实验直流电位差计的使用.docx

实验：直流电位差计的使用 直流电位差计的使用实验 电位差计是利用电压补偿原理精确测量直流电压和电动势的仪器。如 果配用标准电阻，还可以精确测量电流和电阻，它也常用于非电学参量(如 压力、温度、位移等)的电测量中，是电磁测量中常用仪器之一。本实验 用电位差计测量电表内阻和校准电表。 【实验目的】 了解电位差计的工作原理和结构特点，掌握其使用方法。 用电位差计测电流表的内阻。 用电位差计校准电流表。 【实验器材】 UJ36型携带式直流电位差计、毫安表、微安表、工作电源、滑线变阻 器、标准电阻2个(10?, 100?)、双刀双掷开关等。 【实验原理】 一、电位差计的工作原理 如果要测未知电动势Ex,原则上可按图5-20-1安排 电路。英中E0是可调电压的电源。调节E0使检流计指零， 则表示在这个回路中电动势Ex和E0必然大小相等，即 Ex?E0 (5-20-1) 这时，我们称电路达到补偿。在补偿条件下，如果E0的 数值已知，则Ex即可求出。根据此原理制成的测量电动 势或电位差的仪器称为电位差计。 我们可以用分压电路来获得可调的电压，如图5-20-2 所示，英中电源E、限流电阻RP,分压电阻R和标准电 阻RN联成一个回路，称为辅助回路。分压电阻的滑动端c 和固定端b与待测电源Ex、电流计连成另一回路，称为 补偿回路。 调节滑动端c,当电流计中无电流通过时，设辅助回 路中的电流强度为10, cb段的电阻值为Rx,则cb段的 电压Ucb?IORx与Ex相等，即 图5-20-1电位差计的补偿原理 Ex?IORx （5-20-2） 在实际的电位差计中，10是一个规定值，为了使辅 助回路中的电流正好等于该规定值，采用了标准电池，其 电动势EN是已知的（由实验室给出），电路如图5-20-3 所示。 使用电位差计测量电动势（或电位差），要分两步进 行： 校准：为了使R中流过的电流是标准电流10,将 图5-20-3中S2倒向EN端。调节RP,改变辅助回路中的 电流,使检流计指零，则EN?IORNo由于EN和RN都 很准确地己知， 这时辅助回路中的电流就被精确地校准到 152图5-20-2电位差计的基木电路 图5-20-3电位差计电路图 所需耍的值。此后的实验中RP不得再变。 2?测量：把开关S2倒向Ex—边，只要Ex?IORab,总可以滑动c的位 置使检流计再度指零，这时cb间的电压降恰好和待测电动势Ex相等，即 Ex?IORx 由于设计电位差计时，已经根据R大小将电阻的数值转换成电压刻度, 故可在仪器上直接读出被测电动势Ex的大小。如果要测任一电路两点间的 电位差，只需将待测两点接入补偿回路代替Ex即可。 二、用电位差计校止电流表 校正电流表的电路如图5-20-4所示，图屮毫安表 为被校准电流表，R为限流器，Rs为标准电阻，有4 个接头，上面两个是电流接头，接电流表，下面两个 是电压接头，接电位差计。 电位差计可测出Rs上的电压Us,则流过Rs中电 流的实际值为 图 5-20-4 电位差计校正电流表电路IO?Us/Rs 在毫安表上读出电流指示值I,与10进行比较，其差值?1?1?10称为电 流表指示值的绝对误差。找出所测值中的最大绝对误差?Im,按式(5-20-3) 确定电流表级别。 a??lm?100% (5-20-3) 量限 为了使被校准电流表校准后有较高的准确度，电位差计与标准电阻的 准确度等级必须比被校电表的级别高得多。 三、用电位差计测电流表的内阻 电路如图5-20-5所示,S1是双刀双掷开关,Rs 是标准电阻，Rg是待测电流表内阻。由于Rg两端的 电压Ug?IORg, Rs两端的电压Us?IORs,所以有 Rg?Ug UsRs (5-20-4) 用电位差计分别测出电压Ug与Us,由式 (5-20-4)可求出 Rg。 【实验内容】 一、 校正电流表 按图5-20-4连接线路。 对被校毫安表各刻度示值(1、2、3、4、5mA) 逐一进行校准(注意在选择标准电阻时，应使电位差 计上读取尽量多的有效数字)。 二、 测电流表的内阻。 按图5-20-5连接线路。 测电流表(0—5 mA)的内阻。标准电阻Rs取10?,读出Ug与Us。 3?测微安表的内阻，标准电阻Rs取100?,读出Ug与Us。为了减小 误差，每组数据153图5-20-5 电位差计测电流表内阻电路 分别测2次，求其平均值。 【数据处理】 算出电流表的标准值10与指示值I的差值，即为修正值。用坐标 纸作修正值?I与I的校正曲线（修正值?I为纵坐标，I为横坐标）。 找出标准值与指示值之间的最大差值（用绝对值表示），求出被校 准的电表的级别a。 利用式（5?20?4）求岀电流表和微安表的内阻Rg。 【思考题】 能否用伏特计测量电池的电动势？如果认为可能，画出电路图并 写岀主要的测量步骤。