用電位差計(jì)校準(zhǔn)電表三

1、實(shí)驗(yàn)電位差計(jì)的使用(三)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解補(bǔ)償法測電動勢的原理2、掌握電位差計(jì)測電動勢的使用方法3、學(xué)習(xí)用電位差計(jì)校準(zhǔn)電表的方法實(shí)驗(yàn)原理電位差計(jì)是電子測量中直接用來精密測量電動勢或電位差的儀器。也可用來間接測量電流、電阻 和校準(zhǔn)各種精密電表，有著廣泛的用途。電位差計(jì)是根據(jù)補(bǔ)償原理將被測電動勢與準(zhǔn)確已知的標(biāo)準(zhǔn)電動勢相比較而工作的。1、補(bǔ)償原理一定的電源具有一定的電動勢，如果直接用伏特計(jì)接在電源的兩極，測出來的將不是電動勢，而 是端電壓，因?yàn)檫@時(shí)電路中有電流通過，根據(jù)全電路歐姆定律有：Ex 二V I r圖1補(bǔ)償法原理圖式中r為電源內(nèi)阻，V是伏特計(jì)的指示值，顯然只有在待測電路中沒有電流通過的條件下，測

2、得的電源兩極之間的端電壓才是電源的電動勢的準(zhǔn)確值。利用補(bǔ)償法可以滿足這種條件。其原理如圖1所示。圖中Ex是被測電動勢，Es是可調(diào)節(jié)電動勢大小的標(biāo)準(zhǔn)電源。兩個(gè)電源通過檢流計(jì) G對接在一起。調(diào)節(jié)電動勢Es的大小，使回路中檢流計(jì)指針指示為零(即回路電流為零)，則Ex與Es的電動勢大小相等，則有Ex=Es。此時(shí)稱電路達(dá)到平衡。 知道了平衡狀態(tài)下 Es的大小，就可以確定被測電動勢 Ex的值了，這種測定 電源電動勢的方法叫補(bǔ)償法。利用補(bǔ)償法制成的測量電位差(或電動勢)的儀器就叫做電位差計(jì)。2、電位差計(jì)的工作原理電位差計(jì)的原理線路如圖 2所示。其中Es為標(biāo)準(zhǔn)電池，Ex為被測電源，E是工作電源，G是檢流 計(jì)。

3、由工作電源 E，電阻R、R1及Rn串聯(lián)組成的電路稱為輔助電路( R Rs Rn E)。調(diào)節(jié)R.可改變 電路的工作電流。使用電位差計(jì)可分兩個(gè)步驟。(1) 校準(zhǔn)工作電流根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池Es的電動勢調(diào)節(jié)工作電流，將開關(guān) K置于“ 1”位置，則Es, G, Rs形成補(bǔ)償電路(Es K G Rs Es),調(diào)節(jié)Rn使輔助電路的工作電流 I為某值時(shí)，使 Rs兩端的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電池的電 動勢Es相補(bǔ)償，檢流計(jì) G中無電池通過，此時(shí)有 Es=|Rs，即輔助回路(E R Rs Rn E)中的電流一、EsI達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化，I -Rs(2) 測量未知電動勢將開關(guān)K合在“ 2”位置，此時(shí)待測電動勢為 Ex，檢流計(jì)G與R上的Rx段構(gòu)

4、成待測補(bǔ)償電路(Ex Rx G K Ex),當(dāng)調(diào)節(jié)電阻R上的C點(diǎn)位置再次使檢流計(jì) G指針指零，此時(shí)有Ex = IRxRx（ 1 ）Rs這里的電流I就是前面經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的工作電流，從上式可知，如果Es、Rs均為準(zhǔn)確已知值，則被測電動勢Ex的大小，在電流標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上， 在電阻為Rx的位置上可以直接標(biāo)出與 IRx對應(yīng)的電動勢 （電壓）值。也就是說，調(diào)節(jié) Rx的值使檢流計(jì)指示為零時(shí)，電位差計(jì)達(dá)到平衡。這時(shí)即為被測電動勢 （電壓）的測量值。在測量過程中，為了避免工作電源E不穩(wěn)定所造成的影響。在每次測量前，必須用上述校準(zhǔn)電路標(biāo)準(zhǔn)工作流后，才能進(jìn)行測量。用電位差計(jì)測量電位差（或電動勢）的優(yōu)點(diǎn)是：（1） 準(zhǔn)確

