实验一 电位差计的使用

实验一 电位差计的使用

电位差计是利用补偿原理和比较法精确测量电势差和电源电动势的常用仪器。在测量电势差或电源电动势时，伏特表要从被测量对象中取用电流，而电位差计则是采用补偿原理，不从被测量对象中取用电流，也就不改变被测对象原来的状态，因此用电位差计测量的结果稳定可靠且精度高。

电位差计配合标准电阻也可以精确地测量电流、电阻和校正各种精密电表。电位差计所采用的补偿原理还广泛用于非电学量（如温度、压力、位移等）的测量及自动检测和自动控制系统中。

【实验目的】

1．了解电位差计的结构和原理。

2．掌握87-1型学生电位差计的使用方法。 3．学会用电位差计来校准电压表。 【实验原理】 1．补偿原理

如图4.8-1所示，把待测电源E x (其电动势用x ε表示)与一个电动势可以连续调节的电源E 0(其电动势用0ε表示)相连。若x ε＞0ε则灵敏电流计指针将向一边偏转；若x ε＜

0ε，则灵敏电流计指针将向另一边偏转；若x ε=0ε则灵敏

电流计指针不偏转，这时电路处于补偿状态。在补偿状态下，如果可调电源电动势0ε是已知的，那么待测电源电动势x ε的大小也就被测定，这种方

法就称为补偿法,并称为0ε补偿电动势。

实际上，由于没有电动势可以连续调节的电源，在实验电路中，是用一个分压器来代替连续可调电源E 0的。

2．电位差计原理

下面以87-1型电位差计为例，讨论电位差计的原理。其内部电路如图4.8-2所示，虚线框内等效电路图如图4.8-3所示，E 、R A 、R B 、R C 、R 0、R 组成工作回路，R 1、R 2组成的分流支

图4.8-2

K 3

R b

K 4 图4.8-1 补偿法原理图

路。当把K 1置于“外”或“内”时，由外接稳恒直流电源或内部电源在电路中形成稳恒电流。改变R A 、R B 、R C 可以得到连续可调的补偿电压E 0，其输出端为E +和E -。需要说明的是，特殊设计的电路（本图上没画出）可以保证无论R B 调整到什么位置，都不会改变支路CA 的电阻。这样，调节电阻R A 、R B 、R C 仅相当于改变滑线电阻器R A 、R C 触点的位置，以获取适当的补偿电压E 0。当用“×1”档时，流过工作支路CA 的电流为5mA ，分流支路电流为0.5 mA ；当“×0.1”档时，则相反，显然，后者量程由于电流减少到十分之一，量程也变小十分之一。

在图4.8-2中，由Es 、G 和K 2 、K 3 、K 4组成标准电流校正回路；由E x 、G 和K 2 、K 3、K 4组成待测回路。

测量时，必须先对工作回路进行校准。

接通K 1，工作电流回路中有电流。R A 、R B 、R C 使其电压读数为1.0186V ，然后接通K 3 、K 4，先将K 2转向S ，调节电阻R 以改变工作电流回路中电流的大小，当灵敏电流计指针指零时，工作电流回路中的电流即为标准电流。（若测量时温度为20℃，查得此时标准电池的电动势的大小为1.0186V 。）此过程就是工作回路的校准过程。

保持电阻R 不变，接入待测回路，依次调节R A 、R B 、R C , 当灵敏电流计指针指零时，E +和E -间的电压E 0与待测电动势E x 相等，其数值可由R A 、R B 、R C 盘上的数据给出。 本实验中所用到的标准电源和待测电源电动势均由DHBC －2标准电势和待测电势仪提供。

若需要测量外电路的某个电阻两端的直流电压，将其电压信号取出，区别其正、负极用其代替E x 即可。

利用电位差计还可校准电压表或电流表。 用电位差计校准微安表：

用电位差计和标准电阻可以校准微安表，图4.8-4为校准微安表电路图。其中E 是直流电源，K 是电源开关，R 是滑线变阻器（作分压器使用），R x 是标准电阻，μA 为待校准的微安表，R '为限流电阻。校准原理是：接通开关K ，微安表读数为指I ，用电位差计测出R x 两端的电势差U x ，已知标准电阻R x 的阻值，则可以计算出通过R x 的标准电流x x R U I /=标，因为电位差计的测量准确度和标准电阻的精确度都非常高，可以认为标I 比微安表读数指I 更准确，于是可以用电位差计来校准微安表，并定出微

