電位差計(jì)的誤差分析

1、電位差計(jì)的誤差分析電位差計(jì)是精密測(cè)量應(yīng)用極廣的儀器，可以用來精確測(cè)定電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流、電阻等電學(xué)量，還可以用于校準(zhǔn)精密電表和直流電橋等直讀式儀表， 在非電量(如 溫度、壓力、位移等)的電測(cè)法中也占有重要地位。電位差計(jì)不僅準(zhǔn)確度等級(jí)高， 而且測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠。它不從被測(cè)對(duì)象中取用電流，因此測(cè)量時(shí)不會(huì)使被測(cè)對(duì) 象改變?cè)瓉淼臄?shù)值。電位差計(jì)可直接用來精密測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)及電位差。箱式電位差計(jì)的工作原理圖都采用圖1所示的線路，包括三個(gè)部分:(1)工作電流調(diào)節(jié)回路，主要由 E、Rn、R1、R、Ko等組成;(2)校正工作電流回路：主要由 Es、RS、K1、K2等組成；(3)待測(cè)回路：主要由 EX、RX、G、

2、K1、K2組成。當(dāng)電位差計(jì)達(dá)到平衡(實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償)時(shí)，有腐二 氏J 電位差計(jì)雖是一種測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)及電位差等的精密儀器，但其本身也有 一定的誤差存在。1元件誤差元件誤差是指因元件問題而產(chǎn)生的儀器誤差。根據(jù)(1)式，可得相對(duì)誤差公式:tnn因瑪是標(biāo)準(zhǔn)電池，故 地，/此屬量具誤差。通常處理量具誤差的辦法是選用準(zhǔn)確度等級(jí)足夠高的量具，使該項(xiàng)誤差成微小誤差而可以忽略不計(jì)。足夠高”是指標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)的相對(duì)變化不超過 0.1a%。a為電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)，0.1是 由微小誤差分配原則確定的。因此量具的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)比儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)高一 個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣就能使該項(xiàng)誤差忽略不計(jì)。這樣電位差計(jì)的元件誤差就為:陶 應(yīng)

3、雙小n3若這兩部分誤差的大小和符號(hào)都相同， 就可以互相抵消。因此在設(shè)計(jì)、制造電位 差計(jì)時(shí)，段和J這兩組電阻總是盡量選用時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性以及誤差符 號(hào)（正或負(fù)）都相同的電阻。在使用電位差計(jì)時(shí)，應(yīng)合理選擇量限而使全部讀數(shù) 盤都用到。這不僅能保證足夠多的有效位數(shù)，而且可使上述兩部分元件誤差得到 比較充分的抵消。一般說，元件誤差是電位差計(jì)各種誤差因素中影響最大的一項(xiàng)，約占總誤差的一 半。只要使用電阻來調(diào)節(jié) %和見的比例，這一項(xiàng)誤差就總是存在。電阻元件的 準(zhǔn)確度、電阻的時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性限制了電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)。2溫差電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的誤差不同金屬相接觸（如焊接點(diǎn)、電鍵、電刷、接線端鈕等）時(shí)，將產(chǎn)

4、生接觸電位差。 當(dāng)各接觸點(diǎn)溫度不同時(shí)，則產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，簡(jiǎn)稱熱電勢(shì)。對(duì)于精密電位差計(jì)， 特別在被測(cè)量很小時(shí)，熱電勢(shì)的影響不容忽視。止匕外，因測(cè)量回路的熱電勢(shì)直接 與被測(cè)電動(dòng)勢(shì)（或電位差）相串接，其影響最大。為了減小這項(xiàng)誤差，在設(shè)計(jì)、 制造電位差計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用彼此接觸電位差小的金屬元件和導(dǎo)線；在測(cè)量回路 中應(yīng)盡量減少焊接點(diǎn)、電鍵、電刷等；采用較小的工作電流，以減小元件的升溫 等。在使用時(shí)應(yīng)注意，不要靠近冷源或熱源（例如在直射陽光下進(jìn)行測(cè)量）。當(dāng) 要求較高時(shí)，要采用恒溫措施。E此外，有一種比較簡(jiǎn)單的操作方法可以減小熱電勢(shì)帶來的誤差。根據(jù)熱電勢(shì)方向與回路電流無關(guān)的性質(zhì)， 而兩個(gè)電路中電流的方 向是

5、對(duì)稱的，可以用電流換向法(復(fù)測(cè)法)進(jìn)行測(cè)量來消除熱電勢(shì)的影響，如圖 2所示。以q代表測(cè)量回路中各處熱電勢(shì)的等效熱電勢(shì)，設(shè)其方向如圖 2所示測(cè)量時(shí)先將開關(guān)Ko合向“1”(只能合向“優(yōu)，調(diào)整工作電流。測(cè)量被測(cè)電動(dòng)勢(shì) 時(shí)，再將開關(guān)K。、K3分別同時(shí)合向“制“2”當(dāng)電路達(dá)到平衡時(shí)，得%+% =41 (K。、K3均合向“優(yōu)K3均合向“2”精選取1和先分別為兩次電路平衡時(shí)測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)，取兩次測(cè)量的平均值這樣就消除了熱電勢(shì)的影響。當(dāng)然這種方法只能消除恒定的熱電勢(shì)， 變化的熱 電勢(shì)消除不了3工作電源電壓不穩(wěn)產(chǎn)生的誤差用做電位差計(jì)的工作電源通常有兩種。 一種是電子穩(wěn)壓電源，具特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間的 電壓穩(wěn)定性較好，但瞬

