測量電源電動(dòng)勢(shì)的若干方法 論文

PAGEPAGE1測量電源電動(dòng)勢(shì)的若干方法作者:趙仁磊和補(bǔ)償法測量電源電動(dòng)勢(shì)。關(guān)鍵詞：伏特計(jì)安培表自組電位差計(jì)電流電動(dòng)勢(shì)誤差一、引言：通過中學(xué)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，電源電動(dòng)勢(shì)是把其它形式的能量轉(zhuǎn)化成電能的物理量。我們了解了電路在斷開時(shí)的路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。用伏特計(jì)測量出的斷路時(shí)的路端電壓可以得到電源電動(dòng)勢(shì)。若我們考慮到伏特表本身的電阻，就存在接入的電器對(duì)電路的影響，從而影響著測量電源電動(dòng)勢(shì)的大小，其結(jié)果必然存在著系統(tǒng)的測量誤差，我們?cè)诖藘H列舉幾種測量電源電動(dòng)勢(shì)的方法，并對(duì)它們進(jìn)行簡單產(chǎn)訴，指出其中的優(yōu)二、伏特計(jì)測電源電動(dòng)勢(shì)計(jì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電池提供的電動(dòng)勢(shì)要進(jìn)行溫度的修正，對(duì)測量的結(jié)果需要進(jìn)行計(jì)算才能得以測量常用的是伏特計(jì)測量電源電動(dòng)勢(shì)，電路圖如下，調(diào)節(jié)滑動(dòng)端c改變電路中的電阻從而改變上的電壓，由圖知該電壓為電壓表兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動(dòng)端電流計(jì)指針為零時(shí)，從分壓器得出的電壓UAC與待測電源電動(dòng)勢(shì)的電壓相等，Ex=UAC，在操作中要注意把C放在A端，滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)到最大，以保護(hù)靈敏電流計(jì)，K0C使電壓表的示數(shù)稍大于待測電源的路端電壓，再閉合K，反復(fù)調(diào)節(jié)C，使靈敏電流計(jì)的指測電源電動(dòng)勢(shì)Ex

，即Ex

=UAC

[1]表測量，讀數(shù)快，準(zhǔn)確度高，測量范圍廣，容易測量。圖1三、伏安法測量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻圖2（a）圖2(b)當(dāng)用2(a)圖時(shí)，考慮到電表內(nèi)阻的接入，電路中的電阻實(shí)際上是安培表的內(nèi)阻和滑動(dòng)變阻器的電阻和；當(dāng)用2(b)圖，考慮到伏特表的內(nèi)阻接入問題，電路中的電阻實(shí)際上可以看成是伏特計(jì)的內(nèi)阻與滑動(dòng)變阻器的電阻并聯(lián)，這時(shí)候要求伏特計(jì)的內(nèi)阻安全因素，如果通過電源和電阻的電流不能超過允許的最大電流。2誤差因素，如選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的不確定度：電壓表電流表在使用時(shí)，要用盡可能使指針接近滿刻度的中間量程，其指針應(yīng)偏到滿刻度的1—2之間；使用歐姆表時(shí)宜選用指針3 3盡可能在中間刻度附近的倍率擋位。3便于操作，如設(shè)計(jì)測量一個(gè)電路，在考慮到電表的使用后，在用到滑動(dòng)變阻器時(shí)應(yīng)考慮對(duì)外供電電壓的變化范圍能滿足測量的要求，又便于調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變組器調(diào)節(jié)時(shí)候應(yīng)用要大部分電阻線，否則不便于操作。根據(jù)誤差理論和實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)定，安培表和伏特表的準(zhǔn)確等級(jí)一般都是且刻度均勻，不同示數(shù)的絕對(duì)誤差相同，都為滿偏值的2.5%，示數(shù)的不確定度=滿偏值2.5%，可以看出示數(shù)越大，不確定度越小，所以測量時(shí)應(yīng)使安培表和伏-表示數(shù)的讀數(shù)盡可能的靠近滿偏的位置，如果要求不確定度小于5%，那么測量值要大于12滿偏值。上面測量的誤差來源于安培表的內(nèi)阻RA，減小誤差的方法是在實(shí)驗(yàn)測量中越小。[2]U1I1rU2I2rU2I1U1I2I1I2測r U2U1測I1I2測 U2I1U1I2測I1I2U1I1r真I1RAU2I2I2RARA真 U1I2U2I1真I2I1真U1（IV1I）真真U2（IV2I）真真U（IV

