用电位差计校准毫安表并测其内阻

R T
G
E
R u
标准
未知
E n
E x
E －电源；E n －标准电池；E x －待测电压；R u －读数盘电阻；G －检流计；R p －工作电流调
节电阻；R T －调定电阻 图8－9－1电位差计的原理图示
Rp
用电位差计校准毫安表并测其内阻
电位差计是电学实验中常用的一种高精度测量仪器，它利用电势比较法来测量未知电 压的大小，从而我们可以利用安培定律来间接测量电流和电阻。

它常常用来测量较低的 电压、电源电动势及内阻、校准各类电表等等。

一、实验目的
1．熟悉电位差计的使用。

2．掌握电位比较法测量物理量。

3.校准毫安表并测其内阻。

二、实验仪器与器件
UJ31 型电位差计；标准电池；灵敏电流计；直流稳压电源；标准电阻箱，滑线变阻 器,待校毫安表；开关；导线等。

三、校准毫安表原理
1. 电位差计测量原理
UJ--31“电位差计的原理图示于附图 8-9-1。

电位差计的面板布置示于图8-9-2。

面板上的R T ，相当于原理图中的R T ，通过R T 的调节，使标准电池在不同温度下得到补 偿,R p1，R p2，R p3为三个电阻调节调节盘，相 当于原理图中的R p ，用来调节工作电流I 0,
a、b、c是三个电阻转盘，相当原理图的R u ， 在工作电流I 0一定的情况下， 调节此电阻可
使R u 上的电压随之改变当检流计指零时R u 上的电压与带测电压相同，从三个电阻转 盘上就可读带测电压値。

2．使用步骤
标准 检流计 5.7­6.4v 未知 1 未知 2
R T
k 0
R p1
R p2
R p3
1.01 伏 ×10 断 ×1
粗
中
细
k 1
未知 1 未知 2
断
断
标准
k 2 粗 细
短路
a
b
c
×1
×0.1
×0.001
a,b—十进制步进测量盘；c­­­滑线式测量盘；R T —温度补偿； k 0—量程转换开关；k 1—测量选择开关；k 2—检流计按纽； R p1,R p2,R p3—工作电流调节盘；
图8­9­2 电位差计的面板
(1)将 K 1 指在“断”的位 置上，按面板上的指示依次 接上标准电池、检流计、工 作电源。

(2)校准工作电流：将 R T 指在与标准电池电动势相 同数值的位置，K 1 指在“标
准”位上上。

把工作电源的电压调到指定范围(5.7—6.4 伏)，按下检流计的“粗”按钮， 调节 R P 使检流计近似指零，再按“细”钮，精调 R P ，使检流汁指 0。

此时工作电流已凋 好,大小为 10mA。

这一过程叫做定标，测量过程中要保持工作电流不改变。

（思考：如何 做到工作电流不变）。

(3)将K 1 转至“未知 1”或“未知 2”的位置， 测量电位差。

调节a 、b 、c 三个旋钮，使检流计指 0，就可读出所测电压，要注意乘上 K 0 所示倍率。

3.校准毫安表的原理
实验线路如图 8－9－3 所示，R 为滑线变阻 器，起分压作用。

R 0 为标准电阻箱，R 0已知，两端 接电位差计的未知 2,毫安表两端接电位差计的未 知 1。

由电位差计可测出 R 0 两端电压 U 2，则通过毫 安表的实际电流为：
I 标＝U 2/R 0
（1）
把 I 标与毫安表的示数作比较找出其误差即：
ΔI=I 标-I 示
（2） 由定义知该毫安表的等级 k 为：
% 100 max
´ D =
m
I I k （3）
未知 1
未知 2 R 0
mA
R
图8­9­3 实验线路图
其中 max I D 为最大误差，I m 为毫安表量程。

同时，测出毫安表两端电压 U 1，则毫安 表内阻 r 为：
r= U 1/I 标
（4）
四．注意事项
（1） 1 K 不得长时间置于“标准”位置。

不测时， 1 K 应置于“断”的位置。

（2）在“校准”前根据室温求出标准电动势 N E ，再将温度补偿盘（ T R ）旋至对应 位置，该盘直接按电池电动势标定分度R T =E N /0.010000。

（3）工作电源的电压必须在规定范围内。

“校准”时，旋三个粗、中、细调节盘， 使电流计指零，这时 mA 000 . 10 0 = I 。

（4）UJ­31 电位差计的测量范围：
1 V m —17mv （ 1 ´ 档）或 10 V m —170mv （×10 档）
（5）操作时应先按“粗”按钮，这时电流计串有 10K Ω电阻，待其几乎指零后再按 下“细”按钮调节，按下“短路”时电流计被短路，光标（或指针）能很快停住，短路 钮一般不用。

（6）UJ­31 型电位差计的准确度等级为 0.05 ，在周围温度与 20℃相差不大等条件 下，其基本误差限 ) % 05 . 0 ( U U U x x D + ± = D ,式中的 U D 当倍率为 10 ´ 时取 V m 5 ，当倍率 为 1 ´ 时取 V m 5 . 0 。

（7）为防止毫安表因电流过大而烧坏，校准回路中电压需从 0 伏开始调节，一般其 电压取值不大于 2 伏。

五．实验内容及数据处理
1．按图 8-9-3 连接电路，标准电阻箱取 10 欧姆左右，（思考：为什么）。

2．将电位差计工作电压调至 5.7-6.4 伏之间，根据电位差计的使用步骤校准好工作 电流。

3．校准毫安表，从被校表的零点至满共校 10 个刻度，记录相应位置未知1 和未知2 的电压值。

表8-9-1 数据记录表
电表示数(mA)：
标准电阻(Ω)
电位差计
未知 1
读数(mV) 未知 2
电表内阻 r(Ω)
标准电流值(mA)
△I＝I 示一 I 标(mA)
4．校准曲线及误差级别计算。

在坐标纸上画出校准曲线，并根据（3）式计算毫安表的误差级别。

5．计算出毫安表的内阻及不确定度。

六、预习题
（1）在实际测量中，如何提高电位差计的灵敏度?在对电位差计进行校准或用其进 行电压测量时，为什么要先接通“粗调”再接通“细调”直到最后平衡?
（2）当用一已被校准好的箱式电位表计去测标准电阻上的电压时，发现无论如何也 调不平衡，试分析哪些因素会导致上述现象发生?
（3）如何利用低量程的电位差计校准比其量程高的电压表?画出测试线路图。

七、课后题
想一想如何用电位差计测量干电池电动势和内阻，画出电路图，写出测量原理。