电位差计校准电表实验报告(完整版)

电位差计校准电流表
一、实验目的
1.理解电位差计的工作原理，掌握电位差计的使用方法。

2.掌握使用电位差计校准电表的方法。

3.学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。

三实验仪器：
学生式电位差计，标准电池，稳压电源，可变电阻器箱两台，待校准电流表(20mA)，标准电阻Rs。

四、实验原理： 1、电位补偿原理。

如图是将被测电动势的电源Ex 与一已知电动势的电源E O “+”端对“+”端，“-”端对“-”端地联成一回路，在电路中串联检流计“G ”，若两电源电动势不相等，即Ex ≠E O 回路中必有电流，检流计指针偏转；如果电动势E O 可调并已知，那么改变E O 的大小，使电路满足E X =E 0，则回路中没有电流，检流计指示为零，这时待测电动势E X 得到己知电动势E O 的完全补偿。

可以根据已知电动势值E O 定出E X ，这种方法叫补偿法。

我们知道，用电压表测量电压时，总要从被测电路上分出一部分电流，从而改变了被测电路的状态，用补偿法测电压时，补偿电路中没有电流，所以不影响被测电路的状态。

这是补偿测量法最大的优点和特点。

2、电位差计
按电压补偿原理构成的测量电动势的仪器称为电位差计。

由上述补偿原理可知，采用补偿法测量电动势对E O 应有两点要求：（1）可调。

能使E O 和E X 补偿。

（2）精确。

能方便而准确地读出补偿电压E O 大小，数值要稳定。

是
E E
R
a b
c
d
Eo Ex
Io
实现补偿法测电动势的原理线路，即电位差计的原理图。

采用精密电阻R ab 组成分压器，再用电压稳定的电源E和限流电阻R串联后向它供电。

只要 R cd 和I O数值精确，则图中虚线内cd之间的电压即为精确的可调补偿电压E O，E O和E X组成的回路cdGE X称为补偿回路。

学生式电位差计内部结构:
学生式电位差计实物图: G
100
Ω
Ω
Ω
Ω
ΩΩ
3、电位差计的标准
要想使回路的工作电流等于设计时规定的标准值I O ，必须对电位差计进行校准。

方法如图所示。

E S 是已知的标准电动势，根据它的大小，取cd 间电阻为R cd ，使R cd =E S /I O ，将开关K 倒向E S ，调节R 使检流计指针无偏转，电路达到补偿，这时I O 满足关系I O = E S /R cd ，由于已知的E S 、R cd 都相当准确，所以I O 就被精确地校准到标准值，要注意测量时R 不可再调，否则工作电流不再等于I O 。

4﹑电流表的校准
校正电流表的电路如图5-20-4所示，图中毫安表为被校准电流表，R 为限流器，s R 为标准电阻，有４个接头，上面两个是电流接头，接电流表，下面两个是电压接头，接电位差计。

电位差计可测出s R 上的电压s U ，则流过s
R E
R
a
b
c
d
Es
Ex
K
图5-20-4 电位差计校正电流表电路
中电流的实际值为s s R U I /0=
在毫安表上读出电流指示值I ，与0I 进行比较，其差值0I I I -=∆称为电流表指示值的绝对误差。

找出所测值中的最大绝对误差m I ∆，按式（0-0-1）确定电流表级别。

%100⨯∆=
量限
m
I a （0-0-1） 电路实物图:
五、实验内容及步骤 1、校准学生式电位差计
使用电位差计之前，先要进行校准，使电流达到规定值。

先放好R A 、R B 和R C ，使其电压刻度等于标准电池电动势，取掉检流计上短路线，用所附导线将K 1、K 2、K 3、G 、R 、R b 和电位差计等各相应端钮间按原理线路图进行连接，经反复检查无误后，接入工作电源E ，标准电池E S 和待测电动势E X ，R b 先取电阻箱的最大值，（使用时如果检流计不稳定，可将其值调小，直到检流计稳定为止），合上K 1、K 3，将K 2推向E S （间歇使用），并同时调节R ，使检流计无偏转（指零），为了增加检流计灵敏度，应逐步减少R b ，如此反复开、合K 2 ，确认检流计中无电流流过时，则I O 已达到规定值。

2、校准20mA 电流表制修正曲线
按照线路图连接好电路，并将标准电阻两旁的导线接到电位差计的“未知”接线柱，就可进行微安表校准。

所谓“校准”就是在每个电表电流读数下，测定电阻两端的准确电压，从而算出准确电流，再与电表读数电流进行比较。

调节R 阻值使得A 的读数I 由0逐步增加至满偏，中间取10个数据点，在每个I 值读出相应的Us ，用s s R U I /0=算得相应真值（客观值）。

再得出0I I I -=∆即可。

之后，以I 为横坐标，-I ∆为纵坐标，在坐标纸上作出I I -∆校准曲线；作出待校准表的修正曲线。

3 计算电流表的等级：
%100⨯∆=
量限
m
I a 此处Io=20mA 为电流表量程。

当a ≦为0.5级，0.5<a ≦1.0为1.0级，1.0<a ≦1.5为 1.5级，1.5<a ≦2.0为2.0级…。

由此确定被校准表的实际等级。

六、数据记录及处理
1 数据记录
Rs=70Ω
校刻度值I (mA)
校准值
△I=I-I(mA) 上行下行平均值
V1（mv）V2（mv）
V=V1+V2/2
（mv）
I=V/Rs
（mA）
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
2 校准曲线
3 计算电流表的级数
%100⨯∆=
量限
m
I a =
七 实验注意事项
1、 为了使被校准电流表校准后有较高的准确度，电位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。

2、不使用检流计本仪器时，一定要将其短路，否则检流计处于开路状态。

使用电位差计必须先接通其他电路，然后再接补偿回路，断电时须先断开补偿回路，再断开其他电路。

3、 标准电池只能短时间通过1μA 左右的电流，否则将影响标准电池的精度直到造成永久性电动势衰落。

所以，校准中要注意选用“R b ”，使用K 2要短促，以保护标准电池，不能用伏特计测它的电动势，要防止标准电池震动。

4 校准电表前必须先进行检流计调零，并校准工作电流。

5 校准时要随时注意微安表读数是否稳定，如不稳定，应先将电流表稳定，再进行读数。

八实验误差分析
1 系统误差：电表的不准确性（包括标准电池，电位差计，电阻箱等）; 导线电阻引起的电流减小的误差等
2 随机误差：电源的波动；地磁场的影响；估读数据的读书误差；做修正曲线时描点等的误差等
九该实验的优缺点
优点：
该实验用电位差计，“内阻”高，不影响待测电路，用电压表测量未知电压时总要从被测电路上分出一部分电流，这就改变被测电路的工作状态，电压表内阻越小，这种影响越显著，用电位差计测量时，补偿回路中电流为零，可测出电路被测两端的真正电压。

由于电阻R ab可以做得很精密，标准电池的电动势精确且稳定，检流计足够灵敏，所以在补偿的条件下能提供相当准确的补偿电压，在计量工作中常用电位差计来校准电表。

缺点：
电位差计在测量的过程中，其工作条件会发生变化（如回路电源E不稳定，限流电阻R不稳定等），为保证电流保持规定的数值，每次测量都必须经过校准和测量两个基本步骤，两个基本步骤的间隔时间不能过长，而且每次要达到补偿都要细致的调节，因此操作繁杂，费时。

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