电位差计的的应用原理

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。

【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En与测量电路中的精密电阻Rn的两端电势差Ust相比较，再使被测电势差（或电压）Ex与准确可变的电势差Ux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K2打向“标准”位置，检流计和校准电路联接，Rn 取一预定值，其大小由标准电池ES 的电动势确定；把K1合上，调节RP ，使检流计G指零，即En= IRn，此时测量电路的工作电流已调好为 I = En/Rn 。校准工作电流的目的：使测量电路中的Rx 流过一个已知的标准电流Io，以保证Rx电阻盘上的电压示值（刻度值）与其（精密电阻Rx上的）实际电压值相一致。

测量：将K2打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，保持Io不变（即RP不变），K1合上，调节Rx，使检流计G指零，即有Ex = Ux = Io Rx。

由此可得xnnxRREE。由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据Rx 电阻值标出其对应的电压刻度值，因此只要读出Rx电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势Ex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mV.V1171(1K置1档)或mVV17110（1K置10档）。使用GIxEnE短路细粗xRnR1PR2PR3PRE1K2K图5.8.1 电位差计的工作原理

大学物理实验

石家庄铁道学院 第1页 共6页 实验名称：用电位差计校准毫安表并测其内阻

姓名 学号 班级

第 组 桌号

实验日期 2 0 年 月 日 节

一、实验任务：本实验为设计性实验，学生独立完成。

1．根据给定的仪器，自行设计校准毫安表和测出其内阻的电路图，并写出实验步骤。

2．按照实验步骤，测出校准数据，画出校准曲线。

3．确定该被校表的等级，并算出该表的内阻。

二、实验仪器与器件：

UJ31型电位差计；标准电池；灵敏电流计；直流稳压电源；标准电阻箱，滑线变阻器,待校毫安表；开关；导线等。

三、简述设计原理：

1. 校准毫安表实验线路如图所示，R为滑线变阻器，起分压作用。R0为标准电阻箱，R0已知，两端接电位差计的未知2,毫安表两端接电位差计的未知1。由电位差计可测出R0两端电压U2，则通过毫安表的实际电流为：

I标＝U2/R0 （1）

I标与毫安表的示数作比较找

未知2 mA R0 评

分

校准毫安表实验线路图 未知1 未知2 R0 mA R 电位差计

石家庄铁道学院 第2页 共6页

出其误差即：

ΔI=I标-I示 （2）

由定义知该毫安表的等级k为：

%100maxmIIk （3）

其中maxI为最大误差，Im为毫安表量程。同时，测出毫安表两端电压U1，则毫安表内阻r为：

r= U1/I标 （4）

实验10 直流电位差计的原理及应用

【实验目的】

1、学习“补偿法”在实验测量中的应用。

2、掌握电位差计的工作原理及其测量的基本方法。

3、学习对实验电路参数的估算及校准方法。

【实验仪器】

DH325型十一线电位差计 1台

DHBC-5标准电势与待测电势 1台

1、DHBC-5标准电势与待测电势面板示意图

注意：DHBC-5标准电势与待测电势的标准电势：1.0186V，精度为0.01%；待测电势：0～1.9V连续可调。严禁作为电源外接负载使用。

【实验原理】

1.补偿法原理

补偿法是一种准确测量电动势（电压）的有效方法。如图1所示。设E0为一连续可调的标准电源电动势（电压），而EX为待测电动势，调节E0使检流计G示零（即回路电流I=0），则EX= E0。上述过程的实质是，不断地用已知标准电动势（电压）与待测 图1 补偿法原理图

的电动势（电压）进行比较，当检流计指示电路中的电流为零时，电路达到平衡补偿状态，此时被测电动势与标准电动势相等，这种方法称为补偿法。这和用一把标准的米尺来与被测物体（长度）进行比较，测出其长度的基本思想一样。但E0GEX标准电势与待测电势DHBC-5其比较判别的手段有所不同，补偿法用示值为零来判定 。

但电动势连续可调的标准电源很难找到，那么怎样才能简单地获得连续可调的标准电动势（电压）呢？简单的设想是：让一阻值连续可调的标准电阻上流过一恒定的工作电流，则该电阻两端的电压便可作为连续可调的标准电动势。

2．电位差计测量原理 电位差计就是一种根据补偿法思想设计的测量电动势（电压）的仪器。图2是一种直流电位差计的原理简图。

图2 电位差计原理图

它由三个基本回路构成：

① 工作电流调节回路，由工作电源E、限流电阻RP、标准电阻RN和RX组成。

直流电位差计的原理与应用

比较式仪表是将被测量和已知标准量进行比较而确定被测量大小的仪表，分为补偿测量仪表和电桥测量仪表。用来与被测量进行比较的已知标准量具有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。比较仪表借助检流计指零实现平衡。通常，比较式测量仪表的测量过程就是通过调节可调元件使比较所得的差值逐步减小到零的过程。这种方法比直读测量具有更高的精确度。

补偿法是电磁测量的一种基本方法。补偿法测量仪表有全补偿和差值补偿两种。全补偿法是将被测量（仅限电压）与标准量比较，检测为0，两值相等。测量仪表理论上不从被测对象获取能量。差值补偿是利用标准量将被测量绝大部分补偿掉，微差检出，减少测量误差。

电位差计是电磁学测量中利用补偿原理来直接精密测量电动势或电位差的一种精密仪器。其突出优点是在测量电学量时，它不从被测量电路中吸取任何能量，也不影响被测电路的状态和参数，所以在计量工作和高精度测量中被广泛利用。测量的直流电压的误差可小于±0.005%。它用途很广泛，可以用来精确测量电动势、电压，与标准电阻配合还可以精确测量电流和电阻和功率等，还可以用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表，有些电器仪表厂则用它来确定产品的准确度和定标，它不仅被用于直流电路，也用于交流电路。因此在工业测量自动控制系统的电路中得到普遍的应用。

一、直流电位差计工作原理

1.补偿原理

在直流电路中，电源电动势在数值上等于电源开路时两电极的端电压。因此，在测量时要求没有电流通过电源，测得电源的端电压，即为电源的电动势。但是，如果直接用伏特表去测量电源的端电压，由于伏特表通过电流反应电压总要有电流通过，而电源具有内阻，因而不能得到准确的电动势数值，所测得的电位差值总是小于电位差真值。为了准确的测量电位差，必须使分流到测量支路上的电流等于零，直流电位差计就是由此而设计的。

补偿原理就是利用一个电动势去抵消另一个电动势，其原理可用图一来说明。两个电源E和xE正极对正极，其中E为可调标准电源电动势，xE为未知电源电动势，中间串联一个检流计G接成闭合回路。如果要测电源xE的电动势，可通过调节电源E，使检流计读数为零，电路中没有电流，此时表明EX=E，xE两端的电位差和E两端的电位差相互补偿，这时电路处于补偿状态。若已知补偿状态下E 的大小，就可确定xE，这种利用补偿原理测电位差的方法称为补偿法，该电路称为补偿电路。