安表的准确度等级。

用电位差计校准毫伏表： 调节R A 、R B 、R C 设定合适的E 0，将待校准毫伏表正确

接入E +和E -端，其读数U x ，而用E 0可视为U 标，于是可以用电位差计来校准毫伏表，并定出其准确度等级。

【实验仪器】

87－1型学生电位差计，DHBC-2电势箱，电阻箱，被校电表，滑线变阻器、连接线等。 【实验内容】

1、校准学生式电位差计（称校准）

图4.8-4 校准微安表电路图

+R -

图4.8-3

(1) 接通DHBC-2电势箱的外接电源进行预热，一般预热30分钟方可进行测量。 (2)使用电位差计之前，先要进行校准，使电流达到规定值。87-1型电位差计面板如图4.8-5所示，首先取掉检流计上短路线，对检流计进行机械调零。打开电位差计电源，先放好R A 、R B 和R C ，使其电压刻度等于标准电池电动势1.0186V ，用所附导线将面板上各同名端相连，再将K 1、K 2、K 3、G 、R 、R b 按原理线路图进行连接，经反复检查无误后，将K 1扳向“内”接入工作电源E 。将DHBC-2电势箱上的标准电池E S 和待测电动势E X 的输出端与检流计上的E S 、E X 的相应端相连， 合上K 4，利用检流计电路上的调零旋

钮对对检流计进行带电环境下的调零。R b 先取电阻箱的最大值，（使用时如果检流计不稳定，可将其值调小，直到检流计稳定为止），合上K 1、K 3、K 4，将K 2推向E S （间歇使用），并同时调节R ，使检流计无偏转（指零），为了增加检流计灵敏度，应逐步减少R b ，如此反复开、合K 2 ，确认检流计中无电流流过时，则I O 已达到规定值。

2、测量电池电动势（称测量）

调节DHBC-2电势箱上电压旋钮，设置待测电动势的大小，按待测电动势的近似值设置好R A 、R B 、R C ，R b 先取最大值，K 2推向E X 并同时调电位差计R A 、R B 、R C 和R b 使检流计无偏转（在测的步骤中R 不能变动），此时R A 、R B 和R C 显示的读数值即为E X 值，测量结束应打开K 1、K 2、K 3。

重复“校准”与“测量”两个步骤。共对E X 测量三次，取E X 的平均值作为测量结果。 3、校准毫伏表：

根据毫伏表量程，选择合适的档位，设置R A 、R B 、R C ，记下E 0值并视为U 标，然后用待校准的毫伏表测量E +、 E -间的电压，记为U 指，计算U U U ∆=-标指。测定10组数据，根据公式定出毫伏表的等级。

4、校准微安表

按图4.8-4连接好外电路，调节滑线变阻R ，使微安表依次指示为5.0μA 、10.0μA 、15.0μA 、20.0μA 、25.0μA 、30.0μA 、35.0μA 、40.0μA 、45.0μA 、50.0μA ，按照实验内容2的方法依次测出对应的R x 两端的电势差U x 值，并依次算出x x R U I /=标和误差指标I I I -=∆，根据公式定出微安表的等级。

【数据处理】

1．将实验内容2的E X 测量结果填入设计好的表格中，并计算其平均值。

2．根据实验内容3测量的数据，将U 指、U 标、U ∆系列数值填入自己设计好的表格中。以U 指为横坐标，以U ∆为纵坐标，作出毫伏表的校准曲线~U U ∆指（校准曲线呈折线状）。

3．根据实验内容4测量的数据，将指I 、x U 、标I 、I ∆系列数值填入自己设计好的表格中。以指I 为横坐标，以I ∆为纵坐标，作出微安表的校准曲线指I I ~∆（校准曲线呈折线状）。

4．确定被校准电表的准确度等级

计算电表的基本误差