電位差計(jì)的原理和使用

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握電位差計(jì)的工作原理和正確使用方法，加深對補(bǔ)償法測量原理的理解和運(yùn)2．訓(xùn)練簡單測量電路的設(shè)計(jì)和測量條件的選擇?！緦?shí)驗(yàn)儀器】FJ31型直流分壓箱、滑線變阻器、直流電阻箱、待校驗(yàn)電表、待測干電池、待測電阻、開關(guān)和導(dǎo)線等?！緦?shí)驗(yàn)原理】如圖5.8.1所示，電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)電壓補(bǔ)償法，先使標(biāo)準(zhǔn)電池E與測量電路中的精密n電阻R的兩端電勢差U相比較，再使被測電勢差(或nst電壓)E與準(zhǔn)確可變的電勢差U相比較，通過檢流xx計(jì)G兩次指零來獲得測量結(jié)果。電壓補(bǔ)償原理也可從電勢差計(jì)的“校準(zhǔn)”和“測量”兩個(gè)步驟中理解。K2ExEExn粗細(xì)nEnEIKRx校準(zhǔn)：將K打向“標(biāo)準(zhǔn)”位置，檢流計(jì)和校準(zhǔn)電路聯(lián)接，R取一預(yù)定值，其大小由標(biāo)2n準(zhǔn)電池E的電動(dòng)勢確定；把K合上，調(diào)節(jié)R，使檢流計(jì)G指零，即E=IR，此時(shí)測量電路S1Pnn的工作電流已調(diào)好為I=E/R。校準(zhǔn)工作電流的目的：使測量電路中的R流過一個(gè)已知nnx的標(biāo)準(zhǔn)電流I，以保證R電阻盤上的電壓示值(刻度值)與其(精密電阻R上的)實(shí)際電oxx測量：將K打向“未知”位置，檢流計(jì)和被測電路聯(lián)接，保持I不變(即R不變)，K2oP1合上，調(diào)節(jié)R，使檢流計(jì)G指零，即有E=U=IR。xxxoxE由此可得E=nR。由于箱式電位差計(jì)面板上的測量盤是根據(jù)R電阻值標(biāo)出其對應(yīng)xRxxn的電壓刻度值，因此只要讀出R電阻盤刻度的電壓讀數(shù)，即為被測電動(dòng)勢E的測量值。所xx以，電位差計(jì)使用時(shí)，一定要先“校準(zhǔn)”，后“測量”，兩者不能倒置?！緦?shí)驗(yàn)裝置】UJ31型箱式電位差計(jì)是一種測量低11標(biāo)準(zhǔn)檢流計(jì)5.7-6.4V未知1未知2K1KIIIII粗細(xì)短路1未知2粗細(xì)中nI2節(jié)工作電流(即校準(zhǔn))時(shí)分別調(diào)節(jié)R(粗調(diào))、R(中調(diào))和R(細(xì)調(diào))三個(gè)電阻轉(zhuǎn)p1p2p3盤，以保證迅速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)工作電流。R是為了適應(yīng)溫度不同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢的變化而n，通過調(diào)節(jié)R，使工作電流保持不變。Rnx被分成Ⅰ(1)、Ⅱ(0.1)和Ⅲ(0.001)三個(gè)電阻轉(zhuǎn)盤，并在轉(zhuǎn)盤上標(biāo)出對應(yīng)R的x下方的“粗”和“細(xì)”兩個(gè)按鈕，其作用是：按下“粗”銨鈕，保護(hù)電阻和靈敏電流計(jì)串聯(lián)，此時(shí)電流計(jì)的靈敏度降低；按下“細(xì)”按鈕，保護(hù)電阻被短路，此時(shí)電流計(jì)的靈敏度提高。K為標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電動(dòng)勢的轉(zhuǎn)換開關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)電池、靈敏電流計(jì)、工作電源和未知電動(dòng)勢2E由相應(yīng)的接線柱外接。x(1)將K置到“斷”，K置于“1”檔或“10”檔(視被測量值而定)，分別接21nnK置“標(biāo)準(zhǔn)”檔，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)R、R和R，使靈敏電流計(jì)指針指零，再2p1p2p3Rpp3(3)將K置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅰ、Ⅱ2使靈敏電流計(jì)指零，再按下“細(xì)”按鈕，精確調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅲ使靈敏電流計(jì)指零。讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的示值乘以相應(yīng)的倍率后相加，再乘以K所用的倍率，即為被測電動(dòng)勢(或1x的條件下，其基本誤差限為Ux=士(0.05%U+0.5U)(5.8.1)XUxX2．標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池的使用參閱§3.6。EKEK分壓箱是用來擴(kuò)大電位差計(jì)量程的，它實(shí)際上是由若干個(gè)準(zhǔn)確度很高的電阻串聯(lián)組成的入端”與待測的電動(dòng)勢(或電壓)相接，“輸出端”與電位差計(jì)的“未知”端相接，則所測V=n電位差讀數(shù)值。