电位差计的原理和使用

实验八 电位差计的原理和使用

【实验目的】

1. 掌握电位差计的工作原理和正确使用方法，

加深对补偿法测量原理的理解和运

用。

2. 训练简单测量电路的设计和测量条件的选择。

K 2

【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、 I

待校验电表、待测干电池、待测电阻、开关和导线

等。

【实验原理】

如图 5.8.1 所示，电位差计的工作原理是根据电压补偿法，先使标准电池 E n 与测量电路中的精密电阻 R n 的两端电势差 U st 相比较，再使被测电势差（或电压） E x 与准确可变的电势差 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 的“校准”和“测量”两个步骤中理解。

校准： 将 K 2 打向“标准”位置，检流计和校准电路联接， R n 取一预定值，其大小由标准电池 E S 的电动势确定；把 K 1 合上，调节 R P ，使检流计 G 指零，即 E n = IR n ，此时测量电路的工作电流已调好为

I = E n /R n 。校准工作电流的目的：使测量电路中的 R x 流过一个已

E x

E n

G

短路

粗

细

R P 1

R x

R n

R P 2

R P3

E K 1

图 5.8.1 电位差计的工作原理

x

x

知的标准电流 I o ，以保证 R x 电阻盘上的电压示值（刻度值）与其（精密电阻 R x 上的）实际

电压值相一致。

测量： 将 K 2 打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，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 E E n R 。由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据 R x 电阻值标出其对

R n

应的电压刻度值，因此只要读出 R x 电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势 E x 的测量值。

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 型箱式电位差计是一种测量低

电 势 的 电 位 差 计 ， 其 测 量 范 围 为

标准 检流计 5.7-6.4V

未知 1

未知 2

R n K 1

R P1

R P2

R P3

1 V 17.1mV ( K 1 置

1 档 ) 或

1.01

×10 ×1 K 2

粗

中

细

10 V 171mV （ K 1 置 10 档）。使用 未知1

未知2

断 标准 断 I

II

III

5.7 V ~

6.4V 外接工作电源，标准电池和

粗 细 短 路

×1

×0.1

×0.001

灵敏电流计均外接，其面板图如图

5.8.2

图 5.8.2 UJ31 型电位差计面板图

所示。调节工作电流（即校准）时分别调节 R p1 （粗调）、 R p2 （中调）和 R p3 （细调）三

个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。

R n 是为了适应温度不同时标准电池电动势

的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节 R n ，使工作电流保持

不变。 R x 被分成Ⅰ（ 1）、Ⅱ（

0.1）和Ⅲ（ 0.001）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应

R x 的电压值，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。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，

此时电流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时电流计的灵敏度提高。K

2

为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势E x 由

相应的接线柱外接。

UJ31 型电位差计的使用方法：

（1）将K 2 置到“断，”K 1置于“ 1”档或“10”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的电动势E n (t ) 的值，调节R n 的示值与其相等。将

K 2 置“标准”档，按下“粗”按钮调，节R p1 、R p 2 和R p3 ，使灵敏电流计指针指零，再按下“细”按钮，用R p 2 和R p 3 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K 2 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和Ⅲ的示值

乘以相应的倍率后相加，再乘以K 1所用的倍率，即为被测电动势（或电压）E x 。此操作过

程称作“ 测量”。

本实验室使用的UJ31 电位差计的准确度等级为0.05 级，在周围温度与20 ℃相差不在

的条件下，其基本误差限

U x

为

U X ( 0.05%U

x

0.5 U ) (5.8.1)

式中的U 为电位差计的最小分度值，即当倍率取“10 ”时U 为10 V ，当倍率取“1”时U 为1 V

２．标准电池

标准电池的使用参阅§ 3.6 。

３.FJ31 型直流分压箱