电位差计测热电偶的电动势

1、一、电位差计的介绍一、电位差计的介绍 电位差和电动势是电学实验中经常碰到的物理量，对它们的值进行测电位差和电动势是电学实验中经常碰到的物理量，对它们的值进行测量时，一般情况下都是使用伏特表，但由于测量支路的分流作用，这量时，一般情况下都是使用伏特表，但由于测量支路的分流作用，这样测出的电位差并不是用电元件上电位差的真实值。若能使测量支路样测出的电位差并不是用电元件上电位差的真实值。若能使测量支路上的电流为零，就能得到准确的结果。电位差计就是根据这个原理设上的电流为零，就能得到准确的结果。电位差计就是根据这个原理设计的。计的。 电位差计是采用补偿法测量电位差或电动势的一种仪器。它通过将未电位差计

2、是采用补偿法测量电位差或电动势的一种仪器。它通过将未知电势与电位差计上的已知电势相比较，此时被测的未知电压回路上知电势与电位差计上的已知电势相比较，此时被测的未知电压回路上没有电流，测量结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池、标准电阻以没有电流，测量结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池、标准电阻以及高灵敏度的检流计。及高灵敏度的检流计。 电位差计的测量准确度可达到电位差计的测量准确度可达到99.99%或更高，可以用来精确测量电或更高，可以用来精确测量电动势、电位差、电流、电阻、温度、压力、位移和速度等物理量，在动势、电位差、电流、电阻、温度、压力、位移和速度等物理量，在生产检测和科学实验中得到了广泛

3、的应用。生产检测和科学实验中得到了广泛的应用。1、补偿法原理、补偿法原理补偿法原理图补偿法原理图 电位补偿法又称比较法，是通过将未知电动势与已知的标电位补偿法又称比较法，是通过将未知电动势与已知的标准电动势进行比较从而得到未知电动势值的测量方法。准电动势进行比较从而得到未知电动势值的测量方法。 按照图示将按照图示将2个电动势对接个电动势对接 当当2个电动势相等时，无电流个电动势相等时，无电流 优点优点 因为没有电路中附加电阻的分压作用，测量较精确因为没有电路中附加电阻的分压作用，测量较精确 调节调节EN的值，当检流计指的值，当检流计指0的的时候，电路中没有电流，此时时候，电路中没有电流，此时E

4、N=Ex，就知道了未知电动势，就知道了未知电动势的值。的值。2、电位差计的工作原理电位差计的工作原理 通过前面给出的简单例子中的电路实际上无法完成测量工通过前面给出的简单例子中的电路实际上无法完成测量工作作 如何让如何让EN可变？可变？ 如何解决如何解决EN不能通过较大电流的问题？不能通过较大电流的问题？ 为了解决上面的问题，采用下面的电路为了解决上面的问题，采用下面的电路通过调节旋钮开关通过调节旋钮开关K2可以分别将可以分别将“标准回路标准回路”和和“待测回路待测回路”与电位差与电位差计工作电源计工作电源E相连，形成相连，形成2个补偿个补偿电路电路。电位差计电路原理图电位差计电路原理图I2、

5、图中，图中，RN为标准电池的温度补偿为标准电池的温度补偿电阻，需要根据标准电池的工作温度电阻，需要根据标准电池的工作温度计算出标准电池的电动势值计算出标准电池的电动势值EN ，然后然后相应调节相应调节RN的值的值（使其读数等于（使其读数等于EN ）。）。1、标准电池标准电池EN的输出电压与工作温度有关。的输出电压与工作温度有关。注注2：电位差计的工作电流被设计为某：电位差计的工作电流被设计为某个标准值个标准值 I，称为，称为标准工作电流标准工作电流，我们，我们必须在这个电流下进行测量。此时有必须在这个电流下进行测量。此时有NNIRE注注1：RN的阻值在仪器制造时由制造商根据的阻值在仪器制造时由