x靈敏電流計(jì)的使用參閱§3.5?！緦?shí)驗(yàn)容】1．用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為3V(或75mV)的電壓表(參考電路如圖5.8.3，圖5.8.4)(1)設(shè)計(jì)較準(zhǔn)電壓表的控制電路，要求控制電路的電壓調(diào)節(jié)圍在0~3V(或0~75mV)(2)根據(jù)電位差計(jì)和待校電壓表的量程，選取適當(dāng)?shù)姆謮罕取?3)作UU校準(zhǔn)曲線，對待校電壓表的精度作出評價(jià)。xx(4)估算電表校驗(yàn)裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的初步結(jié)論。EKEE1G+準(zhǔn)+++檢流計(jì)5.7-6.4V未知1+準(zhǔn)UJ31型電位差計(jì)RR2V箱+標(biāo)準(zhǔn)UJ31型電位差計(jì)+++檢流計(jì)5.7-6.4V未知1未知2G2．用電位差計(jì)校準(zhǔn)量程為15mA(或30mA)的毫安表(參考電路如圖5.8.5)(1)設(shè)計(jì)較準(zhǔn)毫安表的控制電路．要求控制電路的電流調(diào)節(jié)圍在0.00~15.00mA(0~30mA)連續(xù)可調(diào)。(2)選取適當(dāng)?shù)娜与娮韬妥冏杵髯柚怠?3)作II校正曲線，對待校電流表的精度作出評價(jià)。xx(4)估算電表校驗(yàn)裝置的誤差，并判斷它是否小于電表基本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的初步結(jié)論。3．用電位差計(jì)測量干電池的電動(dòng)勢(參考電路如圖5.8.6)(1)根據(jù)電位差計(jì)的量程和被測干電池，選取適當(dāng)?shù)姆謮浩鞯姆謮罕取EKG++++x(2)測量次數(shù)不少于6次，并進(jìn)行誤差分析，寫出干電池的測量結(jié)果E士。xERHG+++檢流計(jì)5.7-6.4V未知1未知2UJ31型電位差計(jì)+準(zhǔn)E圖5.8.6用電位差計(jì)測量干電池4．用電位差計(jì)測電阻值(參考電路如圖5.8.7)(1)令穩(wěn)壓電源固定輸出1.5V，設(shè)計(jì)測定電阻的控制電路，由于實(shí)驗(yàn)室提供的UJ31型直流電位差計(jì)有兩組輸入測量端，則應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能對標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測電阻的端電壓作連續(xù)(2)選擇合適的測量條件，包括：(3)測量次數(shù)不少于6次，計(jì)算不xR上述實(shí)驗(yàn)容可任選兩項(xiàng)完成。【注意事項(xiàng)】1.實(shí)驗(yàn)前熟悉UJ31型直流電位差計(jì)各旋鈕、開關(guān)和接線端鈕的作用。接線路時(shí)注意各電源及未知電壓的極性。RREKG+++檢流計(jì)5.7-6.4V未知1未知2+標(biāo)準(zhǔn)3.為防止工作電流的波動(dòng)，每次測電壓前都應(yīng)校準(zhǔn)．并且測量時(shí)，必須保持標(biāo)準(zhǔn)的工4.測量前，必須預(yù)先估算被測電壓值，并將測量盤Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ調(diào)到估算值。5.使用UJ31型電位差計(jì)，調(diào)節(jié)微調(diào)刻度盤Ⅲ時(shí)，其刻度線缺口不屬于讀數(shù)圍，進(jìn)入這一圍時(shí)測量電路已經(jīng)斷開，此時(shí)檢流計(jì)雖回到中間平衡位置亦不是電路達(dá)到平衡狀態(tài)的指【思考題】1．箱式電位差計(jì)的工作原理是什么？使用箱式電位差計(jì)時(shí)，為什么要“先校準(zhǔn)，后測sxsx3．電位差計(jì)的面板上的粗、中、細(xì)三個(gè)旋鈕的作用是什么？124．在接線、拆線或調(diào)節(jié)未知電壓U之前，必須先把K(或125．箱式電位差計(jì)左下角之“粗”、“細(xì)”兩個(gè)按鈕的作用是什么？如何使用？6．測量時(shí)為什么要估算并預(yù)置測量盤的電位差值？接線時(shí)為什么要特別注意電壓極性8．什么是“補(bǔ)償法”？用這種方法測電動(dòng)勢有什么特點(diǎn)？9．如果電位差計(jì)沒有嚴(yán)格校準(zhǔn)，工作電流偏大，將使測量結(jié)果偏大還是偏?。俊靖戒洝?．在用電位差計(jì)校準(zhǔn)電流表時(shí)，是通過用電位差計(jì)測量標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓來轉(zhuǎn)化成標(biāo)本誤差限的1/3，進(jìn)而得出校驗(yàn)裝置是否合理的結(jié)論。估算時(shí)只要求考慮電位差計(jì)的基本誤差限及標(biāo)準(zhǔn)電阻R的誤差，可用下式確定：s=Ixs=Ixs顯然，電表校驗(yàn)裝置的誤差還應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢E(t)欠準(zhǔn)、工作電流波動(dòng)、線間絕緣n