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用箱式电势差计校准电表实验方案2009-10-10 22:21:25|分类： 默认分类 |标签： |字号大中小订阅 实验目的：1、 了解箱式电势差计的结构和原理2、 掌握电势差计的使用3、 利用电势差计校准电压表、电流表4、 测量电势差计的灵敏度实验器材：箱式电势差计、标准电阻、滑线变阻器、待校准电流表、待校准电压表、直流电源、电阻箱、导线等。实验原理：箱式电势差计是用来精确测量电池电动势或电势差的专门仪器，如图8-1所示，由工作电源E、电阻RAB、限流电阻RP构成一测量电路，其中有稳定而准确的电流I0；电源EX和检测电流计G组成的一种补偿电路，调切P点使G中电流为零，AP间电压为VAP，则EX=VAP而VAP=RAPI0(RAP为A、P间电阻)，所以EX= RAPI0 （1）即当测量电路的电阻与电流已知时，可得EX之值，如将EX改用标准电池ES，可得ES= RSI0，或 ，代入式（8-1）得 (2)通过滑线变阻器P点的调节，进行二次电压比较，取平衡时的RAP和RS值，根据（2）式可求得待测电压EX的电动势。 1、箱式电势差计的工作电流与电压值标度如图8-2，将图8-1中的电阻RAB改为相同电阻R的串联电路。设计仪器时先规定仪器的工作电流I0，其次按 确定R的精确值，这样制作的电势差计其a、b、c各点和A点电势差精确为0.1V、0.2V、0.3V(即准确可变的电势差)，因此可将这些电压值标在a、b、c各点处。箱式电势差计面板上的电压值标度就是按照此原理进行的。使用此标度的电势差计去测量，可如图8-3，移动P点当检流计G中电流为零时，则P点处的示值将等于电动势EX之值。2、标准电池与工作电流的校准图8-4的电路是在图8-2的电路中加入用标准电池ES监控电流的校准电阻RS。例如20时所用饱和式标准电池的电动势为1.01859V，则在设计时使用RS在EK间阻值 ，并在K点处标以1.01859V，以后每在20使用此仪器时，先将K移至1.01859V处，调节限流电阻RP，当检流计读数为零时，测量电路中的电流即等于设计的工作电流I0。3、用电势差计测量电动势(或电压)、电阻及电流箱式电势差计的原理如图8-5所示，待测电池的两极或待测电势差的二点接到X1、X2，图中的双刀双掷开关S1倒向右侧，测检流计和校准电路联接，S1倒向左侧则检流计和被测电路联接。 电池电动势或AB电热差时，可如图8-6联接。测回路的电流，如图8-6(b)。当R为标准电阻时，测出其两端的电压UAB，则电流I, (3)电阻的测量如图8-7，将待测电阻RX和标准电池RS串联在一电路中，分别测量其两端的电压UAB、UBC，由于回路中电流一定，所以即 （4）图中的开关K1是为了AB、BC测量转换用的，有此电势差计将此开关K1装在电势差计中的箱中。4、电势差计灵敏度、准确度等级及基本误差当电势差计平衡时。从面板上可读出被测电动势之值EX，如果这时移动P点使面板值改变 ，平衡被破坏，检流计相应地发生一偏转，则电势差计的灵敏度SP定义为如果测得电势差计灵敏度SP，则根据检流计刻度的分辨值 ，求出灵敏度引入的误差 为 。显然，SP越大由灵敏度引入的误差越小。电势差计的允许基本误差Elim按下式计算 ，式中为准确度等级，Ux为标度盘示值，Un为基准值(V)，是该量程中10的最高整数幂。5、标准电阻 标准电阻是电阻的标准量具。 标准电阻是用锰铜条制成的。其结构是在绝缘的圆形骨架上面绕以绝缘锰铜线而成。为了减少锰铜线的电感，采用双线绕法，这样虽然电容量增大，但对直流电的测量没有影响。 标准电阻有非密封式和密封式两种。非密封式的外壳可以是封闭的或是穿孔的，其散热性能好，受外界影响差，适用于低电阻大功率的标准电阻。密封式的外壳内需灌满不含水份、纯净的变压器油，它能隔离温度和腐蚀性气体等对电阻的影响，稳定性好，散热性差，适用于高阻值的标准电阻。 低阻值的标准电阻为了减少接线电阻和接触电阻的影响，具有两对接线端钮，其中较粗的一对用以接入电路通以电流，称电流接头；较细的一对用以作测量线圈上电压的引线，称电压接头。标准电阻证书上标明的电阻指的是电压接头这两端的电阻。电压接头应在电流接头内。实验内容：1、校准工作电流查出室温下标准电池的电动势，扭转RS使之符合此值。2、用电位差计校准电压表 + 电势差计 -RMRSCBA图2校正电压表电路图电路图如图2所示，对实验室指定的电压表进行校正，要在电压表的全量程中，从小到大选1015点进行，既用电压表和电位差计同时逐点测量。V设对同一电压U，电压表读数为U，电位差计读数为Up，找出|U-Up|的最大值，并用以确定电压表的等级。