电位差计的原理和使用

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。exeng短路粗细rp 1rxrnrp 2rp3ek1图 5.8.1 电位差计的工作原理k2【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、i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k 1 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 = e n/rn 。校准工作电流的目的：使测量电路中的rx 流过一个已精品资料知的标准电流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 = i o rx。由此可得een r 。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xxrn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 为标准检流计5.7-6.4v未知 1未知 2rnk1rp1rp2rp31v17.1mv(k 1置1档)或1.01101k2粗中细10v171mv（ k 1 置10 档）。使用未知1未知2断 标准 断iiiiii5.7 v 6.4v外接工作电源，标准电池和粗 细 短 路10.10.001灵敏电流计均外接，其面板图如图5.8.2图 5.8.2 uj31 型电位差计面板图所示。调节工作电流（即校准）时分别调节rp1 （粗调）、 rp2 （中调）和rp3 （细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。rn 是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节rn ，使工作电流保持不变。rx 被分成（ 1）、（0.1）和（0.001）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应rx 的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时电流计的灵敏度提高。k 2为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、 灵敏电流计、 工作电源和未知电动势ex 由相应的接线柱外接。uj31 型电位差计的使用方法：（ 1）将k 2 置到“断，” k 1 置于“ 1”档或“10”档（视被测量值而定） ，分别接上标准电池、灵敏电流计、工作电源。被测电动势（或电压）接于“未知1 ”（ 或“未知2）”。(2) 根据温度修正公式计算标准电池的电动势en (t ) 的值，调节rn 的示值与其相等。将k 2 置“标准”档，按下“粗”按钮调，节rp1 、r p 2 和rp3 ，使灵敏电流计指针指零，再按下“细”按钮，用rp 2 和 rp 3 精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。(3) 将 k 2 置“未知1”(或“未知2 ”)位置，按下“粗”按钮，调节读数转盘、使灵敏电流计指零，再按下“细”按钮，精确调节读数转盘使灵敏电流计指零。读数转盘、和的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以k 1 所用的倍率，即为被测电动势（或电压）ex 。此操作过程称作 “ 测量”。本实验室使用的uj31 电位差计的准确度等级为0.05 级， 在周围温度与20 相差不在的条件下，其基本误差限u x 为u x( 0.05%u x0.5u )(5.8.1)式中的u 为电位差计的最小分度值，即当倍率取“10 ”时u 为10v ，当倍率取“ 1”时u 为1v标准电池标准电池的使用参阅3.6 。 .fj31 型直流分压箱分压箱是用来扩大电位差计量程的，它实际上是由若干个准确度很高的电阻串联组成的分压器。分压箱上分别标明了每一档的倍率，使用时，选择合适的分压比n, 将分压箱的“输入端”与待测的电动势（或电压）相接，“输出端”与电位差计的“未知”端相接，则所测电动势（或电压） 等于电位差计上的读数乘以分压箱上的倍率数n，即vxn电位差读数值。 .灵敏电流计灵敏电流计的使用参阅3.5 。【实验内容】用电位差计校准量程为3v （或 75mv ）的电压表（参考电路如图5.8.3 ，图 5.8.4 ）（ 1）设计较准电压表的控制电路，要求控制电路的电压调节范围在0 3v(或 075mv)间连续可调。（ 2）根据电位差计和待校电压表的量程，选取适当的分压比。（ 3）作u xux 校准曲线，对待校电压表的精度作出评价。（ 4）估算电表校验装置的误差，并判断它是否小于电表基本误差限的1/3 ，进而得出ekeeker1r2r2mvvgg分压箱标准检流计5.7-6.4v未知 1未知 2标准检流计5.7-6.4v未知 1未知 2uj31 型电位差计uj31 型电位差计图 5.8.3 用电位差计校正毫伏表图 5.8.4 用电位差计校正伏特表校验装置是否合理的初步结论。用电位差计校准量程为15ma（或 30ma ）的毫安表（参考电路如图5.8.5 ）（）设计较准毫安表的控制电路要求控制电路的电流调节范围在0.00 15.00ma（030ma ）内连续可调。（）选取适当的取样电阻和变阻器阻值。（）作i xi x 校正曲线，对待校电流表的精度作出评价。（）估算电表校验装置的误差，并判断它是否小于电表基本误差限的1/3 ，进而得出校验装置是否合理的初步结论。用电位差计测量干电池的电动势（参考电路如图5.8.6 ）（）根据电位差计的量程和被测干电池，选取适当的分压器的分压比。（）测量次数不少于6 次，并进行误差分析，写出干电池的测量结果exe 。maerhrrsexk分压箱gg标准检流计5.7-6.4v未知1未知 2 uj31 型电位差计标准检流计5.7-6.4v未知 1未知 2 uj31 型电位差计图 5.8.5 用电位差计校正毫安表图 5.8.6 用电位差计测量干电池用电位差计测电阻值（参考电路如图5.8.7 ）（） 令稳压电源固定输出1.5v ，设计测定电阻的控制电路，由于实验室提供的uj31型直流电位差计有两组输入测量端，则应设计一个能对标准电阻和待测电阻的端电压作连续测量的控制电路。（） 选择合适的测量条件，包括： 标准电阻， 控制电路的工作电流和变阻器的阻值。（） 测量次数不少于次， 计算不确定度给出测量结果 rxr 。rekrsrxg标准检流计5.7-6.4v未知 1未知 2uj31 型电位差计图 5.8.7 用电位差计测电阻上述实验内容可任选两项完成。【注意事项】1. 实验前熟悉uj31 型直流电位差计各旋钮、开关和接线端钮的作用。接线路时注意各电源及未知电压的极性。2. 检查并调整电表和电流计的零点，开始时电流计应置于其灵敏度最低档（ 0.01 档）， 以后逐步提高灵敏度档次。3. 为防止工作电流的波动，每次测电压前都应校准并且测量时，必须保持标准的工作电流不变，即当k2 置“未知1 ”或“未知2”测量待测电压时，不能调节rp 之“粗、”“中、”“细