6、時(shí)穩(wěn)定性不夠。選用這類電源時(shí)應(yīng)注意其電壓穩(wěn)定度與電 位差計(jì)的準(zhǔn)確度相適應(yīng)。即當(dāng)電網(wǎng)電壓變化10%時(shí)，工作電流的變化應(yīng)小于(0.20.3) a%。其中a為電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)，0.2、0.3是由微小誤差分配原則確定的。另一種是蓄電池或干電池，其特點(diǎn)是瞬時(shí)的電壓穩(wěn)定性較好， 而 長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性不夠。使用這類電源時(shí)應(yīng)注意在電壓穩(wěn)定階段使用， 并縮短校準(zhǔn) 和測(cè)量的時(shí)間問隔，使電源端電壓下降的影響可以忽略。4檢流計(jì)靈敏度不夠產(chǎn)生的誤差檢流計(jì)的靈敏度越高，所能發(fā)覺的被測(cè)量的變化越小。如果檢流計(jì)的靈敏度不夠， 所能發(fā)覺的被測(cè)量的變化將有一定的限度。 當(dāng)被測(cè)量的變化小于這個(gè)限度時(shí)，檢 流計(jì)就不能再測(cè)出，這就產(chǎn)

7、生因靈敏度不夠造成的誤差。因此，選用檢流計(jì)時(shí)其 靈敏度應(yīng)與電位差計(jì)的準(zhǔn)確度相適應(yīng)。 換句話說，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的電位差計(jì)，它 的準(zhǔn)確度應(yīng)由相應(yīng)的靈敏度（電位差計(jì)的靈敏度）來保證，即因靈敏度不夠引起 的測(cè)量誤差可以忽略不計(jì)。靈敏度與允許誤差的關(guān)系可由下式?jīng)Q定(0.3-O.ljA(5)式中/為人能分辨的檢流計(jì)的指示值，一般可取 0.20.3格（mm） , 為允許 誤差的絕對(duì)值。0.30.1是根據(jù)微小誤差分配原則取的系數(shù)。根據(jù)（5）式，即 可求出允許誤差所要求的靈敏度。在實(shí)際工作中，當(dāng)電位差計(jì)的靈敏度由（5）式確定后，就應(yīng)合理分配線路部分 和檢流計(jì)部分的靈敏度。原則上應(yīng)盡量使電位差計(jì)的線路靈敏度高些，檢

8、流計(jì)的 靈敏度低些，以免因檢流計(jì)過于靈敏使電位差計(jì)工作不穩(wěn)定。 對(duì)于電位差計(jì)，要根據(jù)測(cè)量要求，首先選擇量限（測(cè)量范圍）和準(zhǔn)確度等級(jí)，對(duì)其靈敏度則在量限 和準(zhǔn)確度等級(jí)選定后，再選擇合適的檢流計(jì)，使總靈敏度滿足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。最后，根據(jù)以上要求選定檢流計(jì)后，還應(yīng)實(shí)際檢查一下，調(diào)整電位差計(jì)一個(gè)最小 示值所引起的檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)是否足夠 23格（mm）。除應(yīng)按靈敏度要求選擇檢流計(jì)外，還應(yīng)考慮使檢流計(jì)工作在微欠阻尼狀態(tài)。但是pa=aj-外臨界電阻 大的檢流計(jì)，其電流靈敏度（）較高，而電壓靈國=-敏度（耳）較低，反之則相反。因此，高阻電位差計(jì)因采用臨界電阻大的檢流計(jì)而電壓靈敏度降低， 故不適于測(cè)量低電位差，而

9、用低阻電位差計(jì)測(cè) 量低電位差比較合理。當(dāng)然，低阻電位差計(jì)測(cè)量的低電位差的內(nèi)阻也應(yīng)該是低的。5工作電流調(diào)節(jié)電阻 R細(xì)調(diào)不夠產(chǎn)生的誤差如果工作電流調(diào)節(jié)電阻R選用不當(dāng)，調(diào)節(jié)不細(xì)，檢流計(jì)就不能完全指零，即電位 差計(jì)不能完全達(dá)到平衡，必然產(chǎn)生誤差。根據(jù)微小誤差分配原則，應(yīng)使 R的調(diào)節(jié) 細(xì)度小于0.1a% ,即要求在整個(gè)工作電流調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，可任意使檢流計(jì)指針的變化小于0.2 0.3格（mm）。此外，還有理論不夠完善產(chǎn)生的誤差；接觸不良，接觸電阻產(chǎn)生的誤差；絕緣不 良，絕緣電阻產(chǎn)生的誤差等等。以上各種誤差，有些是隨被測(cè)量大小的變化而變化的， 有些則是不隨被測(cè)量大小 的變化而變化。因此，電位差計(jì)的允許基本誤差應(yīng)包括兩項(xiàng)，如下式式中口為電位差計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)，