实验：直流电位差计的使用

152 直流电位差计的使用实验
电位差计是利用电压补偿原理精确测量直流电压和电动势的仪器。

如果配用标准电阻，还可以精确测量电流和电阻，它也常用于非电学参量（如压力、温度、位移等）的电测量中，是电磁测量中常用仪器之一。

本实验用电位差计测量电表内阻和校准电表。

【实验目的】
1．了解电位差计的工作原理和结构特点，掌握其使用方法。

2．用电位差计测电流表的内阻。

3．用电位差计校准电流表。

【实验器材】
UJ36型携带式直流电位差计、毫安表、微安表、工作电源、滑线变阻器、标准电阻２个（10Ω，100Ω）、双刀双掷开关等。

【实验原理】
一、电位差计的工作原理
如果要测未知电动势x E ，原则上可按图5-20-1安排
电路。

其中0E 是可调电压的电源。

调节0E 使检流计指零，
则表示在这个回路中电动势x E 和0E 必然大小相等，即
0E E x = （5-20-1）
这时，我们称电路达到补偿。

在补偿条件下，如果0E 的
数值已知，则x E 即可求出。

根据此原理制成的测量电动
势或电位差的仪器称为电位差计。

我们可以用分压电路来获得可调的电压，如图5-20-2
所示，其中电源E 、限流电阻P R ，分压电阻R 和标准电
阻N R 联成一个回路，称为辅助回路。

分压电阻的滑动端c
和固定端b 与待测电源x E 、电流计连成另一回路，称为
补偿回路。

调节滑动端c ，当电流计中无电流通过时，设辅助回
路中的电流强度为0I ，cb 段的电阻值为x R ，则cb 段的
电压0cb x U I R =与x E 相等，即 x x R I E 0= （5-20-2）
在实际的电位差计中，0I 是一个规定值，为了使辅
助回路中的电流正好等于该规定值，采用了标准电池，其
电动势N E 是已知的（由实验室给出），电路如图5-20-3
所示。

使用电位差计测量电动势（或电位差），要分两步进
行：
1．校准：为了使R 中流过的电流是标准电流0I ，将
图5-20-3中2S 倒向N E 端。

调节P R ，改变辅助回路中的
电流，使检流计指零，则N N R I E 0=。

由于N E 和N R 都
很准确地已知，
这时辅助回路中的电流就被精确地校准到
图5-20-1 电位差计的补偿原理
图5-20-2 电位差计的基本电路
图5-20-3 电位差计电路图
153 所需要的值。

此后的实验中P R 不得再变。

2．测量：把开关2S 倒向x E 一边，只要ab x R I E 0≤，总可以滑动c 的位置使检流计再度指零，这时cb 间的电压降恰好和待测电动势x E 相等，即
x x R I E 0=
由于设计电位差计时，已经根据R 大小将电阻的数值转换成电压刻度，故可在仪器上直接读出被测电动势x E 的大小。

如果要测任一电路两点间的电位差，只需将待测两点接入补偿回路代替x E 即可。

二、用电位差计校正电流表
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 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（5-20-3）确定电流表级别。

%100⨯∆=量限
m I a （5-20-3） 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。

三、用电位差计测电流表的内阻
电路如图5-20-5所示，1S 是双刀双掷开关，s
R 是标准电阻，g R 是待测电流表内阻。

由于g R 两端的
电压g g R I U 0=，s R 两端的电压s s R I U 0=，所以有
s s g
g R U U R = （5-20-4）
用电位差计分别测出电压g U 与s U ，由式
（5-20-4）可求出g R 。

【实验内容】
一、校正电流表
1．按图5-20-4连接线路。

2．对被校毫安表各刻度示值（1、2、3、4、5mA ）
逐一进行校准（注意在选择标准电阻时，应使电位差
计上读取尽量多的有效数字）。

二、测电流表的内阻。

1．按图5-20-5连接线路。

2．测电流表（0～5 mA ）的内阻。

标准电阻s R 取10Ω，读出g U 与s U 。

3．测微安表的内阻，标准电阻s R 取100Ω，读出g U 与s U 。

为了减小误差，每组数据图5-20-4
电位差计校正电流表电路图5-20-5
电位差计测电流表内阻电路
分别测2次，求其平均值。

【数据处理】
I与指示值I的差值，即为修正值。

用坐标纸作修正值I∆与I 1．算出电流表的标准值
的校正曲线（修正值I∆为纵坐标，I为横坐标）。

2．找出标准值与指示值之间的最大差值（用绝对值表示），求出被校准的电表的级别a。

R。

3．利用式（5-20-4）求出电流表和微安表的内阻
g
【思考题】
1．能否用伏特计测量电池的电动势？如果认为可能，画出电路图并写出主要的测量步骤。

2．在使用电位差计的过程中，如果发现检流计指针总往一边偏，无法调到平衡，试分析可能有哪些原因？
3．能否用UJ36型电位差计较正电压表？提出你的测量线路和测量的主要步骤。

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