电位差的使用及校表

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1、实验十五 电位差计的使用及校表Experiment 15 Operating potentiometer and calibrating ammeters直流电位差计（简称电位差计）是一种根据补偿原理制成的高精度和高灵敏 度比较式电磁测量仪器。它用一个已知的电动势与被测电压相对接，如果两个电 压实现平衡则连接两电压的导线中将无电流流动，即实现了电压补偿，所以电位 差计也称为补偿器。由于采用了补偿法，测量时几乎不损耗被测对象的能量，测 量结果稳定可靠，精度特别高。直流电位差计最适合于测量高内阻的直流电压， 如极化电势。按其测量回路的电阻分：lkQ以上的称高阻电位差计；lkQ以下的 称低阻电位差计

2、。电位差计主要用来测量直流电动势和电压，但配合标准电阻也 可测量电流和电阻。它也常用于非电学参量（如压力、温度、位移等）的电测法 中，它是电磁测量中常用仪器之一，在生产实践中得到了极其广泛的应用。当然， 近年来由于数字电压表的快速发展，其测量准确度已接近电位差计的水平。实验目的 Experimental purpose1.掌握电位差计的工作原理、结构、特点、和操作方法。 2学会用电位差计校准电表。实验原理 Experimental principle1 电位差计的工作原理 Principle of potentiometer本实验采用的UJ36a型直流电位差计，其工作原理如图1所示。E为工作电

3、 源， Rp 为工作电流调节电阻，被测量电动势的补偿电阻 R 和标准电池电动势补 偿电阻Rn组成的回路叫工作回路。Rn和标准电池En以及转换开关K （标准） 和晶体管放大检流计G组成校准回路。Rq和被测电动势E （或电压）以及转换 Qx 开关K （未知）和G组成测量回路。UJ36a型电位差计是利用补偿法原理，使被 测电动势（或电压）与恒定的标准电动势相互比较，是一种高精度测量电动势的方法。nTlnrl ) 电电 压 偿偿 动或流电的势 电检节善 的势4动电 源池动放流电池关 电电电管电量电开 盂型作测港换 工器晶工eenexgrprrnk图 1 电位差计的工作原理图测量电压或电动势的步骤：1)

4、 将K扳向标准位置，调节Rp,使流计指零，这时标准电池的电动势由电阻 Rn上的电压降补偿。E 二 IRNN式中I是流过Rn和R的电流，称之为电位差计的工作电流。由式子可得EI = n(2)RN2) 工作电流调节好以后，将K扳向“未知”位置，同时移动Q触头，再次使检 流计指零，此时触头Q在R上的读数为Rq,这时被测量的电压或电动势由 电阻Rq上的电压降补偿，所以被测电压或电动势为E 二 IR(3)XQ将式(2)代入(3)，得到RE =-QE(4)X R NN从式(4)可以看出，用电位差计测量电动势(或电压)有以下优点：3) 不需要测量线路里的电流大小，只要测量Rq和Rn的比值即可。4）当完全补偿

5、时，测量回路与被测量回路之间无电流通过，并不从被测电路 中吸取功率。5）测量的准确性是依赖标准电池的电动势En及被测量电动势之补偿电阻Rq 与标准电动势的补偿电阻rn之比值的准确性和工作电流稳定性所决定。仪器的电阻均采用锰铜合金线，以双线无感绕制，并经过人工老化处理和精确调 整，阻值十分稳定。标准电动势采用不饱和标准电池，温度影响可忽略不计，从 而保证了仪器的准确性。2用电位差计校准电流表 Use potentiometer calibrating ammeters 磁电式电表随着使用时间的延长，性能可能有所下降，表现在显示值与实际 值有了偏离，使它的准确度等级也在不断变化，这就需要对电表定期

6、的进行校正。 校准电表的目的是为了确定电表的准确度等级。电表的准确度等级分为 a=0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七个等级。校准的方法是：如在电流表的所有指示值I的 刻度上检验它与客观值Io的差异，这个差异就是被 校表的误差AI= 11。在不同的刻度下误差不同。 其中最大的误差项用AIm表示（可正亦可负）。被 校表的准确度等级数为定义为am x 100%。ImIm为被校电流表的量程。一般来说，实验中得到的 a值都介于上述七个等级中的两个值之间，在确定被校表等级时要取数值大者。例如，实验结果a = 1.13那么该电表的等级就取 a = 1.5。客观值Io的大小用电位差计来

7、间接测量。用电位差计校对电流表的原理电路如图2所示。其中包为被校表，R1和 R2是滑线变阻器，E是直流稳压电源，Rs是标准电阻，它有四个接线端钮（见附 录；实验中也可用电阻箱Rs代替），P是电位差计。用电位差计测量Rs上的C、 D两电位端钮间的电压US，则电流的客观值为I =伫0RS电流表的示值I与I0之差AI 二 I -10称为电流表示值的绝对误差。绝对误差的负值C 二 I -10称为电流表示值的修正值，电流的实际值为I 二 I + C0在本实验中，我们用可变标准箱式电阻代替了电路中的RS，建议阻值调至 100欧。电源E取1.01.5V。因为电位差计最大测量范围U =230 mV,所以通 m