以U为横坐标，U-Up为纵坐标作误差图线，注意用折线联结相邻各点，因为各点的误差有独立性3、用电位差计校准电流安表+电势差计-电路图如图3所示，用直流电位差计测量电流，需要一个标准电阻接入被测电流的回路。标准电阻的电流端接到电流回路，两电位端按电源极性接到电位差计的“未知端”接线柱上。如图三所示。这时用电位差计测量标准电阻Rn上的电压降Un，就可以算出电流I。RCRSmAI= （3）图3校正电流表电路图BA用电位差计校准毫安表，只要将被校准的毫安表和一标准电阻一起接入工作回路，测量通过标准电阻的电流也就是通过毫安表的电流，比较毫安表的读数与校准值，便完成校准任务。 4、测量电势差计灵敏度。其中: 控制电路为分压电路和制流电路相结合实验步骤：1、 观察并认识电势差计各旋钮的作用 校正电势差计的工作电流 计算电势差计各挡的量限2、电位差计的校准。将开关“倍率K1”由断旋到所需位置（本实验最好先调至“0.1”，电流超过“0.1”的满量程时，用“1、或5”），开关“K3”旋向测量，旋动“调零”电位器，使检流计指针指零。然后将“K2”扳向标准，旋动“工作电流调节”旋钮，使指针指零。3、 校正电压表(连好如图2所示的电路图)对实验室指定的电压表进行校正，要在电压表的全量程中，从小到大选10-15点进行，即用电压表和电势差计同时逐点测量。设对同一电压，电压表读数为U，电势差计读数为U ,找出 的最大值，用以确定电压表的等级。以U为横坐标，U-U 为纵坐标作误差曲线，注意用折线联结相邻之点，因为各点的误差有独立性。4、 校正电流表（连好如图3所示的电路图）具体要求和步骤和电压表校正相同。5、测量电势差计灵敏度。使左右各自偏转10个分格，读出检流计的示数，并记录。实验数据记录表：表一 电压表（1.5v）校准实验数据表记录人：王丽君 2008.12.03次数电压表电势差计（正向）电势差计（反向）电势差计（平均）10.000 v0.000 mv0.010 mv0.005 mv20.001 v6.190 mv6.221 mv6.2055 mv30.002 v12.050 mv12.120 mv12.085 mv40.003 v18.448 mv18.520 mv 18.349 mv50.004 v27.794 mv24.955 mv24.8745 mv60.005 v31.962 mv31.010 mv31.489 mv70.006 v37.400 mv37.348 mv37.374 mv80.007 v43.651 mv43.452 mv43.5965 mv90.008 v50.005 mv50.100 mv50.0525 mv100.009 v55.851 mv56.000 mv55.9255 mv111.000 v62.200 mv62.351 mv62.2755 mv121.100 v68.540 mv68.560 mv68.55 mv131.200 v74.445 mv74.463 mv74.454 mv141.300 v81.000 mv81.051 mv81.0255 mv151.400 v87.500 mv87.350 mv87.425 mv161.500 v93.725 mv93.730 mv93.7275 mv表二 电流表（7.5mA）校准实验记录人：王丽君 2008.12.03次数电流表电势差计（正向）电势差计（反向）电势差计（平均）10.000 mA0.004 mv 0.006 mv0.005 mv20.500 mA6.514 mv6.632 mv6.5685 mv31.000 mA13.023 mv13.034 mv13.0285 mv41.500 mA19.540 mv19.443 mv19.4915 mv 52.000 mA26.130 mv26.137 mv26.1335 mv62.500 mA32.603 mv32.568 mv32.5855 mv73.000 mA39.021 mv39.021 mv39.0095 mv83.500 mA45.553 mv45.553 mv45.578 mv94.000 mA52.132 mv52.24 mv52.186 mv104.500 mA58.647 mv58.687 mv58.667 mv115.000 mA65.232 mv65.246 mv65.239 mv125.500 mA70.988 mv71.023 mv71.0055 mv136.000 mA78.038 mv78.34 mv78.189 mv146.500 mA 84.632 mv84.783 mv84.7075 mv157.000 