实验7.3校准电压表 Microsoft Word 文档

G E x E 0 图1 补偿法原理图 实验7.3 电势差计校准电表

电势差计是通过与标准电压进行比较来测定未知电压或电动势的一种仪器，由于其内部电路采用了补偿法，使被电路在测量时无电流通过，测量结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池，标准电阻以及高灵敏度的检流计，因此可以达到相当高的准确度。电势差计不仅可以精确测定电动势或电位差，而且可以精确地测定电流和电阻，有些电器仪表厂则用它来确定产品的准确度和定标。

一、实验目的

1. 训练简单测量电路的设计和测量条件的选择。

2. 加深对补偿法测量原理的理解和运用。

实验原理

补充知识

（一）、补偿原理

E x 为待测电源的电动势，E 0为可改变电势差的

标准电源，G 为检流计。调节E 0使检流计指零，

此时必有：E x =E 0

即E x 与E 0大小相等，方向相反。这种方法

是利用已知电压来抵消待测电压的，故叫做补偿

法。根据补偿原理，可设计出电势差计的实际工

作原理。

（二）、电势差计的工作原理

电势差计的工作原理如图2所示，E 为工作

电源，E s 为标准电池，AB 为精密电阻，I 0为工作电流，在平衡时，I 0电池的电动势，要求,(0s AB E Max R I I 0，置K R s ，则标准电池的电动势E s 与R s E s =I 0R s 然后置K 与待测电池接通，调节C

阻为R x ，则待测电池的电动势E x 与R x 上的电压互补，即

E x =I 0R x

(2)

比较（1）和（2）式得 s s x x E R R E = (3)

标准电池的电动势是温度(t ℃)的函数

275)20(105.9)20(1006.4)20()(-⨯--⨯-=--t t E t E s s

(4)

对于饱和式标准电池，E s (20)=1.01860V 。

图2 电势差计原理图 （三）、箱式电势差计的工作原理

箱式电势差计是一种精密而使用方便的仪器，它有三个重要的部分，如图3所示：（1）工作电流调节回路；（2）校正工作电流回路；（3）待测回路。

为了能从箱式电势差计直接读出待测电动势Ex 的值，需要事先用标准电池的电动势Es 来校准电势差计的工作电流I0，如：在测量时的温度t ℃下，Es(t)的值为1.0186V ，则选取标准电阻Rs 的值为101.86Ω。然后接通各开关，并置K 于S ，调节R ，使检流计指零，这时，工作电流I0被校准，显然

)(010000.00A R E I s

s ==

图3 箱式电势差计原理图 测量E x 时，将K 置X ，调节R x 的大小，使检流计指零，则E x 与R x 上的电压相补偿。即

图4 箱式电势差计实验装置示意图 E x =0.010000R x ，因此，可从电阻R x 的转盘上直接读出所测电池的电动势。UJ31型箱式电势差计测电动势实验装置如图4所示。

二、实验要求：

1校准量限为7.5V 的电压表。

(1) 令稳压电源在0~24间作连续可调输出，设计标准电压表的控制电路。

(2) 根据电势差计和待校表的量限，选取适当的分压比和分压器总阻值。

(3) 作△U~U 校准曲线（△U 为校准值与电压表示值之差），对待校表作出质量评价。

三、实验仪器：

电势差计一套（包括标准电池、灵敏电流计、工作电源），直流稳压电源，分压器，标准电阻（若干），变阻器，待校电压表，开关，导线等。

四、实验提示

1． 分压器和分压比

不同型号的电势差计，测量范围各不相同，量程上

限也有几十毫伏至几十伏的多种规格。若配上分压器，A 、

B 为电压输入端，其总阻值为R 0，A 、

C 为输出端，移动

滑动头C ，可控制输出电压的大小。

当C 在某一位置时，若令其分电阻为

01R m

R R AC i =

= 由串联电路特点可知 m

R R U U i i 10== 则 U m

U i 1= 式中1/m 称为分压比。 五、实验步骤

1. 将K 置于“断”，K 1置于 “×10”档，分压器输入端口接可调电源，输出“+”接“×100”，电势差计分别接上标准电池、检流计、工作电源。 “未知1”（或“未知2”）。接分压器，调节Es(t)的值为1.0186V 。然后调节检流计上“零点调节”旋钮，使检流计光标指零。

2. 根据温度修正公式计算标准电池的电动势E s 的值，调节R s 的示值与其相等。将K 置“标准”档，按下K p “粗”按钮，调节R 1、R 2、R 3，使灵敏电流计指针指零，再按下K p

“细”按钮，用R3精确调节至灵敏电流计指零。

3. 置K“未知1”（或“未知2”）位置，按下K p“粗”按钮，调节读数转盘Ⅰ(×1)、Ⅱ(×0.1)和Ⅲ(×0.001)，使灵敏电流计指零；再按下K p“细”按钮，细调读数转盘使灵敏电流计精确指零。此时被测电动势（或电压）E x等于读数转盘Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ上的示值乘以相应的倍率后再相加，即为所得的值。

六、问题讨论

1. 在校准电表时，为什么需要把电压（或电流）从小到大，再从大到小做一遍？如果两者结果完全一致，说明了什么问题？两者结果不一致，又说明了什么问题？

2. 在校准电表时，电势差计必须先将其工作电流标准化，然后才能进行测量，这是为什么？