8、过RS的最大电流可达：I0 =Vm/RS = 2.3mA，满足被校表（量限为1.5mA）的实 验要求。为了使被校电流表校正后有较高的可靠性，电势差计与标准电阻的准确度等 级必须比被校电表的级别高得多（至少2级） 。箱式电势位计直接可以测量电压，故可以用来校正电压表（直流），这种测 量回路比较简单，这里就不再叙述了。实验仪器 Experimental device电位差计（UJ36a型）、稳压电源（WYJ15型）、滑线变阻器（0.8A 1K，1.3A 100欧）、毫安表（01.537.5）、电阻箱（X10000、1000、100、10、1、 0.1）。电位差计面板及使用说明 Potentiome

9、ters faceplate and users guide1. UJ36a 型电位差计面板 Potentiometers faceplateUJ36a型电位差计面板附有一检流计，并带有晶体管放大器。面板排列如图3所示。图中R0为检流计的电气调零旋钮；G为倍率开关，共有G, xl,断，x0.2, G0.2五档；R为步进旋钮，每档递增10mV，最高档为220mV； R2为滑线读数 盘，从0至10.5mV连续可调；步进旋钮与滑线盘读数之和再乘以倍率即为测量 值。图 3 UJ-36 电位差计面板图2.使用要点（operation main）1）被测“未知”的电压（或电动势）接在“未知”的两个接线柱上

10、（注意极性）。2）倍率开关旋向所需要的位置上（xl或x0.2），此时也接通了电位差计工作电源 和检流计放大器电源。3）调节“调零”R0旋钮，使检流计指零。4）扳键开关K,扳向“标准”，调节多圈变阻器Rp （电流调节旋钮），使检流计 指零。5）将扳键开关K,扳向“未知”调节步进旋钮R和滑线盘R2使检流计再次指零, （注意：调节步进旋钮，找到检流计指针左右摆动的位置，再仔细调节滑线盘使 检流计示数为零）未知电压（或电动势）按下式得出U =（步进盘读数+滑线盘读数）x倍率X6）在连续测量时,要求经常核对电位差计工作电流,防止工作电流变化,即重 做步骤，使工作电流标准化。7）测量完毕,将“倍率”开关旋

11、向“断”,即关闭电位差计。扳键开关放在中间位 置。实验步骤和要求 Experimental assignment and step1 熟悉电位差计的使用方法。2 按图 2 连线。3 电位差计调零，并使工作电流标准化。作为电位差计的使用练习，测量 I = 1mA时的Rs两端的电压，测六次（每次都从电位差计调零及其工作电流标准 化开始）。4. 调节滑线变阻器使回表指示值逐步增加，从零到5.0mA取15个等间隔 的值，并分别测出RS上的电压降V。5. 调节滑线变阻器使回表指示值逐步减少到零，分别再次测出所选各点的 Vo值。6. 计算二次测量的平均值。7. 计算出I0和AIO8. 找出误差最大值Alm

12、，确定被校表的等级。9. 画出被校表的校准曲线。纵坐标为AI，横坐标为I。10. 计算I =1 mA时RS两端电压测量值的不确定度U = （2S_）2 + u2数据处理 Data processing测量 Rs 两端电压 Vx 记录表 Table of data record次数123456平均值s-Vx校准电表数据记录表 Table of data recordI(Am)0.30.60.91.21.51.82.12.42.73.03.33.63.94.24.54.85.0V0y*Am平 均I0(Am)I(Am)思考题 Exercises1 若想用电位差计较准电压表，如何接线？试试画出电路图。

13、2 要想测电池的内阻，只要在被测电池两端并接一个电阻，然后用电位差计测其两端电压，即可求得这个电池的内阻，试推导一下求内阻的公式。关键词 key words直流电位差计 direct current potentiometer，补偿法 compensation method, 电动势 electromotive force，电压 voltage，电池 batteries，检流计 galvanometer, 准确度等级 degree of accuracy，电源 electrical source.附录 Appendix 四端钮标准电阻当一电阻RCD接入线路时，不可避免地回造成引线/电阻和接触电阻，这些附加电阻在大多数情况下对测量影 图4两端子标滾电阻响不大。但当RCD是标准电阻或阻值很小时，就应考虑如何消除这一附加电阻的影响。标准电阻一般都有4个接线端钮（如图 4所示），其中A、B是电流引入端（粗）C、D是电压引出端（细）供测量电压用。C、 D之间的阻值即是RS的标准值。当通以电流I时，C、D之间电压降为IRCD = I RS，与AC、BD上的电压无关。CP、DP均无电流通过，因而也无电压降。