电势差计的使用

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一、实验名称 电势差计的使用 二、实验目的
1) 掌握电势差计的工作原理和结构特点; 2) 了解温差电偶测温的原理和方法; 3) 学会电势差计的使用。

三、实验原理 (基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等;要求用
自己的语言概括与总结,不可照抄教材)
1. 电位差计的补偿原理
如图所示,一般采用电压表并联的方式来测量电动势:=x V E Ir 只有当I 等于零时,所测电压才为电源电动势。

故采取第二种方式,E0可调,调节E0的大小使得检流计为零则:
0E =x E
2. 实际电位差计的工作原理
首先使工作电流标准化,即根据标准电池的电动势调节工作电流I 。

将开关K2合在S 位置,调节可变电阻 ,使得检流计指针指零。

这时工作电流I 在段的电压降等于标准电池的电动势,即:
s s E =IR 再将开关K2合向X 位置,调节电阻Rx ,
再次使检流计指针指零,此时有:x E =IR X 这里的电流I 就是前面经过标准化的工作电流。


就是说,在电流标准化的基础上,在电阻为Rx 的位置上可以直接标出与对应的电动势(电压)值,这样就可以直接进行电动势(电压)的读数测量。

3. 温差电偶的测量原理
如图所示的温差电偶,把两种不同的金属或不同成分的合金两端彼此焊接成一闭合回路,一般有:()0E c t t =-
测量时,使电偶的冷端温度t0保持恒定(通常保持在冰点)。

另一端与待测物体相接触,再用电位差计测出热电偶回路中的温差电动势,如下图所示。

只要该电偶的电动势与温差间的关系事先标定好,就可以求出待测温度,或者根据有关的温差电偶分度表查出相应的温度。

四、实验内容和步骤(要求用自己的语言概括与总结,不可照抄教材)
测铜-康铜热电偶的温差系数
(1) 按图接好电路,根据室温求出标准电池电动势的数值,公式为:
()()()2
5620=410201020E V E t t ---⨯---
按电势差计的使用方法调节好电势差计,并注意线路中极性不可接反,注意标准电池的接入,正接正,负接负,严防两极短路;
(2) 加热杯中的液体,至一定温度后停止加热,在读出水银温度计读数的同时用电势差计测出温差电动势的大小。

在液体冷却过程中,高温端温度每降低5℃,测量一次温差电动势,测 8 组以上数据.。

(3) 参照数据表格,记录测量的数据。

用逐差法、最小二乘法求温差系数 C 。

五、数据记录
1.实验仪器(记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数)
电位差计、标准电池、光点检流计、稳压电源、温差电偶、冰筒、水银温度计、烧杯等 实验中使用饱和标准电池的E20=1.0186V
2.原始数据记录(原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分,禁止用铅笔记录数据,伪造、抄袭数据按作弊处理,该实验计零分)
标准电池温度21.6o C
数据记录如下:
90.0℃ 3.6620 mV
85.0℃ 3.4582 mV
80.0℃ 3.2550 mV
75.0℃ 3.0516 mV
70.0℃ 2.8269 mV
65.0℃ 2.6440 mV
60.0℃ 2.4396 mV
55.0℃ 2.2405 mV
六、实验数据整理及数据处理(★需画表格,重新将原始数据整理、誊写一遍,在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。

要求表格清晰完整,有效数字位数正确,符号、单位清楚,写出必要的过程,运算过程规范,结果表达式正确)1)测量标准电池温度并计算其电动势
标准电池在21.6 ℃时,算得其电动势Es = 1.0185 V.
2)测量温差电偶在不同温差下的电动势并计算其温差系数
表格 1 数据处理
七、分析讨论: ①回答教材课后思考题 ②实验中遇到的问题(故障、差错)及处
理办法,结果如何?③实验后对实验原理和方法的新认识 ④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 ⑤实验的独特见解;是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 ⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。

1,课后思考题(1)怎样用电势差计校正毫伏表?请画出实验线路和拟出实验步骤. 实验电路及步骤
① 设被校电压表示值为U ,实际电压降为U0,电势差计读数为US ,则U0 = US ,电压表的指示值U 与实际值U0之间的绝对误差为 △U = U - U0;
② 用电势差计对被校电压表在不同示值下进行校准,得一组△U ; 作图线△U-U (用折线联结相邻两点)即校准曲线(修正曲线)。

③ 利用修正曲线可以对该被校表的测量值进行修正。

如果用被校表测量某一电压所得示值为Ux ,可在修正曲线上找出对应于 Ux 的误差△U x ,则经修正而得测量结果为:U0x = Ux - △Ux
(2) 怎样用电势差计测量电阻?请画出实验线路.
将a 、b 与c 、d 分别接入电位差计的未知1和未知2 则待测电阻阻值Rx=R0×(U1/U2)
(其中,R0为已知电阻,U1、U2为电位差计未知1、未知2的示数
2,总结:误差分析:1,热电偶插入被测介质后,由于本身具有热惰性,因此不能立即指示出被测气流的温度,只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。

造成系统误差。

2控温试验仪温度已达到设定温度,但电偶高温段还未被加热到指定温度,导致误差;3看指针是否指向中线时的视觉误差导致测量Ex 不准;4测量仪器(电位差计、检流器)的误差。

建议:1利用三线对齐法观察检流计是否指零。

2对检流计机械调零。

3热电偶在插入被测物质前,设法减小两者温差。

图 1 问题一 图 2 问题2。