6、制造商根据不同温度下的不同温度下的EN确定。所以确定。所以RN的读数被表的读数被表示成示成 I RN ，也就是某个温度下，也就是某个温度下EN的值。的值。NIR3、RP为电位差计工作为电位差计工作工作电流工作电流的的调节调节电阻电阻，当选定当选定RN之后，再通过调节之后，再通过调节RP使电路中的使电路中的实际电流等于标准工作电流实际电流等于标准工作电流 I。 4、通过、通过K2接入待测电动势，可调节接入待测电动势，可调节Rx的大小使得的大小使得Ex与与Rx两端电压补偿，此时两端电压补偿，此时可知可知Ex的值就是的值就是xXRIE说明说明：实际上这里还是用标准电池作为标准来衡量别的电动势，只是并

7、：实际上这里还是用标准电池作为标准来衡量别的电动势，只是并没有让它们直接比较，而是依靠中介没有让它们直接比较，而是依靠中介 I 的作用进行间接比较：的作用进行间接比较：NNxXERRE5、结果：因为工作电流是经过标准化的，、结果：因为工作电流是经过标准化的，Rx两端的电压与其阻值是一一对两端的电压与其阻值是一一对应的，所以可以将其读数表示为其两端的电压值，如下图应的，所以可以将其读数表示为其两端的电压值，如下图UJ36a型携带式直流电位差计型携带式直流电位差计 UJ36a型携带式直流电位差计，可在实验室、车间及现场和野外工作，能很方型携带式直流电位差计，可在实验室、车间及现场和野外工作，能很方

8、便地以补偿法原理，测量直流电压（或电动势）和对各种直流毫伏表及电子便地以补偿法原理，测量直流电压（或电动势）和对各种直流毫伏表及电子电位差计进行刻度较正。如配备标准电阻，过渡电阻，也能对直流电阻、电电位差计进行刻度较正。如配备标准电阻，过渡电阻，也能对直流电阻、电池进行测量。池进行测量。 仪器有内附集成放大器、晶体管放大检流计、及标准电池、不需外加附件便仪器有内附集成放大器、晶体管放大检流计、及标准电池、不需外加附件便可进行测量。可进行测量。 仪器另一主要用途，是配合各种测量温度的热电偶，能快速而准确地检测温仪器另一主要用途，是配合各种测量温度的热电偶，能快速而准确地检测温度，是热工测量上常备

9、的测量工具。度，是热工测量上常备的测量工具。 UJ36a电位差计原理电位差计原理 2、按图、按图1测量电动势或电压的步骤测量电动势或电压的步骤 将将K扳向标准位置，调节扳向标准位置，调节RP，使检流计指零，这时标准电池的电动势由电阻，使检流计指零，这时标准电池的电动势由电阻RN上的电压降补偿。上的电压降补偿。 EN=IRN（1） 式中：式中：I是流过是流过RN和和R的电流以称之为电位差计的工作电流。的电流以称之为电位差计的工作电流。 由（由（1）式可得：）式可得： I=EN/RN（2） 工作电流调节好以后，将工作电流调节好以后，将K扳向扳向“未知未知”位置，同时移动位置，同时移动Q触头，再次使

10、流计触头，再次使流计指零，此时触头指零，此时触头Q在在R上的读数为上的读数为RQ，这时被测量的电动势或电压电阻，这时被测量的电动势或电压电阻RQ上上的电压降补偿。的电压降补偿。 EX=IRQ（3） 由（由（2）代入（）代入（3）式得：）式得： Ex=EN (RQ/RN) （4） 从（从（4）式可看出，用电位差计测量电动势（或电压）有以下优点：）式可看出，用电位差计测量电动势（或电压）有以下优点： （1）不需要测量出线路里的电流大小，只要测量）不需要测量出线路里的电流大小，只要测量RQ与与RN的比值即可。的比值即可。 （2）当完全补偿时，测量回路与被测量回路之间无电流通过，并不从被测电）当完全补