UIVIV圖3通過開關(guān)分別打在打在1.2位置得到2組數(shù)據(jù)，由中學(xué)學(xué)習(xí)過的歐姆定律我們可以算出：e(r)1 1V1 1R

RRe+(I2+Rv

I2)rVr

+I1

-IR)I2 1 1 2 2I2解出er

+I1

-IR)I1 1 2 2I2存在R

A,四、精確測量電源電動(dòng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充。[4]實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示，圖4Ex,為待測電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，為電阻箱，G表為檢流計(jì)，R2為滑動(dòng)變阻器。（1） 直接測量電源電動(dòng)勢(shì)ExK1C讀數(shù)估計(jì)在ExK2CG的讀數(shù)為零，此時(shí)電壓表的讀數(shù)U0就等于待測電源的電動(dòng)勢(shì)，即Ex=U0（2） 測量電源的內(nèi)電阻，在測出Ex=U0后，將K1，K2，K3都閉合，調(diào)節(jié)C點(diǎn)的位置及阻值大小，仍使G的指針指零，讀出電壓表的電壓值為U，安培表的電流值為I，則有ExU，即

ExU，改I變阻值2次，調(diào)節(jié)C，使每次G的指針指向零，讀取2組U1，I1，U2,I2Ex

I1U2I2U1I1I2

，

U2U1I1I2

這種測量方法，雖然實(shí)驗(yàn)電路有些復(fù)雜，但是實(shí)驗(yàn)原理仍很簡明，它借鑒了電位差計(jì)五、電位差計(jì)測量電源電動(dòng)勢(shì)用電位差計(jì)測量電源電動(dòng)勢(shì)，是將未知電壓與電位差計(jì)上的電壓相比較，它不像伏特計(jì)那樣要從待測電路中分流，因而就不干擾待測電路，測量結(jié)果是有極高的精確用它與被測測量電源電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較的時(shí)候，可以得到被測電壓值。由于電路有些復(fù)雜，在做電位差計(jì)測量電源電動(dòng)勢(shì)的時(shí)候，對(duì)其工作原理——補(bǔ)償法不能深刻理解，2如何調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電流，怎樣使待測電源電動(dòng)勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。用直流電位差計(jì)對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行測量時(shí)，測量結(jié)果是經(jīng)過兩次比較“校準(zhǔn)工作電流”和“測量”才能得到的。因此裝置的靈敏度是影響測量結(jié)果精度的重要原因，而電位差計(jì)工作電源與其靈敏度有復(fù)雜關(guān)系，從校準(zhǔn)和測量兩方面研究電位差計(jì)靈敏度與其工作電源電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系，對(duì)正確使用電位差計(jì)，減小實(shí)驗(yàn)誤差有重要的指導(dǎo)作用，我們來看怎樣校準(zhǔn)的呢？在實(shí)際的電位差計(jì)中，校準(zhǔn)和測量采用的是同一個(gè)電路，如圖5所示。圖5圖中K是雙擲開關(guān)，K接入C撥到對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)G的指針I(yè)偏離標(biāo)定值I0R，直到檢流計(jì)GI0，校準(zhǔn)工作就完成了。校準(zhǔn)以后就可以進(jìn)行測量，測量時(shí)把開關(guān)K打到位置“2”上，即把待測電源接入補(bǔ)償電路。這時(shí)不應(yīng)再調(diào)節(jié)電阻R，調(diào)節(jié)滑動(dòng)C，找到平衡位置，就可以從儀器的面板上直接讀出待測電源電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值。[5]和內(nèi)阻不可能很穩(wěn)定，它們的變化使工作電流偏離標(biāo)準(zhǔn)值。下面僅舉幾列；粗 細(xì)<一>、電路圖6R和R，并利用一塊0.5粗 細(xì)的毫安表，我們可以直接讀出I0的值。圖6在合上開關(guān)K時(shí)，調(diào)節(jié)電路中電阻，使和的之和保持不變，那樣的話電路中的電流I0RSG動(dòng)勢(shì)即Ex