5、度高。因其電阻Rs，Rx和校準(zhǔn)電池都很準(zhǔn)確，檢流計(jì)靈敏度高，電源穩(wěn)定，故可以作 為標(biāo)準(zhǔn)儀器來校準(zhǔn)電表。（2）靈敏度高，可測小電壓。（3） 內(nèi)阻高，不影響待測電路，因?yàn)橛梅赜?jì)測量電位差時(shí)，總要從被測電路上分出一部分電流， 從而改變被測電路的工作狀態(tài)，伏特計(jì)內(nèi)阻越低，這種影響就越大。而用電位差計(jì)測量時(shí)，補(bǔ)償回路中電流為零，故可測出電源電動勢。（4）能測出一切直接電學(xué)量（可轉(zhuǎn)化為電壓來測）實(shí)驗(yàn)儀器UJ31型電位差計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)電池，標(biāo)準(zhǔn)電阻，滑線變阻器，檢流計(jì)，直流穩(wěn)壓電源，甲電池，微安表， 開關(guān)等。1、標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池是用汞一鎘電醇液化學(xué)溶液配制而成，而極為汞和鎘汞齊，其電動勢很穩(wěn)定，但隨溫度 略有變

6、化，在室溫為 20 C時(shí)，電動勢為 E2o=1.O186V在其它溫度下其電動勢可按下式（我國部頒標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算：Et = E20- 39.9（t 20）+0.929（t 20）2-0.0090（t 20）3+0.00006（t 20）4x10-6V使用標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)注意下面兩點(diǎn)：（1）標(biāo)準(zhǔn)電池不能作電源使用，不允許通過的電流大于幾微安，嚴(yán)格禁止用伏特表直接測量標(biāo)準(zhǔn) 電池端電壓，否則將使電動勢下降，失去標(biāo)準(zhǔn)值。（2）由于標(biāo)準(zhǔn)電池是化學(xué)溶液配制而成，因此不能傾斜或震動，更不可倒置，否則會使電池內(nèi)部 結(jié)構(gòu)受到破壞。2、UJ31型電位差計(jì)這是一種低電勢直流電位差計(jì)，其面板如圖3所示。各端鈕、旋鈕及讀數(shù)盤的用法

7、說明如下：（1）接線端鈕有5組，分別接標(biāo)準(zhǔn)電池（“標(biāo)準(zhǔn)”端鈕），檢流計(jì)（“檢流計(jì)”端鈕），電位差計(jì)工 作電源（“5.76.4”端鈕）以及待測電壓（“未知1 ”，“未知2”端組鈕），兩組未知端鈕可相繼測未知 電壓（或電動勢）。圖2 電位差計(jì)原理圖（2）可變電阻“ Rn”分為“粗”、“中”、“細(xì)”用來調(diào)節(jié)輔助電路的工作電流（即標(biāo)準(zhǔn)電流）（3）“Rs”為標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的補(bǔ)償電阻。電于標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢隨溫度有微小變化，為保證電位差計(jì)中有固定的工作電流，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)Rs來補(bǔ)償不同溫度時(shí)的電動勢的大小。（4） “ Ki ”為量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，是用來改變測量回路中電流的。當(dāng)Ki指在“X 1”時(shí)，測量范圍為 01

8、7.1mv，分度值為1卩V （游標(biāo)可指示 0.1卩V）;當(dāng)Ki指在“X 10”時(shí)，測量范圍為 0171mV，分 度值為10卩V （游標(biāo)可指示到1卩V）, K1位于“X 1”與“X 10”的中間“斷”位，即切斷工作電源。（5） “ K2”為測量轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)工作電流時(shí)，將K2指在“標(biāo)準(zhǔn)”位置，進(jìn)行測量時(shí)將K2指在“未知1 ”或“未知2 ”位置。（6） 電阻R上的Rx段的電壓是由3個(gè)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤（I、n、川）的示值讀得的。當(dāng)調(diào)節(jié)測量盤使 測量回路中Rx間的電壓與被測電動勢補(bǔ)償時(shí)， 3個(gè)測量盤上所指示的讀數(shù)之和即為被測電動勢或電位 差，測量盤（III ）旁裝有游標(biāo) A，以提高讀數(shù)精度。（7）“K3”為