11、偿时，测量回路与被测量回路之间无电流通过，并不从被测电路中吸取功率。路中吸取功率。 （3）测量的准确性是依赖标准电池的电动势）测量的准确性是依赖标准电池的电动势EN及被测量电动势之补偿电阻及被测量电动势之补偿电阻RQ与标准电阻与标准电阻RN之比值的准确性和工作电流稳定性所决定。之比值的准确性和工作电流稳定性所决定。 3、本仪器的电阻均采用锰铜合金线，以双线无感绕制，并经人工老化和精确、本仪器的电阻均采用锰铜合金线，以双线无感绕制，并经人工老化和精确调整，阻值稳定。调整，阻值稳定。 标准电动势，采用不饱和标准电池，温度影响可忽略不计从而保证仪器的准标准电动势，采用不饱和标准电池，温度影响可忽略不

12、计从而保证仪器的准确性。确性。 三、线路结构三、线路结构 UJ36a型电位差计，由步进读数盘和滑线读数盘以及晶体管放大检流计，电键型电位差计，由步进读数盘和滑线读数盘以及晶体管放大检流计，电键开关，标准电池组成。工作回路电流分别为：开关，标准电池组成。工作回路电流分别为：1时，时，5mA，0.2时，时，1mA 测量测量 范围：范围：10V 320mV; 测量精度：测量精度：0.1% ，步进读数盘由，步进读数盘由22只只2欧姆电阻欧姆电阻组成，滑线盘电阻为组成，滑线盘电阻为2.2欧姆。欧姆。使用说明使用说明 1、测量未知电、测量未知电 压压Ux： 打开后盖，按极性装入打开后盖，按极性装入1.5V

13、1号干电号干电4或或5节及节及9V6F22垒垒层电池层电池1或或2节，倍率开关从节，倍率开关从“断断”旋到所需倍率，此时上述电源接通，旋到所需倍率，此时上述电源接通，3分钟分钟后调节后调节“调零调零”旋钮，使检流计指针示值为零。旋钮，使检流计指针示值为零。 2、将被测、将被测“未知未知”的电压（或电动势）接在的电压（或电动势）接在“未知未知”的二个接线柱上（注意的二个接线柱上（注意极性）。极性）。 3、将扳键开关，扳向、将扳键开关，扳向“标准标准”，调节多圈变阻器，使检流计指零。，调节多圈变阻器，使检流计指零。 4、再将扳键开关，扳向、再将扳键开关，扳向“未知未知”调节步进读数盘和滑线读数盘使

14、检流计再次调节步进读数盘和滑线读数盘使检流计再次指零，未知电压（电动势）按下式表示。指零，未知电压（电动势）按下式表示。 Ux =（步进盘读数（步进盘读数+滑线盘读数）滑线盘读数）倍率倍率 5、在连续测量时，要求经常核对电位差计工作电流，防止工作电流变化。、在连续测量时，要求经常核对电位差计工作电流，防止工作电流变化。 7、作信号输出：、作信号输出：将扳键开关扳向将扳键开关扳向“标准标准”，调节多圈变阻器，使检流计指零。，调节多圈变阻器，使检流计指零。倍率开关旋向倍率开关旋向“G1”时，电位差计处于时，电位差计处于1位置，检流计短路。倍率开关旋向位置，检流计短路。倍率开关旋向“G0.2”时，电

15、位差计处于时，电位差计处于0.2位置，检流计短路。在位置，检流计短路。在“未知未知”端中可输出标准端中可输出标准直流电动势（不可输出电流）。直流电动势（不可输出电流）。 六、维护保养和注意事项六、维护保养和注意事项 1、仪器应贮放在环境温度为、仪器应贮放在环境温度为+535，相对湿度低于，相对湿度低于80%条件下，室内空条件下，室内空气不应含有能腐蚀仪器的气体和有害杂质。气不应含有能腐蚀仪器的气体和有害杂质。 2、电位差工作电源和晶体管放大器电源（用户自备）装在外壳底部电池盒内、电位差工作电源和晶体管放大器电源（用户自备）装在外壳底部电池盒内，注意极性。，注意极性。 3、如发现电流调节多圈变阻

