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…与测量电路中得精密电阻Rn
得两端电势差Us,相比较，再使被测电势差（或电压）
仔与准确可变得电势差久相比较，通过检流计 G两次指
图581电位差il•得工作原理
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©打向“标准”位置，检流讣与校准电路联接.几取一预左值，其大小由标准电池Es得电动势确定;把Ki合上调'I'J R P，使检流计G指零，即£…=风,此时测量电路得工作电流已调好为7= E.JR n。

校准工作电流得目得:使测量电路中得&流过一个已知得标准电流人. 以保证&电阻盘上得电压示值该IJ度值）与英（精密电阻凡上得）实际电压值相一致。

测量:将心打向“未知”位置，检流讣与被测电路联接，保持不变（即弘不变）K合上, 调节&使检流计G指零，即有E x =Ux= /<>
由此可得。

由于箱式电位差计而板上得测疑盘就是根据凡电阻值标岀其对应得电压刻度值,因此只要读岀R,电阻盘刻度得电压读数，即为被测电动势瓦得测量值。

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，其测量范囤为（宜档）或
（宜档）。

使用外接工作电源，标准电池与灵
敏电流计均外接，英面板图如图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，通过凋节，使工作电流保持不变。

被分
成I 0、11（）与111（）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岀未知电动势或未知电压。

左下方得“粗”与
“细”两个按钮，其作用就是:按下“粗”钱钮,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，保护电阻彼短路,此时电流汁得灵敏度提髙。

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（视被测量值而左），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” ）0（2）根据温度修正公式计算标准电池得电动势得值，调肖得示值与其相等。

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II【使灵敏电流计指零。

读数转盘I、II 与II【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,在周用温度与20°C相差不在得条件下，其基本误差限为
（5.&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。

分压箱上分別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）设汁较准电压表得控制电路，要求控制电路得电压调节范囤在（或O~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岀评价。

（4）估算电表校验装豊得误差，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。

图5.8.3用电位差计校正毫伏表图5.8.4用电位差计校正伏特表
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 ）设汁较准亳安表得控制电路•要求控制电路得电流调盯范囤在（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 ）估算电表校验装苣得误差，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，写岀干电池得测量结果。

—6 +6 —o +o
标准检流计5.7-6.4V 未知1 未知2
UJ31型电位差计4 •用电位差计测电阻值（参考电路如图5.8.7） （1 ）令稳压电源固泄输岀，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侧应设讣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 始时电流计应宜于其灵敏度最低档（xO 、01
档），以后逐步提髙灵敏度档次。

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，即当反置“未知1”或“未知2”测量待测电压时，不能调节尼之“粗S “中”「细” 三个旋钮。

（为什么？）
4、测呈前，必须预先估算被测电压值，并将测呈盘【，II,【【I 调到估算值匚
5、使用UJ31型电位差计，调节微凋刻度盘I 【【时，其刻度线缺口内不屈于读数范風进入 这一范国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 Rs
图5.8.5用电位差计校正亳安表
图5.8.6用电位差计测量干电池
电路。

（2 ）选择合适得测疑条件，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•给出测星结果。

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 一门代+【
标准 检流计5.7-6.4V 未知1 未知2
UJ31型电位差计 1 标准检流计5.7-6.4V 未知1 未知2
UJ31型电位差计 I-I-I
得指示。

【思考题】
1•箱式电位差计得工作原理就是什么？使用箱式电位差计时，为什么要“先校准，后测屋”？
2•为什么要使工作电流标准化？
3.电位差计得面板上得粗、中、细三个旋钮得作用就是什么？
4•在接线、拆线或调卩未知电压乞之前，必须先把&（或心）豊“断"处，其目得就是什么？
5•箱式电位差计左下角之“粗“、“细"两个按钮得作用就是什么？如何使用？
6.测量时为什么要估算并预置测量盘得电位差值？接线时为什么要特别注意电压极性就是否正确？
7、校准（或测量）时如果无论怎样调节电流调仔盘（或测量盘），电流计总就是偏向一侧, 可能有哪几种原因？
8.什么就是“补偿法” ？用这种方法测电动势有什么特点？
9 •如果电位差计没有严格校准，工作电流偏大，将使测量结果偏大还就是偏小？
【附录】
1•在用电位差计校准电流表时，就是通过用电位差讣测量标准电阻上得电压来转化成标准电流，进而对电流表各点进行校正。

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结论。

估算时只要求考虑电位差计得基本误差限及标准电阻得误差，可用下式确泄：
显然,电表校验装苣得误差还应包括标准电动势欠准、工作电流波动、线间绝缘不良等其它因素得影响，但考虑这些因素对教学实验就过于复杂了。

式中电位差计测电压得不确左度用上而（5.8. 1 ）式式来估算;级得标准电阻（本实验）得不确定度可用下式简化估算
2.用电位差计测干电池电动势得B类不确定度得计算公式用下式计算
式中n为分压箱得分压比。