9、3個(gè)按鍵開關(guān)“粗”、“細(xì)”,“短路”，當(dāng)按下檢流計(jì)時(shí)回路才接通。不論標(biāo)準(zhǔn)工作電流或測量電壓時(shí)，必須應(yīng)先按“粗”鍵（檢流計(jì)串接一只保護(hù)電阻，防止電流過大）調(diào)Rn （或Rx）使檢流計(jì)指針接近零點(diǎn)。然后再按“細(xì)”鍵，再調(diào)Rn （或Rx）使檢流計(jì)指針指示為零點(diǎn)不動，才算調(diào)好電位差計(jì)的平衡。如果檢流計(jì)指針有劇烈擺動或不停的晃動，可在零點(diǎn)附近時(shí)按“短路”鍵使它停止晃動（用躍接法）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用電位差計(jì)校準(zhǔn)微安表（1） 按圖4連接實(shí)驗(yàn)測量線路。圖中E為電源（1.5V甲電池），Rh和Ra為分壓器和限流器的調(diào) 節(jié)變阻器，用以調(diào)節(jié)微安表的電流值，開始時(shí)，兩個(gè)變阻器的滑動端都要置于安全位置（哪一端？）Rn是標(biāo)準(zhǔn)電阻，

10、由電位差計(jì)測出Rn兩端的電位差 Vn，可知回路的電流 =丫叢，與微安表的電流值Rn讀數(shù)相比較，其差值（I In ）即為微安表在電流值的絕對誤差，而（I In ）為該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值。（2） 將電位差計(jì)的測量轉(zhuǎn)換旋鈕K2置于“斷”，量程轉(zhuǎn)換旋鈕K1置于“X 1”檔（或“X 10”檔, 要視被測電壓大小而定），分別接上標(biāo)準(zhǔn)電池，檢流計(jì)，工作電流和被測電壓。W3 LJ31型電位雄il面板圖W4實(shí)驗(yàn)測就線路圖微安表電流示值（卩A）20406080100標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn上 電壓Vn （ mV）12表1測量數(shù)據(jù)表(Q)平均標(biāo)準(zhǔn)電流值|n(Vn),(PA)Rn（3） 根據(jù)溫度修正公式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢Es的值，調(diào)

11、補(bǔ)償電阻 Rs的示值為此值。經(jīng)指導(dǎo) 教師檢查線路后，接通電源。（4） 校準(zhǔn)工作電流：先調(diào)準(zhǔn)檢流計(jì)的機(jī)械零點(diǎn)后，將心旋至“標(biāo)準(zhǔn)”檔，調(diào) Rni和Rn2為適當(dāng)位置，按下K3 “粗”按鍵，調(diào)節(jié) Rni、Rn2、Rn3使檢流計(jì)指針指零，再按 K3 “細(xì)”按鍵，用Rn3精確調(diào)節(jié) 檢流計(jì)指零，注意出現(xiàn)檢流計(jì)劇烈震動或震動過快，松開“粗”或“細(xì)”，用躍接法按“短路”鍵使檢流計(jì)指針回復(fù)到零后再繼續(xù)調(diào)節(jié)。（5） 進(jìn)行測量：把K2旋至“未知1 ”（或“未知2”），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電阻 Rn的大小和通過的電流值估 算出電壓值，確定 Ki是置“X 1 ”或“X 10”的檔。合上開關(guān) K，調(diào)節(jié)Rh和Ra使微安表指示為20卩 A

12、，按下K3 “粗”調(diào)節(jié)測量盤I、II、III，使檢流計(jì)指針指零，再按K3 “細(xì)”鍵，精確調(diào)節(jié)測量盤III使檢流計(jì)穩(wěn)定在零點(diǎn)，此時(shí)測量盤I、II、山的讀數(shù)之和乘以相應(yīng)的倍率即為被測的Rn上的電壓Vn。（6） 調(diào)節(jié)Rh和Ra使微安表依次為 40, 60, 80, 100卩A，測出標(biāo)準(zhǔn)電阻 Rn上相應(yīng)的電壓 Vn 系列值，由100卩A逐次再降為80, 60, 40, 20卩A。測出相應(yīng)的電壓值（測量步驟同（ 5）,將測量 數(shù)據(jù)填入表1。數(shù)據(jù)處理1、記錄數(shù)據(jù)填入表1中，由式In =V計(jì)算出校準(zhǔn)的電流值。Rn表1測量數(shù)據(jù)表Rn =（Q）2、 由測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算微安表的各校準(zhǔn)刻度的標(biāo)準(zhǔn)值 I，以微安表的示值I為橫坐標(biāo)，校準(zhǔn)值 I為縱坐標(biāo)，畫出 II校正曲線。3、 計(jì)算誤差。在溫度為1525 C時(shí)電位差計(jì)儀器的允許基本誤差為 ： _a%Vx b，式中a為準(zhǔn)確 度級別，Vn為測量盤示值，b為常數(shù)，其值與量程準(zhǔn)確度級別有關(guān)。 UJ31型電位差計(jì)的a = 0.05 , b = 1.3 X0-6V （“