16、器，不能使检流计指零时，则应更换、如发现电流调节多圈变阻器，不能使检流计指零时，则应更换1.5伏干电池，若晶体体管放大检流计灵敏度低，则更换伏干电池，若晶体体管放大检流计灵敏度低，则更换9伏干电池。伏干电池。 4、仪器使用完毕，将、仪器使用完毕，将“倍率倍率”开关旋向断位置，避免浪费电源，电开关旋向断位置，避免浪费电源，电键开关应放在中间位置，仪器长期搁置不用，应将电池取出（标准电键开关应放在中间位置，仪器长期搁置不用，应将电池取出（标准电池除外）。池除外）。 5、仪器若长期搁置不用，可能在接触处产生氧化、造成接触不良，、仪器若长期搁置不用，可能在接触处产生氧化、造成接触不良，使用时，应将全部

17、开关和滑线盘旋转几次，使其接触良好，如果接触使用时，应将全部开关和滑线盘旋转几次，使其接触良好，如果接触还不好，必须用汽油清洗还不好，必须用汽油清洗 ，使接触良好，再涂上一薄层无酸性凡士，使接触良好，再涂上一薄层无酸性凡士林予以保护。林予以保护。 6、电位差计应保持清洁，并避免直接阳光曝晒和剧烈震动。、电位差计应保持清洁，并避免直接阳光曝晒和剧烈震动。 7、在正常环境下，仪器的线路与外壳之间的绝缘电阻应大于、在正常环境下，仪器的线路与外壳之间的绝缘电阻应大于100M。 8、在正常环境下，仪器的线路与外壳之间的绝缘强度，能经受正弦交流、在正常环境下，仪器的线路与外壳之间的绝缘强度，能经受正弦交流

18、 电压电压500伏，历时一分钟不击穿。伏，历时一分钟不击穿。 热电偶热电偶 热电偶是用来测温的一种仪表。热电偶是用来测温的一种仪表。 两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当合成回路，当2个接合点的温度不同时，在回路中就会产个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为温差电效应。生电动势，这种现象称为温差电效应。T1T2热电偶示意图热电偶示意图1212TTTT 为为温差系数温差系数四、实验仪器四、实验仪器 下图是该实验仪器组合下图是该实验仪器组合电位差计电位差计检流计检流计标准电池标准电池烧杯、温度烧杯、温度

19、计、热电偶计、热电偶1、电位差计、电位差计 UJ31型型与游标卡尺的读法一样与游标卡尺的读法一样2、电位差计、电位差计 UJ34型型3、检流计、检流计 AZ19型型交流电源供电，背后有电源开关交流电源供电，背后有电源开关电池供电，无电源开关电池供电，无电源开关接线柱接线柱主旋扭主旋扭调零旋钮调零旋钮4、标准电池、标准电池用于校准用于校准B组，一般不用组，一般不用一般使用这一组一般使用这一组接到电位差计的接到电位差计的“标标准准”接线柱接线柱5、热电偶、热电偶热电偶热电偶冷端，室温冷端，室温热端，应与温热端，应与温度计水银头高度计水银头高度一致度一致A、准备工作、准备工作 A.1 将电位差计转换

20、开关将电位差计转换开关K2放在放在“断断”档，将控制开关档，将控制开关K0放放在在“断断”档（档（UJ31型型则是将则是将3个控制按钮全部松开）个控制按钮全部松开）。 如果是如果是UJ31型，还应将型，还应将量程开关量程开关K1放在放在“X1”档档，表示，表示R的的读数倍率为读数倍率为1倍，如果是倍，如果是“X10”档档，最后读数应该乘以，最后读数应该乘以10）。）。UJ34型没有型没有K1开关，不用管。开关，不用管。UJ31型型A.2 A.2 接线。接线。按照电位差计面板上的标识分别连接检流计、按照电位差计面板上的标识分别连接检流计、标准电池和热电偶。标准电池和热电偶。注意：注意： 标准电池