mA91.104 mv91.307 mv91.2055 mv167.500 mA97.675 mv97.468 mv97.5715 mv 表三：电势差计灵敏度记录人：王丽君 2008.12.03123平均值每一格检流计左偏十格0.148 mv 0.150 mv0.150 mv0.1493 mv0.01493 mv检流计右偏十格-0.147 mv-0.150 mv-0.150 mv-0.149 mv-0.0149 mv按照上表三中所示，下数据得：电势差计的灵敏度： 至此得电势差计的灵敏度 =67.1141灵敏度引入的误差 = 按照上表一中所得的测量数据进行数据处理如下： 表三：电压表校准数据处理2008.12.03U（mv）Us（mv）Us（v）Up（v）U-Up（v）|U-Up|（v）0.0000.0050.0000050.000008-0.0000080.0000080.1006.20550.0062060.0990.0007210.0007210.20012.0850.0120850.1930.0066580.0066580.30018.3490.0183490.2940.0064440.0064440.40024.87450.02487450.3980.0020450.0020450.50031.4860.0314860.504-0.003730.003730.60037.3470.0373470.5980.0020720.0020720.70043.59650.049650.6940.0025210.0025210.80050.005250.05005250.801-0.000760.000760.90055.92550.05592550.8950.0052760.0052761.00062.27550.06227550.9960.0036850.0036851.10068.550.068551.0970.0033030.0033031.20074.4540.0744541.1910.0088480.0088481.30081.02550.08102551.2960.0037140.0037141.40087.4250.0874251.3970.0013310.0013311.50093.72750.09372751.4990.0005010.000501以U为横坐标，U-U 为纵坐标作误差曲线，用Origin软件可画出如下图型，注意用折线联结相邻之点，因为各点的误差有独立性。如下图所示： 从误差曲线图中可以看出 |U-Up|的最大值为： 0.008848最大引用的误差为： 至此可以估算该电压表的等级为：1.0级按照上表二中所得的测量数据进行数据处理如下： 表四：电流表校正数据处理 记录人：王丽君 2008.12.03I（mA）U p（mv）Is（mA）I-Ip （mA）| I-Ip | （mA）0.0000.0050.00384-0.000384320.000384320.5006.56850.504881-0.0048808610.0048808611.00013.02851.001422-0.0014219830.0014219831.50019.49151.4981940.0018063030.0018063032.00026.13352.008624-0.0087240850.0087240852.50032.58552.5465-0.004650290.004650293.00039.00952.9984240.0015757110.0015757113.50045.5783.503305-0.003305150.003305154.00052.1864.011222-0.0112221370.0112221374.50058.6674.503305-0.0093774020.0093774025.00065.2395.014527-0.0145272870.0145272875.50071.00555.4577630.0422367410.0422367416.00078.1896.009915-0.009915450.009915456.50084.70756.510953-0.0109531130.0109531137.00091.20557.010415-0.0104150560.0104150567.50097.57157.499731-0.0002690240.000269024以I为横轴I-Ip为纵轴作出电流表的校正误差曲线，用折线连接，用Origin软件可画出如下图形：从上图可以看出| I-Ip |的最大值为：0.0422所