電位差計(jì)的原理和使用

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，加深對補(bǔ)償法測量原理的理解和運(yùn)用。2．訓(xùn)練簡單測量電路的設(shè)計(jì)和測量條件的選擇?！緦?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)、町31型直流分壓箱、滑線變阻器、直流電阻箱、待校驗(yàn)電表、待測干電池、待測電阻、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E與測量電路中的精密電n阻R的兩端電勢差Ust相比較，再使被測電勢差（或電壓）E與準(zhǔn)確可變的電勢差U相比較，通過檢流計(jì)X XG兩次指零來獲得測量結(jié)果。電壓補(bǔ)償原理也可從電勢差計(jì)的“校準(zhǔn)"和“測量"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)勢確定;把K1合上，調(diào)節(jié)Rp，使檢流計(jì)G指零，即E=IR,此時(shí)測量電路的S 1 P nn工作電流已調(diào)好為I=En/Rn.校準(zhǔn)工作電流的目的：使測量電路中的Rx流過一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電流I。,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.測量：將K2打向“未知”位置，檢流計(jì)和被測電路聯(lián)接，保持I。不變（即Rp不變）,K1合上，調(diào)節(jié)R,使檢流計(jì)G指零，即有E=U=IRo1 x 。E由此可得E=-^R?由于箱式電位差計(jì)面板上的測量盤是根據(jù)R電阻值標(biāo)出其對應(yīng)xRxxn的電壓刻度值，因此只要讀出R電阻盤刻度的電壓讀數(shù)，即為被測電動(dòng)勢E的測量值。所以，電位差計(jì)使用時(shí)，一定要先“校準(zhǔn)”，后“測量”，兩者不能倒置?！緦?shí)驗(yàn)裝置】1oUJ31型電位差計(jì)圖5.8.2UJ31型電位差計(jì)面板圖UJ31圖5.8.2UJ31型電位差計(jì)面板圖lpV-17.1mV（K置x1檔）或10RV-171mV（K置x10檔）。使用15.7V~6.4V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)R（粗p1調(diào)）、R（中調(diào)）和R（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。R是p2 p3 n為了適應(yīng)溫度不同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢的變化而設(shè)置的,當(dāng)溫度不同引起標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)R，使工作電流保持不變。R被分成I（x1）、ii（x0.1）和111&0.001）nx三個(gè)電阻轉(zhuǎn)盤，并在轉(zhuǎn)盤上標(biāo)出對應(yīng)R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)x轉(zhuǎn)盤上直接讀出未知電動(dòng)勢或未知電壓.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.K為標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電動(dòng)勢的轉(zhuǎn)換開關(guān).標(biāo)準(zhǔn)2電池、靈敏電流計(jì)、工作電源和未知電動(dòng)勢E由相應(yīng)的接線柱外接。xUJ31型電位差計(jì)的使用方法：（1）將K置到“斷”，K置于“X1”檔或“X10”檔（視被測量值而定），分別接21上標(biāo)準(zhǔn)電池、靈敏電流計(jì)、工作電源。被測電動(dòng)勢（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E（t）的值，調(diào)節(jié)R的示值與其相等。nn將K2置“標(biāo)準(zhǔn)”檔，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)R、R和R，使靈敏電流計(jì)指針指零，2 p1 p2 p3再按下“細(xì)”按鈕，用R和R精確調(diào)節(jié)至靈敏電流計(jì)指針指零。此操作過程稱為“校準(zhǔn)”。p2 p3（3）將K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1、112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III使靈敏電流計(jì)指零。讀數(shù)轉(zhuǎn)盤I、II和III的示值乘以相應(yīng)的倍率后相加，再乘以K所用的倍率，即為被測電動(dòng)勢（或電壓）E。此操作過程稱作“測量”.x本實(shí)驗(yàn)室使用的UJ31電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級為0.05級，在周圍溫度與20°C相差不在的條件下,其基本誤差限A為Ux5。8。1)=±(0.05%U+0.5AU)5。8。1)x式中的AU為電位差計(jì)的最小分度值，即當(dāng)倍率取“x10”時(shí)AU為10卩V，當(dāng)倍率取“x1”時(shí)AU為1卩V標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池的使用參閱§3。6.3。FJ31型直流分壓箱

