电位差计的原理和使用

实验八 电位差计得原理与使用

【实验目得】

1.掌握电位差计得工作原理与正确使用方法,加深对补偿法测量原理得理解与运

用。

2.训练简单测量电路得设计与测量条件得选择。

【实验仪器】

UJ31型直流电位差计、SS1791双路输出直流稳

压电源、标准电池、标准电阻、AC15/5灵敏电流计、

FJ31型直流分压箱、滑线变阻器、直流电阻箱、待

校验电表、待测干电池、待测电阻、开关与导线等。 【实验原理】 如图 5.8.1所示,电位差计得工作原理就是根据

电压补偿法,先使标准电池E n 与测量电路中得精密电阻R n 得两端电势差U st 相比较,再使被测电势差(或电压)E x 与准确可变得电势差U x 相比较,通过检流计

G 两次指零来获得测量结果。电压补偿原理也可从电势差计得“校准”与“测量”两个步骤中理解。

校准:将K 2打向“标准”位置,检流计与校准电路联接,R n 取一预定值,其大小由标准电池E S 得电动势确定;把K 1合上,调节R P ,使检流计G 指零,即E n = IR n ,此时测量电路得工作电流已调好为 I = E n /R n 。校准工作电流得目得:使测量电路中得R x 流过一个已知得标准电流I o ,以保证R x 电阻盘上得电压示值(刻度值)与其(精密电阻R x 上得)实际电压值相一致。

测量:将K 2打向“未知”位置,检流计与被测电路联接,保持I o 不变(即R P 不变),K 1合上,调节R x ,使检流计G 指零,即有E x = U x = I o R x 。

由此可得。由于箱式电位差计面板上得测量盘就是根据R x 电阻值标出其对应得电压刻度值,因此只要读出R x 电阻盘刻度得电压读数,即为被测电动势E x 得测量值。 所以,电位差计使用时,一定要先“校准”,后“测量”,两者不能倒置。

【实验装置】

1、 UJ31型电位差计

UJ31型箱式电位差计就是一种测量

低电势得电位差计,其测量范围为(置档)或(置档)。使用外接工作电源,标准电池与

灵敏电流计均外接,其面板图如图 5.8.2所示。调节工作电流(即校准)时分别调节

(粗调)、(中调)与(细调)三个电阻转盘,以保证迅速准确地调节工作电流。就是为了适应温度不同时标准电池电动势得变化

而设置得,当温度不同引起标准电池电动势变化时,通过调节,使工作电流保持不

变。被分成Ⅰ()、Ⅱ()与Ⅲ()三个电阻转盘,并在转盘上标出对应得电压值,电位差

计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方得“粗”与

图5.8.1 电位差计得工作原理 图5.8.2 UJ31型电位差计面板图 +--++-+-标准检流计 5.7-6.4V 未知1未知2K 1R P2R P3R P1R n K 2I II III 1.01×10×1未知1未知2标准断断粗中细×1×0.1×0.001粗细短路

“细”两个按钮,其作用就是:按下“粗”铵钮,保护电阻与灵敏电流计串联,此时电流计得灵敏度降低;按下“细”按钮,保护电阻被短路,此时电流计得灵敏度提高。为标准电池与未知电动势得转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源与未知电动势由相应得接线柱外接。

UJ31型电位差计得使用方法:

(1)将置到“断”,置于“”档或“”档(视被测量值而定),分别接上标准电池、灵敏电流计、工作电源。被测电动势(或电压)接于“未知1”(或“未知2”)。

(2)根据温度修正公式计算标准电池得电动势得值,调节得示值与其相等。将置“标准”档,按下“粗”按钮,调节、与,使灵敏电流计指针指零,再按下“细”按钮,用与精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。

(3) 将置“未知1”(或“未知2”)位置,按下“粗”按钮,调节读数转盘Ⅰ、Ⅱ使灵敏电流计指零,再按下“细”按钮,精确调节读数转盘Ⅲ使灵敏电流计指零。读数转盘Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ得示值乘以相应得倍率后相加,再乘以所用得倍率,即为被测电动势(或电压)。此操作过程称作“测量”。

