實驗八電位差計的原理和使用【實驗目的】1．掌握電位差計的工作原理和正確使用方法，加深對補償法測量原理的理解和運用。2．訓練簡單測量電路的設計和測量條件的選擇。【實驗儀器】UJ31型直流電位差計、SS1791雙路輸出直流穩(wěn)壓電源、標準電池、標準電阻、AC15/5靈敏電流計、町31型直流分壓箱、滑線變阻器、直流電阻箱、待校驗電表、待測干電池、待測電阻、開關和導線等【實驗原理】如圖5.8.1所示，電位差計的工作原理是根據(jù)電壓補償法，先使標準電池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與準確可變的電勢差U相比較，通過檢流計X XG兩次指零來獲得測量結果。電壓補償原理也可從電勢差計的“校準"和“測量"兩個步驟中理解。校準：將K2打向“標準”位置，檢流計和校準電路聯(lián)接，Rn取一預定值，其大小由標準電池ES的電動勢確定;把K1合上，調節(jié)Rp，使檢流計G指零，即E=IR,此時測量電路的S 1 P nn工作電流已調好為I=En/Rn.校準工作電流的目的：使測量電路中的Rx流過一個已知的標準電流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）實際電壓值相一致.測量：將K2打向“未知”位置，檢流計和被測電路聯(lián)接，保持I。不變（即Rp不變）,K1合上，調節(jié)R,使檢流計G指零，即有E=U=IRo1 x 。E由此可得E=-^R?由于箱式電位差計面板上的測量盤是根據(jù)R電阻值標出其對應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)，即為被測電動勢E的測量值。所以，電位差計使用時，一定要先“校準”，后“測量”，兩者不能倒置?！緦嶒炑b置】1oUJ31型電位差計圖5.8.2UJ31型電位差計面板圖UJ31圖5.8.2UJ31型電位差計面板圖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,標準電池和靈敏電流計均外接，其面板圖如圖5.8。2所示。調節(jié)工作電流（即校準）時分別調節(jié)R（粗p1調）、R（中調）和R（細調）三個電阻轉盤，以保證迅速準確地調節(jié)工作電流。R是p2 p3 n為了適應溫度不同時標準電池電動勢的變化而設置的,當溫度不同引起標準電池電動勢變化時，通過調節(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三個電阻轉盤，并在轉盤上標出對應R的電壓值，電位差計處于補償狀態(tài)時可以從這三個x轉盤上直接讀出未知電動勢或未知電壓.左下方的“粗”和“細”兩個按鈕，其作用是：按下“粗"銨鈕，保護電阻和靈敏電流計串聯(lián)，此時電流計的靈敏度降低；按下“細”按鈕，保護電阻被短路,此時電流計的靈敏度提高.K為標準電池和未知電動勢的轉換開關.標準2電池、靈敏電流計、工作電源和未知電動勢E由相應的接線柱外接。xUJ31型電位差計的使用方法：（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上標準電池、靈敏電流計、工作電源。被測電動勢（或電壓）接于“未知1”（或“未知2”）。（2）根據(jù)溫度修正公式計算標準電池的電動勢E（t）的值，調節(jié)R的示值與其相等。nn將K2置“標準”檔，按下“粗”按鈕，調節(jié)R、R和R，使靈敏電流計指針指零，2 p1 p2 p3再按下“細”按鈕，用R和R精確調節(jié)至靈敏電流計指針指零。此操作過程稱為“校準”。p2 p3（3）將K置“未知1”（或“未知2”）位置，按下“粗”按鈕，調節(jié)讀數(shù)轉盤1、112使靈敏電流計指零，再按下“細”按鈕，精確調節(jié)讀數(shù)轉盤III使靈敏電流計指零。讀數(shù)轉盤I、II和III的示值乘以相應的倍率后相加，再乘以K所用的倍率，即為被測電動勢（或電壓）E。此操作過程稱作“測量”.x本實驗室使用的UJ31電位差計的準確度等級為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為電位差計的最小分度值，即當倍率取“x10”時AU為10卩V，當倍率取“x1”時AU為1卩V標準電池標準電池的使用參閱§3。6.3。FJ31型直流分壓箱