21、上“+”极接电位差计上“标准”接线柱的“+”极； 检流计不分正负极，接到“电计”（UJ34型）或“检流计”（ UJ31型）接线柱上； 热电偶容易断，已经连接好，如非必要，请不要动。A.3 A.3 将桌面上的电源开关打开。将桌面上的电源开关打开。并打开检流计电源开关并打开检流计电源开关（如果有的话）（如果有的话）， 进行进行调调0。 将将“主旋扭主旋扭”由由“关机关机”旋至旋至“调零调零”档，稍等片刻，等检流档，稍等片刻，等检流计指针基本稳定后，调节计指针基本稳定后，调节“调零调零”旋钮使指针指旋钮使指针指0。 然后然后将主旋钮旋至最大档将主旋钮旋至最大档30mV档位档位待用待用。（为什么为什么

22、要用要用最大档位？最大档位？ ） 注意：注意：调调0之后不要再动之后不要再动“调零调零”旋钮旋钮。A.4 A.4 读出室温读出室温（注意精度）（注意精度），根据公式（，根据公式（P47）计算）计算EN，并将并将RN调好，使调好，使RN读数等于读数等于EN；例如下图中读数为；例如下图中读数为（注（注意小白点对应的位置）意小白点对应的位置）1 . 0 1 8 6 7 VB、工作电流标准化工作电流标准化 B.1 打开电位差计背面的电源开关打开电位差计背面的电源开关（UJ31型只有型只有1个，而个，而UJ34型有型有2个，必须都打开）个，必须都打开），将转换开关，将转换开关K2旋至旋至“标标准准”档；

23、档； B.2 使用使用K0的的“粗粗”（将（将UJ31型型上的按钮上的按钮“粗粗”按下按下，或，或UJ34型旋至型旋至“粗粗”），观察检流计指针的偏转。，观察检流计指针的偏转。 B.2.1调节调节RP使使检流计指针向检流计指针向0刻度偏转刻度偏转 （此时是粗调，不需（此时是粗调，不需要严格指要严格指0） ；（此时检流计在（此时检流计在30mV档）档） B.2.2顺次减小检流计档位直至顺次减小检流计档位直至1mV档，观察档，观察检流计指针的偏检流计指针的偏转转，重复，重复B.2.1B.3 B.4 B.3 将电位差计控制开关将电位差计控制开关K0旋至旋至“细细”（如果是（如果是UJ31型，型，则将

24、按钮则将按钮“粗粗”弹起，弹起，“细细”按下）按下），继续继续调节调节RP使检流计使检流计严严格格指零；指零；（此时检流计在（此时检流计在1mV档）档） B.4 标准化完成，标准化完成，将将K2以及以及K0置于置于“断断”状态。状态。按照按照“先粗调后细调（先粗调后细调（K0）、先大档位后小档位（检流计由）、先大档位后小档位（检流计由30mV到到1mV档，档，最小必须用到最小必须用到1mV档）档）”的原则调节仪器。这里考察学生的原则调节仪器。这里考察学生“手脑并用手脑并用”的能力！的能力！做这一部分内容的时候要用到做这一部分内容的时候要用到“标准电池标准电池”，所以考虑到标准电池的特点，所以考

