电位差计及其应用
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--精品 探究性实验报告
电位差计及其应用
学 号 15051138
学 生 姓 名 江 浚 源
第二 作者 学号 15051129
第二 作者 姓名 孙 泊 涵
第三 作者 学号 15051122
第三 作者 姓名 王 金 宇
2016年11月29日 精品--
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摘要
电位差计的测量准确度高，且避免了测量的接入误差，但操作复杂，不容易实现测量的自动化。电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍有重要的训练价值。直流比较式电位差计仍是目前准确度较高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。
关键字：电位差计，补偿法
目录
摘
要……………………………………………………………………………………………………………………………………..2
目
录……………………………………………………………………………………………………………………………………..2
一、实验目的………………………………………………………………………………………………………………………..3
二、实验原理………………………………………………………………………………………………………………………..3
1.补偿原理…………………………………………………………………………………………………………………………………3
2.UJ25型电位差计…………………………………………………………………………………………………………………….3
三、实验仪器……………………………………………………………………………………………………精品--
--精品 …………………..4
四、实验内容………………………………………………………………………………………………………………………..4
1.自组电位差计………………………………………………………………………………………………………………………….4
2.UJ25型箱式电位差计……………………………………………………………………………………………………………..5
五、数据处理………………………………………………………………………………………………………………………..5
1.自组电位差计测干电池电动势………………………………………………………………………………………………5
2.箱式电位差计测固定电阻………………………………………………………………………………………………………6
六、实验反思与改进.............................................................................................................6
1.反思与总结……………………………………………………………………………………………………………………………..7
2.改进与建议……………………………………………………………………………………………………………………………..7
参考文献………………………………………………………………………………………………………………………………..7
附录………………………………………………………………………………………………………………………………………….7
原始实验数据纸…………………………………………………………………………………………………………………………8
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一、 实验目的
1、学习补偿原理和比较测量法；
2、牢固掌握基本电学仪器的使用方法，进一步规范实验操作；
3、培养电学实验的初步设计能力；
4、熟悉仪器误差限和不确定度的估算；
二、 实验原理
1. 补偿原理
为了避免接入误差，可以采用如图一所示的“补偿”电路。如果cd可调，E>Ex，则总可以找到一个cd位置，是Ex所在回路中无电流通过，这时Vcd=Ex。上述原理称为补偿原理；回路Ex→G→d→c→Ex称为补偿回路；E→S→A→B→E构成的回路成为辅助回路。为了确认补偿回路中没有电流通过（完全补偿），在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检流计G，这种用检流计来判断电流是否为零的方法，称为零式法。
图一
这里可以通过比较测量法测定Vcd从而确定Ex。如上图所示，把Ex接入RAB的抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无电流通过，则Ex=IRcd，其中I是通过RAB的电流；再把一电动势已知的标准电池EN接入RAB的抽头，当抽头滑至位置ab时，G再一次为0，则EN=IRab，于是
○1
这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。由于RAB是精密电阻，Rcd/Rzb可以精确度出，EN是标准电池，其电动势也有很高的精确度，因此只要在测量过程中保持辅助电源E的稳定并且检流计G有足够的灵敏度，EX就可以有很高的测量准确度。按照上述原理制成的电压测量仪器叫做电位差计。应该指出，式○1的成立条件是辅助回路在两次补偿中的工作电流I必须相等。事实上，为了便于读数，I=EN/Rab应当标准化（例如I=I0=1mA）,这样就可以由相应的电阻值直接读出Vcd，即EX=I0Rcd 精品--