=I0

R[5]。在這里要注意由于檢流計(jì)的靈敏度很高，在調(diào)節(jié)RS

時(shí)注意檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)。<二>、電路圖7如下：估算電路中的電流大小，選擇正確量程的電流表，把開關(guān)K合到1和G標(biāo)準(zhǔn)電流I0R2分壓電阻所對(duì)應(yīng)的長度L1R2的分壓部分，其大小通過的滑動(dòng)頭C調(diào)節(jié)，測出在檢流計(jì)指針為零xL時(shí)對(duì)應(yīng)的長度L于是有EL2xL21

En 圖7<三>、 圖8電路圖8EnK合到1，再調(diào)節(jié)細(xì)1和R2幾個(gè)阻值，使電路中檢流計(jì)G的讀數(shù)為零。此時(shí)工作回路中R0 0 2 2的電流即為I，那么I=En補(bǔ)償電壓仍是由R產(chǎn)生，把開關(guān)合到2R0 0 2 21時(shí)候注意調(diào)節(jié)R1和R2I0xI0R2。若要和校準(zhǔn)的整個(gè)工作電流始終恒定，這就必須要求工作電源的電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定。以上的方法是在調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電流和測量過程中要注意正確保護(hù)電阻后慢慢減小，最后取零，最終達(dá)到保護(hù)檢流計(jì)的目的。[6]下面我們看用0.01級(jí)UJ21'型箱式電位差計(jì)上測量待測電動(dòng)勢(shì)約為1.0180伏的情況，它的誤差UX'0.01%1.0180111061.1104伏,我們可以看出它的精確度到了小數(shù)點(diǎn)后面的4位,比起伏特計(jì)和安培表測量電源電動(dòng)勢(shì)的精確度高很多了.所以在測量要求不是很高的情況下我們首選用伏特計(jì)和安培表測量電動(dòng)勢(shì)電路圖,因?yàn)樗碾娐肥趾唵蚊髁?測量方便等優(yōu)點(diǎn),如果要求產(chǎn)生的誤差很高的話,我們可以采用電位差計(jì)電路測量電源電動(dòng)勢(shì),因?yàn)樗臏y量要求標(biāo)準(zhǔn)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)都很準(zhǔn)確,加上高靈敏的檢流計(jì),那么測量的結(jié)果就可以達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。電位差計(jì)的準(zhǔn)確度級(jí)別分別為0.001、0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、和0.2八種等級(jí)，規(guī)定這些電位差計(jì)在正常工作條件下，允許基本誤差有以下兩個(gè)部分組成：（1）與基準(zhǔn)值有關(guān)的常數(shù)項(xiàng)；（2）與測量盤示數(shù)成比例的可變項(xiàng)，表達(dá)式：( UxaU( Ux

Ux）10010式中，為電位差計(jì)的準(zhǔn)確級(jí)別，Un為基準(zhǔn)值，Ux為電位差計(jì)測量盤示數(shù)。出，都不如用箱型電位差計(jì)測量的準(zhǔn)確度高，其原因是因?yàn)檠a(bǔ)償電阻用ZX21型電阻箱，最小分度為0.1W。不是連續(xù)變化，檢流計(jì)靈敏度稍高時(shí)，光標(biāo)很難指零，所以償法深刻的認(rèn)識(shí)，開闊學(xué)生的知識(shí)廣度，在測量電源電動(dòng)勢(shì)的方法上有更多的選擇。六、小結(jié)電源電動(dòng)勢(shì)。七、參考文獻(xiàn)[1]符時(shí)明姜秀娟用伏特計(jì)測電源電動(dòng)勢(shì) 物理實(shí)驗(yàn)2