏向一側(cè)，可能有哪幾種原因？什么是“補(bǔ)償法”？用這種方法測(cè)電動(dòng)勢(shì)有什么特點(diǎn)？如果電位差計(jì)沒(méi)有嚴(yán)格校準(zhǔn)，工作電流偏大，將使測(cè)量結(jié)果偏大還是偏??？【附錄】1在用電位差計(jì)校準(zhǔn)電流表時(shí)，是通過(guò)用電位差計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓來(lái)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流，進(jìn)而對(duì)電流表各點(diǎn)進(jìn)行校正。估算電表校驗(yàn)裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的結(jié)論。估算時(shí)只要求考慮電位差計(jì)的基本誤差限及標(biāo)準(zhǔn)電阻的誤差