用直流电位差计校准电表

实验十用直流电位差计校准电表
实验目的：
1、了解补偿法测电势差的原理及优点。

2、掌握电位差计的结构，工作原理和使用方法。

3、用直流电位差计校准直流毫安表,绘制校准曲线。

实验器材：
UJ36a型直流电位差计、标准电阻、可变电阻、毫安表、电池、导线等。

实验原理：
一、直流电位差计
各种系列的指针式直流仪表（主要是磁电式、电磁式和电动式仪表），虽然工作可靠，使用方便，造价低廉，可以满足许多实际工作的需要，但由于结构上、工艺上的许多原因，目前所能达到的测量准确度在使用到满量限时，最优者只为+0.1%。

更重要的是仪表工作时，要从被测电路中吸收小部分功率，从而不可避免地要破坏被测电路的原始工作状态，造成所谓的“方法误差”。

而直流电位差计则是一种根据补偿测量法制成的高精度和高灵敏度的电测仪器，它主要是用来测量直流电动势和电压，配合标准电阻可测量直流电流和电阻。

它采用补偿测量法，可以克服以上的困难，使测量准确度获得很大提高。

补偿测量电压的原理，参看图一，如果按该图一所示的结构，组装一套实验设备。

并不断调节“可准确读数的可调标准电压箱”的
电压E
n 。

使它的大小与被测电压U
X
相等，而极性相反，检流计指针为零时，则U
X
= E
n
，如
果检流计具有足够的灵敏度，可使U
X 的测量结果的准确度与E
n
本身的准确度十分接近。

测
量时由于电路电流i=0，即不从U
X 中引出任何能量，不会改变U
x
的值，所以避免了“方法误
差”。

因此，为了用补偿法对电动势（或电压）进行高精度的测量，必须解决以下两个问题：
（1）要有灵敏度足够的检流计；
（2）要有可以调节的标准电势E
n （因U
X
的范围很
广）。

直流电位差计就是根据补偿原理和上述要求制成的。

图二画出了直流电位差计的原理线路图，它可以分为三个基本回路：
（1）工作电流（Ip)调节回路。

由工作电源E、调节电阻Rp、标准电阻R
n
及补偿电阻Rk组成；
（2）校准工作电流回路由标准电池E
n
、标准电
阻R
n
及检
流计G组成；
（3）测量电压（Ux回路（亦称补偿回路））。

由补偿电阻Rk、被测电压Ux和检流计G组成。

图一图二
在测量时，首先把开关S放在1的位置，调节Rp，直到检流计指针为零为止。

此时工作电流Ip的值等于：
Ip
En
Rn
（1）
然后保持Rp值不变，把开关S倒向位置2，并改变补偿电阻Rk的值，直到检流计重新指为“零”为止，此时被测电压：
U
x =Ip R
k
（2）
（1）式代入（2）式，最后得：
U
x =
Rk
Rn
En（3）
由上可知，电位差计的工作原理是以比较法为基础，并且测量结果是经过两次比较获得的。

第一次是调定工作电流，即把标准电池的电动势与标准电阻Rn上的压降比较；第二次才是测量未知电压，即把已知的补偿电压与未知的电压相比较。

为了保证有足够的测量准确度，必须要求做到以下几点：
（1）工作电流Ip应在电位差计进行两次比较的时间内（在一定精度范围内）保持不变；（2）补偿电压Uk应有足够的调节细度，以使测量结果的读数位数满足测量精度的要求；（3）整个测量装置要求有足够的灵敏度，以保证在平衡条件下，改变补偿电压Uk最低位的一个读数所产生的平衡电压，能使检流计发生可以察觉得偏转，这就要求检流计有很高的灵敏度和电位差计的补偿回路有较小的电阻。

最后，为了加快测量过程，还要求补偿回路（校准回路）的总电阻接近检流计的全临界阻尼电阻Rk阻值。

二、标准电阻
标准电阻是电阻的标准量具。

标准电阻是用锰铜条制成的。

其结构是在绝缘的圆形骨架上面绕以绝缘锰铜线而成。

为了减少锰铜线的电感，采用双线绕法，这样虽然电容量增大，但对直流电的测量没有影响。

标准电阻有非密封式和密封式两种。

非密封式的外壳可以是封闭的或是穿孔的，其散热性能好，受外界影响差，适用于低电阻大功率的标准电阻。

密封式的外壳内需灌满不含水份、纯净的变压器油，它能隔离温度和腐蚀性气体等对电阻的影响，稳定性好，散热性差，适用于高阻值的标准电阻。

低阻值的标准电阻为了减少接线电阻和接触电阻的影响，具有两对接线端钮，其中较粗的一对用以接入电路通以电流，称电流接头；较细的一对用以作测量线圈上电压的引线，称电压接头。

标准电阻证书上标明的电阻指的是电压接头这两端的电阻。

电压接头应在电流接头内。

选用标准电阻时应注意：
（1）通过标准电阻的电流应小于额定电流。

（2）标准电阻上产生的电压降应不超过电位差计的测量上限，但电位差计的第一读数盘要用上。

(即要选用适当的量程)
（3）标准电阻应放置在温度变化小的环境中，以保持阻值的稳定性。

三、用电位差计校准直流毫安表
用直流电位差计测量电流，需要一个标准电
阻接入被测电流的回路。

标准电阻的电流端接到电流回路，两电位端按电源极性接到电位差计的“未知端”接线柱上。

如图三所示。

这时用电位差计测量标准电阻Rn上的电压降Un，就可以算出电流I。

I=Un
Rn（4）
用电位差计校准毫安表，只要将被校准的毫安表和一标准电阻一起接入工作回路，测量通过标准电阻的电流也就是通过毫安表的电流，比较毫安表的读数与校准值，便完成校准任务。

实验步骤：
一、电位差计的校准。

将开关“倍率K1”由断旋到所需位置（本实验最好先调至“×0.1”，电流超过“×0.1”的满量程时，用“×1、或×5”），开关“K3”旋向测量，旋动“调零”电位器，使检流计指针指零。

然后将“K2”扳向标准，旋动“工作电流调节”旋钮，使指针指零。

二、电位差计测量未知电压。

（1）将被测电压按极性接在未知接线柱上，调节“滑动变电阻器”(请注意,电阻大约是多少时,回路的电流才等于2mA)，使通过待校准毫安表中的电流I为2mA。

将电键“K2”扳向未知，调节读数盘，使指针返零(注意:调节时应先调最大读数盘,当指针有偏转时，调较小的读数盘)，则测量结果Ii为：读数盘×10,×1,×0.1三读数盘读数之和与“倍率K1”的乘积,单位为mA。

（2）再调节“滑动变电阻器”，使通过待校准毫安表中的电流I分别为4mA、6mA、8mA……直到满刻度，分别重复以上步骤，从电位差计上读出对应的Ux，因本实验所用标准电阻为1Ω，所以Ux的数值即为电路中流过的电流Ii的数值(被测的电压mV值与电流mA值相等)。

单位:mA
三、为了减少误差,请重复上述步骤,再做一次,数据填入自制的表格中。

求出两次实验所得数据的平均值作为最终结果。

四、数据处理
将以上测量中所得电流Ii减去毫安表相应的读数I得其差值∆Ii为纵坐标，以毫安表的读数I为横坐标,在坐标纸作校准曲线。

经过校准的毫安表去测量其他电路时,准确的读数方法是: 毫安表的读数加∆Ii，才是最佳的数值。

思考题：
1.如果要你校正电压表，线路图该怎样设计？
2.如果用普通电阻（例如偏差5%）代替标准电阻，能否校正你在本实验中用的毫安表？。