25、虑到标准电池的特点，要求操作必须流畅，或者要求操作必须流畅，或者在非操作（思考、犹豫等）情况下应将在非操作（思考、犹豫等）情况下应将K2以及以及K0置于置于“断断”状态！状态！C、测量、测量 C.1 给烧杯给烧杯里加入里加入适量开水。适量开水。 注意注意 大约1/4杯，水太多了冷却慢，太少了温度达不到； 确保温度计测量的温度与热电偶工作端的温度一致； 热电偶另一端置于空气中，温度 t0即为前面测量的室温； C.2 将开关将开关K2旋至旋至“未知未知1”（热电偶都已经连接至热电偶都已经连接至“未知未知1”接线柱接线柱），将检流计重新置于，将检流计重新置于30mV档；档；C.3 C.3 使用使用K

26、0的的“粗粗”（将（将UJ31型型上的按钮上的按钮“粗粗”按下按下，或，或UJ34型旋至型旋至“粗粗”），观察检流计指针的偏转。，观察检流计指针的偏转。 C.3.1调节调节R使使检流计指针向检流计指针向0刻度偏转刻度偏转 （此时是粗调，不需（此时是粗调，不需要严格指要严格指0） ；（此时检流计在（此时检流计在30mV档）档） C.3.2顺次减小检流计档位直至顺次减小检流计档位直至1mV档，观察档，观察检流计指针的偏检流计指针的偏转转，重复，重复C.3.1注意：注意：UJ31型的型的R3可连续旋转，但是可连续旋转，但是这一段没有电阻也没有读数，这一段没有电阻也没有读数，避免使用这一段。避免使用这

27、一段。如果旋至超过如果旋至超过100还不满足要求，还不满足要求，要使用要使用R2。C.47 C.4 将电位差计控制开关将电位差计控制开关K0旋至旋至“细细”（如果是（如果是UJ31型，型，则将按钮则将按钮“粗粗”弹起，弹起，“细细”按下）按下），继续继续调节调节R使检流计使检流计严严格格指零；指零；（此时检流计在（此时检流计在1mV档）档） C.5 一次测量完成，一次测量完成，先读出温度计示数，再读先读出温度计示数，再读R读数，读数，记记入表中。入表中。 C.6 待温度下降待温度下降46 ，重复，重复C.4C.5，一共测量，一共测量48组组数据。数据。 C.7 测量完成，将测量完成，将K0、K

28、2断开。然后将数据给老师检查，断开。然后将数据给老师检查，并在实验记录本的相应位置签字。并在实验记录本的相应位置签字。D、整理仪器、打扫卫生、整理仪器、打扫卫生 D.1 将电位差计上将电位差计上K0置于置于“断断”档（档（UJ31上的按钮全部弹上的按钮全部弹起），起），K2置于置于“断断”档，档，R和和RP归零，关闭背部的电源归零，关闭背部的电源； D.2 将检流计主旋钮左旋到底，置于关机，并将导线取下；将检流计主旋钮左旋到底，置于关机，并将导线取下； D.3 将标准电池的连接导线取下；将标准电池的连接导线取下； D.4 关闭桌面电源；关闭桌面电源； D.5 将烧杯中的剩水倒掉将烧杯中的剩水倒

29、掉； D.6 用用拧干拧干的湿抹布将实验台和仪器表面擦一遍；的湿抹布将实验台和仪器表面擦一遍； D.7 打扫实验室。打扫实验室。六、数据记录与处理六、数据记录与处理T（）T（）Ex（mV）将数据记入下表，回去后按照后面的要求进行处理：将数据记入下表，回去后按照后面的要求进行处理：1.在坐标纸上作出在坐标纸上作出Ex-T曲线；曲线；2.根据热电偶的电动式近似公式，用逐差法计算出直线斜率，即为根据热电偶的电动式近似公式，用逐差法计算出直线斜率，即为温差系数温差系数，并进行误差分析。，并进行误差分析。数据处理方法及作图要求参考指导书第一章相关内容数据处理方法及作图要求参考指导书第一章相关内容七、七、 实验中易出现的问题及解决方法实验中易出现的问题及解决方法 检流计怎么调节指针都不动检流计怎么调节