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2. UJ25型电位差计
UJ25型电位差计是一种高电势电位差计，测量上限为1.911110V，准确度为0.01级，工作电流I0=0.1mA。它的原理如图二所示，图中的RAB为两个步进的电阻旋钮，标有不同温度的标准电动势的值，当调节工作电流时做标准电池电动势修正之用。RP(标有粗，中，细，微的四个旋钮)做调节工作电流I0之用。RCD是标有电压值（即I0Rx之值）的六个大旋钮，用以测出未知电压的值。
UJ25型电位差计使用方法如下：
○1调节工作电流：将功能转换开关置N，温度补偿电阻RAB旋至修正后的标准电池电动势“1.08伏”的后两位，分别按下“粗”，“细”按钮，调节RP至检流计指零。
○2测量待测电压：功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”，“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值即为待测电压。
图二
三、 实验仪器
ZX-21电阻箱（两个）、指针式检流计、标准电池、稳压电池、待测干电池、双刀双掷开关；UJ25型电位差计、电子检流计、待校电压表、待测电流表。
四、 实验内容
1. 自组电位差计
（1）设计并连接自足电位差的线路
①画出电路图，注意正确使用开关，安排好工作电流标准化及EX测量的补偿回路。
②按设计要求（E≈3V， EX≈1.5～1.6V，I= I0≡1mA, EN按温度修正公式算出），设置各仪器或元件的初值或规定值。
标准电池温度修正公式为
EN≈－3.99×10-5(t－20℃)－0.94×10-6(t－20℃)2＋9×10-6(t－20℃)3式中，E20为20℃时的电动势，可取E20=1.01860V。 精品--
--精品 （2）工作电流标准化，测量干电池电动势。
（3）测量自组电位差计的灵敏度。
自组电位差计电路
2. UJ25型箱式电位差计
（1）调节工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB旋至修正后的标准电池电动势“1.018”后两位，分别按下“粗”、“细”按钮，调节RP至检流计指零。
（2）测量待测电压：功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”、“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值即为待测电压。
五、 数据处理
1. 自组电位差计测干电池电动势
T=18℃ E20=1.01862V
EN=E20-3.99×10-5（18-20）-0.94×10-6（18-20）2+9×10-9（18-20）3=1.0870V
R1/Ω R2/Ω R1’/Ω R2’/Ω R1’’/Ω R2’’/Ω
一 1018.7 2063.1 1555.4 1526.4 1584.7 1497.1
二 1018.7 2063.1 1555.5 1526.3 1585.5 1496.3
三 1018.7 2063.3 1555.5 1526.5 1586.7 1495.3
平均 1018.7 2063.2 1555.5 1526.4 1585.6 1496.2
EX= (R1’/R1)EN=1.5555V
不确定度计算
仪器误差限：
ΔR1=1000×10-3+0+10×2×10-3+8×5×10-3+0.7×5×10-2+0.020=1.115Ω
μ(R1)=ΔR1/=0.6437Ω
ΔR2=2000×10-3+0+60×2×10-3+3×5×10-3+0.2×5×10-2+0.020=2.165Ω 精品--
--精品 μ(R2)=ΔR2/=1.250Ω
ΔR1’=1000×10-3+500×10-3+50×2×10-3+5×5×10-3+2×0.5×10-2+0.020=1.565Ω
μ(R1’)=ΔR1’/=0.9036Ω
ΔR2’=1000×10-3+500×10-3+20×2×10-3+6×5×10-3+2×0.4×10-2+0.020=1.598Ω
μ(R2’)= ΔR2’/=0.9226Ω
仪器灵敏度及误差
灵敏度：S=10div/(1585.6-1555.5)=0.3322 div/V
灵敏度误差：Δ灵（EX）=0.2/S=0.6020 V
U灵（EX）=Δ灵（EX）/=0.3476 V
不确定度合成：
=0.000718
U(Ex)= Ex·U(Ex)/ Ex=0.00112 V
最终结果表示为：Ex±U(Ex)=(1.555±0.001) V
2. 箱式电位差计测固定电阻
（1） 电路图
（2） 数据记录
RN=200Ω UAB=1.42006 V UCD=1.617103 V
（3） 计算RX
RX= (UAB/ UCD) RN=175.6301Ω
（4） 不确定度计算
μ(RN)=ΔRN/=0.127Ω
Δ仪1=0.01﹪（1.42006+0.01）=1.43×10-4 V
μ(UAB)= Δ仪1/=8.25×10-5 V
Δ仪2=0.01%（1.617103+0.01）=1.627×10-4 V