分壓箱是用來擴大電位差計量程的，它實際上是由若干個準確度很高的電阻串聯(lián)組成的

分壓器?分壓箱上分別標明了每一檔的倍率，使用時，選擇合適的分壓比n,將分壓箱的“輸

入端"與待測的電動勢(或電壓)相接，“輸出端”與電位差計的“未知”端相接，則所測電

動勢(或電壓)等于電位差計上的讀數(shù)乘以分壓箱上的倍率數(shù)n，即V=nx電位差讀數(shù)值.x靈敏電流計靈敏電流計的使用參閱§3.5?！緦嶒瀮热荨?.用電位差計校準量程為3V(或75mV)的電壓表(參考電路如圖5.8.3,圖5。8.4)(1)設計較準電壓表的控制電路，要求控制電路的電壓調節(jié)范圍在0?3V(或0?75mV)間連續(xù)可調.根據(jù)電位差計和待校電壓表的量程，選取適當?shù)姆謮罕?。作AU-U校準曲線，對待校電壓表的精度作出評價。xx標準檢流計5.7-6.4V未知1 未知2UJ31型電位差計標準檢流計5.7-6.4V未知1 未知2UJ31型電位差計圖5.8.3用電位差計校正毫伏表—小+心住 6—Q+出—6+"—0+C標準檢流計5.7-6.4V未知1未知2UJ31型電位差計圖5.8.4用電位差計校正伏特表2.用電位差計校準量程為15mA(或30mA)的毫安表(參考電路如圖5。8。5)(1)設計較準毫安表的控制電路.要求控制電路的電流調節(jié)范圍在0.00~15.00mA(0?30mA)內連續(xù)可調。選取適當?shù)娜与娮韬妥冏杵髯柚?。作AI—I校正曲線，對待校電流表的精度作出評價。xx估算電表校驗裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進而得出校驗裝置是否合理的初步結論.用電位差計測量干電池的電動勢(參考電路如圖5.8。6)根據(jù)電位差計的量程和被測干電池，選取適當?shù)姆謮浩鞯姆謮罕取y量次數(shù)不少于6次，并進行誤差分析，寫出干電池的測量結果E±A。xE

圖5.8.5用電位差計校正毫安表 圖5.8.6用電位差計測量干電池4.用電位差計測電阻值（參考電路如圖5。8.7）（1）令穩(wěn)壓電源固定輸出1.5V，設計測定電阻的控制電路，由于實驗室提供的UJ31型直流電位差計有兩組輸入測量端，則應設計一個能對標準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+占標準檢流計5.7-6.4V未知1 未知2（3） 測量次數(shù)不少于+6—右+占標準檢流計5.7-6.4V未知1 未知2xRUJ31型電位差計UJ31型電位差計圖5.8.7用電位差計測電阻【注意事項】圖5.8.7用電位差計測電阻實驗前熟悉UJ31型直流電位差計各旋鈕、開關和接線端鈕的作用。接線路時注意各電源及未知電壓的極性。檢查并調整電表和電流計的零點，開始時電流計應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,每次測電壓前都應校準.并且測量時，必須保持標準的工作電流不變，即當％置“未知1”或“未知2”測量待測電壓時，不能調節(jié)Rp之“粗〃、“中"、“細”三個旋鈕.（為什么？）測量前，必須預先估算被測電壓值，并將測量盤I,11,111調到估算值.5?使用UJ31型電位差計，調節(jié)微調刻度盤III時，其刻度線缺口內不屬于讀數(shù)范圍，進入這一范圍時測量電路已經(jīng)斷開，此時檢流計雖回到中間平衡位置亦不是電路達到平衡狀態(tài)的指示.【思考題】箱式電位差計的工作原理是什么？使用箱式電位差計時，為什么要“先校準，后測量”?為什么要使工作電流標準化?電位差計的面板上的粗、中、細三個旋鈕的作用是什么？4.在接線、拆線或調節(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.箱式電位差計左下角之“粗”、“細"兩個按鈕的作用是什么?如何使用？6.測量時為什么要估算并預置測量盤的電位差值？接線時為什么要特別注意電壓極性是否正確??校準（或測量）時如果無論怎樣調節(jié)電流調節(jié)盤（或測量盤），電流計總是偏向一側，可能有哪幾種原因？.什么是“補償法”？用這種方法測電動勢有什么特點？9.如果電位差計沒有嚴格校準,工作電流偏大，將使測量結果偏大還是偏小？【附錄】在用電位差計校準電流表時，是通過用電位差計測量標準電阻上的電壓來轉化成標

準電流，進而對電流表各點進行校正.估算電表校驗裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基

本誤差限的1/3，進而得出校驗裝置是否合理的結論.估算時只要求考慮電位差計的基本誤差限及標準電阻R的誤差，可用下式確定:s(A￥(A)-Ur+〔Ux)Rs42顯然，電表校驗裝置的誤差還應包括標準電動勢E（t）欠準、工作電流波動、線間絕緣n不良