分壓箱是用來擴(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"與待測的電動(dòng)勢(或電壓)相接，“輸出端”與電位差計(jì)的“未知”端相接，則所測電

動(dòng)勢(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V=nx電位差讀數(shù)值.x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】1.用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為3V(或75mV)的電壓表(參考電路如圖5.8.3,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0?3V(或0?75mV)間連續(xù)可調(diào).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AU-U校準(zhǔn)曲線，對待校電壓表的精度作出評價(jià)。xx標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1 未知2UJ31型電位差計(jì)標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1 未知2UJ31型電位差計(jì)圖5.8.3用電位差計(jì)校正毫伏表—小+心住 6—Q+出—6+"—0+C標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1未知2UJ31型電位差計(jì)圖5.8.4用電位差計(jì)校正伏特表2.用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為15mA(或30mA)的毫安表(參考電路如圖5。8。5)(1)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0.00~15.00mA(0?30mA)內(nèi)連續(xù)可調(diào)。選取適當(dāng)?shù)娜与娮韬妥冏杵髯柚怠Ｗ鰽I—I校正曲線，對待校電流表的精度作出評價(jià)。xx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)測量干電池的電動(dòng)勢(參考電路如圖5.8。6)根據(jù)電位差計(jì)的量程和被測干電池，選取適當(dāng)?shù)姆謮浩鞯姆謮罕?。測量次數(shù)不少于6次，并進(jìn)行誤差分析，寫出干電池的測量結(jié)果E±A。xE

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)測量干電池4.用電位差計(jì)測電阻值（參考電路如圖5。8.7）（1）令穩(wěn)壓電源固定輸出1.5V，設(shè)計(jì)測定電阻的控制電路，由于實(shí)驗(yàn)室提供的UJ31型直流電位差計(jì)有兩組輸入測量端，則應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能對標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測電阻的端電壓作連續(xù)測量的控制電路。十口-dR RX（2） 選擇合適的測量條件，十口-dR RX+6—右+占標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1 未知2（3） 測量次數(shù)不少于+6—右+占標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1 未知2xRUJ31型電位差計(jì)UJ31型電位差計(jì)圖5.8.7用電位差計(jì)測電阻【注意事項(xiàng)】圖5.8.7用電位差計(jì)測電阻實(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。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（X0O01檔），以后逐步提高靈敏度檔次。為防止工作電流的波動(dòng),每次測電壓前都應(yīng)校準(zhǔn).并且測量時(shí)，必須保持標(biāo)準(zhǔn)的工作電流不變，即當(dāng)％置“未知1”或“未知2”測量待測電壓時(shí)，不能調(diào)節(jié)Rp之“粗〃、“中"、“細(xì)”三個(gè)旋鈕.（為什么？）測量前，必須預(yù)先估算被測電壓值，并將測量盤I,11,111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III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】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)，后測量”?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？4.在接線、拆線或調(diào)節(jié)未知電壓Ux之前，必須先把0（或K2）置“斷”處，其目的是什么?5.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？6.測量時(shí)為什么要估算并預(yù)置測量盤的電位差值？接線時(shí)為什么要特別注意電壓極性是否正確??校準(zhǔn)（或測量）時(shí)如果無論怎樣調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)盤（或測量盤），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”？用這種方法測電動(dòng)勢有什么特點(diǎn)？9.如果電位差計(jì)沒有嚴(yán)格校準(zhǔn),工作電流偏大，將使測量結(jié)果偏大還是偏?。俊靖戒洝吭谟秒娢徊钣?jì)校準(zhǔn)電流表時(shí)，是通過用電位差計(jì)測量標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓來轉(zhuǎn)化成標(biāo)

準(zhǔn)電流，進(jìn)而對電流表各點(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R的誤差，可用下式確定:s(A￥(A)-Ur+〔Ux)Rs42顯然，電表校驗(yàn)裝置的誤差還應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢E（t）欠準(zhǔn)、工作電流波動(dòng)、線間絕緣n不良