电位差计的误差分析

1、电位差计的误差分析电位差计是精密测量应用极广的仪器，可以用来精确测定电动势、电压、电流、电阻等电学量，还可以用于校准精密电表和直流电桥等直读式仪表， 在非电量(如 温度、压力、位移等)的电测法中也占有重要地位。电位差计不仅准确度等级高， 而且测量结果稳定可靠。它不从被测对象中取用电流，因此测量时不会使被测对 象改变原来的数值。电位差计可直接用来精密测量电池电动势及电位差。箱式电位差计的工作原理图都采用图1所示的线路，包括三个部分:(1)工作电流调节回路，主要由 E、Rn、R1、R、Ko等组成;(2)校正工作电流回路：主要由 Es、RS、K1、K2等组成；(3)待测回路：主要由 EX、RX、G、

2、K1、K2组成。当电位差计达到平衡(实现补偿)时，有腐二 氏J 电位差计虽是一种测量电池电动势及电位差等的精密仪器，但其本身也有 一定的误差存在。1元件误差元件误差是指因元件问题而产生的仪器误差。根据(1)式，可得相对误差公式:tnn因玛是标准电池，故 地，/此属量具误差。通常处理量具误差的办法是选用准确度等级足够高的量具，使该项误差成微小误差而可以忽略不计。足够高”是指标准电池的电动势的相对变化不超过 0.1a%。a为电位差计的准确度等级，0.1是 由微小误差分配原则确定的。因此量具的准确度等级应比仪器的准确度等级高一 个数量级，这样就能使该项误差忽略不计。这样电位差计的元件误差就为:陶 应

3、双小n3若这两部分误差的大小和符号都相同， 就可以互相抵消。因此在设计、制造电位 差计时，段和J这两组电阻总是尽量选用时间稳定性和温度稳定性以及误差符 号（正或负）都相同的电阻。在使用电位差计时，应合理选择量限而使全部读数 盘都用到。这不仅能保证足够多的有效位数，而且可使上述两部分元件误差得到 比较充分的抵消。一般说，元件误差是电位差计各种误差因素中影响最大的一项，约占总误差的一 半。只要使用电阻来调节 %和见的比例，这一项误差就总是存在。电阻元件的 准确度、电阻的时间稳定性和温度稳定性限制了电位差计的准确度等级。2温差电动势产生的误差不同金属相接触（如焊接点、电键、电刷、接线端钮等）时，将产

4、生接触电位差。 当各接触点温度不同时，则产生温差电动势，简称热电势。对于精密电位差计， 特别在被测量很小时，热电势的影响不容忽视。止匕外，因测量回路的热电势直接 与被测电动势（或电位差）相串接，其影响最大。为了减小这项误差，在设计、 制造电位差计时，应尽量选用彼此接触电位差小的金属元件和导线；在测量回路 中应尽量减少焊接点、电键、电刷等；采用较小的工作电流，以减小元件的升温 等。在使用时应注意，不要靠近冷源或热源（例如在直射阳光下进行测量）。当 要求较高时，要采用恒温措施。E此外，有一种比较简单的操作方法可以减小热电势带来的误差。根据热电势方向与回路电流无关的性质， 而两个电路中电流的方 向是

5、对称的，可以用电流换向法(复测法)进行测量来消除热电势的影响，如图 2所示。以q代表测量回路中各处热电势的等效热电势，设其方向如图 2所示测量时先将开关Ko合向“1”(只能合向“优，调整工作电流。测量被测电动势 时，再将开关K。、K3分别同时合向“制“2”当电路达到平衡时，得%+% =41 (K。、K3均合向“优K3均合向“2”精选取1和先分别为两次电路平衡时测得的电动势，取两次测量的平均值这样就消除了热电势的影响。当然这种方法只能消除恒定的热电势， 变化的热 电势消除不了3工作电源电压不稳产生的误差用做电位差计的工作电源通常有两种。 一种是电子稳压电源，具特点是长时间的 电压稳定性较好，但瞬

6、时稳定性不够。选用这类电源时应注意其电压稳定度与电 位差计的准确度相适应。即当电网电压变化10%时，工作电流的变化应小于(0.20.3) a%。其中a为电位差计的准确度等级，0.2、0.3是由微小误差分配原则确定的。另一种是蓄电池或干电池，其特点是瞬时的电压稳定性较好， 而 长时间的稳定性不够。使用这类电源时应注意在电压稳定阶段使用， 并缩短校准 和测量的时间问隔，使电源端电压下降的影响可以忽略。4检流计灵敏度不够产生的误差检流计的灵敏度越高，所能发觉的被测量的变化越小。如果检流计的灵敏度不够， 所能发觉的被测量的变化将有一定的限度。 当被测量的变化小于这个限度时，检 流计就不能再测出，这就产

7、生因灵敏度不够造成的误差。因此，选用检流计时其 灵敏度应与电位差计的准确度相适应。 换句话说，一个设计合理的电位差计，它 的准确度应由相应的灵敏度（电位差计的灵敏度）来保证，即因灵敏度不够引起 的测量误差可以忽略不计。灵敏度与允许误差的关系可由下式决定(0.3-O.ljA(5)式中/为人能分辨的检流计的指示值，一般可取 0.20.3格（mm） , 为允许 误差的绝对值。0.30.1是根据微小误差分配原则取的系数。根据（5）式，即 可求出允许误差所要求的灵敏度。在实际工作中，当电位差计的灵敏度由（5）式确定后，就应合理分配线路部分 和检流计部分的灵敏度。原则上应尽量使电位差计的线路灵敏度高些，检

8、流计的 灵敏度低些，以免因检流计过于灵敏使电位差计工作不稳定。 对于电位差计，要根据测量要求，首先选择量限（测量范围）和准确度等级，对其灵敏度则在量限 和准确度等级选定后，再选择合适的检流计，使总灵敏度满足测量准确度的要求。最后，根据以上要求选定检流计后，还应实际检查一下，调整电位差计一个最小 示值所引起的检流计偏转是否足够 23格（mm）。除应按灵敏度要求选择检流计外，还应考虑使检流计工作在微欠阻尼状态。但是pa=aj-外临界电阻 大的检流计，其电流灵敏度（）较高，而电压灵国=-敏度（耳）较低，反之则相反。因此，高阻电位差计因采用临界电阻大的检流计而电压灵敏度降低， 故不适于测量低电位差，而

9、用低阻电位差计测 量低电位差比较合理。当然，低阻电位差计测量的低电位差的内阻也应该是低的。5工作电流调节电阻 R细调不够产生的误差如果工作电流调节电阻R选用不当，调节不细，检流计就不能完全指零，即电位 差计不能完全达到平衡，必然产生误差。根据微小误差分配原则，应使 R的调节 细度小于0.1a% ,即要求在整个工作电流调节范围内调节时，可任意使检流计指针的变化小于0.2 0.3格（mm）。此外，还有理论不够完善产生的误差；接触不良，接触电阻产生的误差；绝缘不 良，绝缘电阻产生的误差等等。以上各种误差，有些是随被测量大小的变化而变化的， 有些则是不随被测量大小 的变化而变化。因此，电位差计的允许基本误差应包括两项，如下式式中口为电位差计准确度等级，