电位差计的使用(实验)

ES I 0 RS

把开关 K 掷向bb端，待测电动势Ex所在回路接通，调节电阻RAB上 的活动触头c、d，直至检流计G的指针指零，则
Rcd E x I 0 Rcd ES RS
用电位差计测量电动势(电压)的优点


检流计G只作指零仪器，消除了利用偏转指示所产生的系统误差。 用伏特计测量电池电动势时，必定有电流流过伏特计，因此伏特 计测得的是电源的端电压，而不是电源的电动势。用电位差计测 量时，电位补偿原理决定了测量回路中无电流流过，故测量结果 就是电源的电动势。 电位差计在测量时，工作电流I0一经调定就不能再动，因此I0保持 为一常数。由（3）式可知电动势的测量误差仅取决于电阻丝和标 准电池的误差。只要电阻丝的电阻和标准电池能保证高度准确 （实际上这两者都非常容易作到0.05％的准确度或更高），电位 差计的测量准确度就可以很高，一般不难达到0.05％的准确度。 伏特计由于受到制造工艺上的限制，准确度达到0.5％就不容易了， 再提高准确度则更困难。
r0 E0 G
rx Ex 图 1 补偿原理
R
E0 E x I r0 rx R g R
(1)
实验原理

如果我们调节E0使E0和Ex相等， 由(1)式可知，此时I=0，回路无 电流通过，即检流计指针不发生 偏转。此时称电路的电位达到补 偿。在电位补偿的情况下，若已 知E0的大小，就可确定Ex的大小。 这种测定电动势或电压的方法就 叫做补偿法。
实验原理
由欧姆定律可知：
ES I 0 RBC I 0 RS


即
I0
ES RS
(2)
这一过程叫做电位差计的校准，又称“工作电流的标准化”。
测量Ex时，把换接开关投向“2”端，接入待测电池Ex。接入待测 电池Ex，由Ex、限流电阻R2、检流计G和RBC’构成了测量回路。调 节BC’之间的距离，总可以找到另一位置BC’，使测量回路的电流 为零，即RBC’上的电压降和Ex之间的电位差为零，测量回路达到 补偿。设此时RBC’=Rx，于是有 Rx (3) Ex ES 可推导出 E x I 0 RBC' I 0 Rx RS
实验内容及步骤
1. 测量干电池的电动势。
(1) 把电位差计的“倍率开关”旋向1档，此时电位差计的工作回路 接通，带电流放大器的检流计的电源也接通。调节“调零”旋钮 可调整电流放大器的工作点，使检流计指零。 (2) 把电位差计的“校准、测量开关”扳向“标准”端，调节“RP”旋 钮，使检流计指零，完成电位差计的“工作电流标准化”。 (3) 将电位差计的“校准、测量开关” 扳向“未知”端，调节步进旋 钮和滑线读数盘，使检流计指零。则 未知电动势Ex=（步进旋钮读数+滑线盘读数）×倍率 干电池电动势E=Ex×分压箱衰减电压的倍数
电位差计的使用
实验目的
1．了解补偿法测量原理； 2．了解电位差计的结构、正确使用电位差计。 3．用电位差计测量干电池的电动势和电阻的阻值
实验仪器

UJ－36a型箱式电位差计，分压箱，待测干电池，固定 电阻，导线
实验原理

在图1的电路中，设E0是电动势可 调的标准电源，Ex是待测电池的 电动势（或待测电压Ux），它们 的正负极相对并接，在回路串联 上一只检流计G，用来检测回路中 有无电流通过。设E0的内阻为r0； Ex的内阻为rx。根据欧姆定律，回 路的总电流为：
பைடு நூலகம்
I0
E Rs B 1 2 Ex Rx
R1
A
Es K G
C
D C′
R2
图 2 电位差计原理图

显然，用补偿法测定Ex，必须要求E0可调，而且E0的最大值E0max ＞Ex，此外E0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。 在电位差计中，E0是用一个稳定性好的电池（E）加上精密电阻 接成的分压器来代替的，如图2所示。
仪器介绍
实验内容及步骤
2. 测量干电池的内阻。 如图（4）所示，开关K合上。设电源内阻为r，电流为I，干电池 的端电压为U，则
K‘
R
I
E， r
分 压 箱
+
电
U IR E Ir
位 差 -‘ 计
E U r R U
图4
干电池的电动势和内阻测量电路
实验内容及步骤
3. 测量电位差计的灵敏度。 按正常的操作步骤测完某个电压后（此时电位差计达到平衡）， 转动滑线盘，使补偿电压读数改变 Ex，相应检流计的指针会偏 转 n 格。定义
实验原理

图2中，由电源E、限流电阻R1以及均匀电阻丝RAD构成的回路叫 做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0，并在电阻RAD上产生均 匀的电压降。改变B、C之间的距离，可以从中引出大小连续变化 的电压来，起到了与E0相似的作用。为了能够准确读出该电压的 读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K倒向“1”端，接 入标准电池ES，由ES、限流电阻R2、检流计G和RBC构成的回路称 为校准回路。把B、C固定在适当的位置（如图中的位置），设 RBC=RS，调节R1（即调节I0），总可以使校准回路的电流为零， 即RS上的电压降与ES之间的电位差为零，达到补偿。
n S E x


这就是该电位差计在该实验条件下的灵敏度。实验测定 S 时取 n=1.0格，并左、右各做一次取平均。 一般人眼的能力，在使用了“跃接法”等正确操作方法后， n=0.1格是能觉察的最小偏转格数，与之相应的Ex就是电位差 计能判别的最小电压极限。
思考题
1. 为什么电位差计可以实现高精确度的测量？ 2. 为什么可以用电位差计测量电源的电动势？ 3. 电位差计的灵敏度对电压的测量误差有何影响？怎样 提高电位差计的灵敏度？

以上这种调节补偿的方法，叫做“定流变阻”调节法
实验原理

UJ36a型电位差计的工作原理如图3所示。图中Ex是待测电动势； ES是标准电池；RS是标准电阻；G是检流计。
ES a K a RS A G b d c B b Ex
E
K1
RP
图 3 UJ-36a 型电位差计电路图
实验原理

当把开关 K 掷向 aa 端时，标准电池 ES 所在回路接通，调节工作 回路中的电阻 Rp，即改变通过标准电阻RS及RAB的电流，直至检 流计G的指针指零，此时