电位差计的测量精度和灵敏度的讨论

本科学生毕业论文（设计）

题目电位差计的测量精度和灵敏度的讨论

学院物理与电子信息学院

专业物理学

学生姓名陈海涛

学号 0708006

指导教师金伟职称讲师

论文字数

完成日期年月日

电位差计的测量精度和灵敏度的讨论

陈海涛，物理与电子信息学院

摘要：文章介绍了作为精密测量用的电位差计的工作原理，尤其针对电位差计的误差产生原因进行了分析并提出了消除方法。

关键词：电位差计；灵敏度；干扰；误差分析

Erps millions of measuring precision and sensitivity of the

discussion

Chen haitao, physics and electronic information institute

Abstract:this article introduces precision measurement with differences as millions of working principle, especially to the potentials of thousands of error reasons were analyzed and puts forward elimination method.

Keywords:erps plans；Sensitivity；Interference；The error analysis

1 引言

电位差计是精密测量中应用最广的仪器之一，可用于精确测量直流电动势，电压，电流和电阻等，还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表。采用的测量方法是比较测量法，其原理是使被测电位与已知点位相互补偿。

但是这类仪表对外界干扰十分敏感，特别是近代的电子电位差计已向高精度、高

灵敏度、快速的方向发展，因此对仪表的抗干扰能力要求也相应提高，因为外界

干扰的引入，会使原来性能良好的仪表示值超差、指示不稳定、不灵敏区增大、

指针运行迟缓等，严重时将导致仪表不能正常工作，给生产和科研带来损失。本

文意在研究仪表干扰的来源及采取抗干扰措施，同时提高测量精度和灵敏度。

2 直流电位差计的工作原理

电位差计不仅准确度等级高，而且测量结果稳定可靠。它不从被测对象中取

用电流，因此测量时不会使被测对象改变原来的数值。采用的测量方法是比较测

量法，其原理是使被测电位与已知点位相互补偿。

电位差计的工作原理如图2-1所示：

电位差计工作原理图 图2-1

由图2-1可以知道，电位差计的结构由三部分组成：

1）工作电流调节回路：由工作电源E 、调节工作电流的变阻器n R 、补偿电

阻R 、校准工作电流的1R 组成。

2）校正工作电流回路：由标准电池s E 、单刀双掷开关、检流计G 、电阻s

R 是电阻1R 的一部分或者全部组成。

3）待测回路：由待测电源x E 、单刀双掷开关、检流计G 、电阻x R 是电阻R

的一部分或全部组成。

在工作电流调节回路中，设工作电流为0I ，则在电阻1R 和R 上产生电压降。

把开关指向S ，接通电路，则检流计中有电流通过，先选定电阻s R ，再调节变阻

器n R ，使检流计指零，这时标准电池的电动势s E 被电阻s R 上的电压所补偿，于

是有 0I s R =s E (1)

则 0I =s E /s R (2)

保持0I 不变再将开关指向测量电路，调节R 上的x R 的大小使检流计上的指

针再次指向零位，则0I 在x R 上的电压降与x E 值相等。即

x E = 0I x R =)/(s s R E x R (3)

由于(3)式中x R 、s E 、s R 都可以准确测定或已知，所以被测电动势可以准确测

知。

3 直流电位差计的误差的产生原因和消除方法

尽管电位差计在测量时几乎不损耗被测量对象的能量，测量结果有很高的精

确度，但是在使用中也避免不了产生误差。随着测量精度的提高，对于直流电位

差计及其配套设备的误差要求也越来越严格，因此必须正确分析其误差产生的原

因及其消除方法，才能获得正确的测量结果，这一点对于精密测量尤为重要。

3.1热电势产生的误差

在测量过程中热电势产生的误差最为常见。不同的金属接触在一起，如果接

触端和不接触端的温度不同，就会产生热电势。电位差计中包含元件较多，如开

关、电阻、端钮等，它们之间是用导线连接在一起的，使用时又要连检流计、电

池等，使其金属接触点较多，回路中各处温度也不完全相同，因此各接触电位差

在测量回路中的总和相当于回路中存在一个电动势，即热电动势，又称温差电动

势，由单一导体的温差电势（汤姆逊电势）和两种导体的接触电势（珀尔贴电势）

所组成。这也是电位差计差生热电势的主要原因。由于热电势的存在，使测量结

果产生系统误差，当被测电动势较低时，热电势带来的系统误差较大，所以要分

析热电势产生原因并消除热电势影响。

导致金属元件间温度不同的因素很多，如开关摩擦生热、外部热源使仪器内

部温度不均、手的热传导等。

消除热电势的方法如下:

1)采用相互间热电势小的金属来做端钮，如镉铜和紫铜导线之间的热电势

小，所系电位差计对检时用的连接导线是单股的铜线。

2）防止仪器元件产生不同温度，如可以把电位差计放在恒温室中工作、把

开关浸在油中（油可以带走转换差生的摩擦热）、热屏蔽等。

3）消除热电势的影响也可以用“抵消法”。由于热电势的大小，只与电位

差计的结构和温度差有关，而与工作电流无关，因而可以根据这一特点利用实验

的方法来减少或消除热电势的误差。用“抵消法”对被测电动势进行两次适当的

测量，使两次测量结果产生的系统误差大小相等、方向相反，取两次测量的平均

值作为最终测量结果，从而达到消除系统误差的目的。

“抵消法”具体如下，设在测量回路中有一个保持不变的热电势，总和为r e ，

在第一次测量时，取r e 的极性与被测电动势x E 的极性相同，则电位差计平衡时，

其补偿电压1U =r e +x E 。第二次测量时，将工作电流和被测电动势x E 同时反向，

r e 的极性保持不变，这时当电位差计平衡时，其补偿电压2U =x E -r e 。取两次测

量结果的平均值作为补偿电压U 。则U =（1U +2U )/2=x E 。这样就消除了电动势

的影响。

4）也可以使用热电势补偿器串接在测量回路中，使其的电势的大小与r e 的

大小和方向相反，从而消除热电势的影响。

此外，在测量回路中要采用较小的工作电流，以减小元件的升温、尽量减少

焊接点、电刷、电键等。

3.2 由于工作电流不准确、不稳定导致的误差及其消除方法

由于工作电流调节回路中电源电压不稳定，这样工作电流可能经常在变化，

如果工作电流变化的值超过其允许的值时，将导致很大的误差。在要求很准确的

测量，以保证其变化的大小在允许范围内时，应选择足够大容量的电源。通常要

求工作电流回路中电源的容量为电位差计工作电流的1000倍。如果使用的电源

容量达不到1000倍的要求时，则可以使用多个电动势的值非常相近的单个电池

进行并联使用。要使所使用的电源具有足够的稳定性，就要在检定的前几天就要