本实验室使用得UJ31电位差计得准确度等级为0、05级,在周围温度与20℃相差不在得条件下,其基本误差限为

(5.8.1) 式中得为电位差计得最小分度值,即当倍率取“”时为,当倍率取“”时为２.标准电池

标准电池得使用参阅§3、6。

３、FJ31型直流分压箱

分压箱就是用来扩大电位差计量程得,它实际上就是由若干个准确度很高得电阻串联组成得分压器。分压箱上分别标明了每一档得倍率,使用时,选择合适得分压比n,将分压箱得“输入端”与待测得电动势(或电压)相接,“输出端”与电位差计得“未知”端相接,则所测电动势(或电压)等于电位差计上得读数乘以分压箱上得倍率数n,即。

４、灵敏电流计

灵敏电流计得使用参阅§3、5。

【实验内容】

１．用电位差计校准量程为(或75mV)得电压表(参考电路如图5.8.3,图5、8、4)

(1)设计较准电压表得控制电路,要求控制电路得电压调节范围在(或0~75mV)间连续可调。

(2)根据电位差计与待校电压表得量程,选取适当得分压比。

(3)作校准曲线,对待校电压表得精度作出评价。

(4)估算电表校验装置得误差,并判断它就是否小于电表基本误差限得1/3,进而得出校验装置就是否合理得初步结论。

２.用电位差计校准量程为(或30mA)得毫安表(参考电路如图5.8.5)

(１)设计较准毫安表得控制电路.要求控制电路得电流调节范围在(0~30mA)内连续可调。

（２） 选取适当得取样电阻与变阻器阻值。

（３） 作校正曲线,对待校电流表得精度作出评价。

（４） 估算电表校验装置得误差,并判断它就是否小于电表基本误差限得1/3,进而得出校验装置就是否合理得初步结论。

３.用电位差计测量干电池得电动势(参考电路如图5.8.6)

(１)根据电位差计得量程与被测干电池,选取适当得分压器得分压比。

（２） 测量次数不少于6次,并进行误差分析,写出干电池得测量结果。

４.用电位差计测电阻值(参考电路如图5.8.7)

(１)令稳压电源固定输出,设计测定电阻得控制电路,由于实验室提供得UJ31型直流电位差计有两组输入测量端,则应设计一个能对标准电阻与待测电阻得端电压作连续测量得控制电路。

（２） 选择合适得测量条件,包括:标准电阻,控制电路得工作电流与变阻器得阻

值。

（３） 测量次数不少于６次,计算不

确定度.给出测量结果。

上述实验内容可任选两项完成。 【注意事项】 1、实验前熟悉UJ31型直流电位差计各旋钮、开关与接线端钮得作用。接线路时注

意各电源及未知电压得极性。

2.检查并调整电表与电流计得零点,开

始时电流计应置于其灵敏度最低档(×0、01档),以后逐步提高灵敏度档次。

3、为防止工作电流得波动,每次测电压前都应校准.并且测量时,必须保持标准得工作电流不变,即当K 2置“未知1”或“未知2”测量待测电压时,不能调节R P 之“粗”、“中”、“细”三个旋钮。(为什么？)

4、测量前,必须预先估算被测电压值,并将测量盘Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ调到估算值。

5、使用UJ31型电位差计,调节微调刻度盘Ⅲ时,其刻度线缺口内不属于读数范围,进入这一范围时测量电路已经断开,此时检流计虽回到中间平衡位置亦不就是电路达到平衡状态图5.8.5 用电位差计校正毫安表 +-UJ31型电位差计

G

-++-+-标准检流计 5.7-6.4V 未知1未知2

分压箱

E x K

图5.8.6 用电位差计测量干电池

图5.8.7 用电位差计测电阻