电位差的使及校表

电位差的使及校表电位差的使及校表电位差的使及校表实验十五电位差计的使用及校表Experiment15Operatingpotentiometerandcalibratingammeters直流电位差计（简称电位差计）是一种依照赔偿原理制成的高精度和高敏捷度比较式电磁测量仪器。它用一个已知的电动势与被测电压相对接，假如两个电压实现均衡则连结两电压的导线中将无电流流动，即实现了电压赔偿，所以电位差计也称为赔偿器。由于采用了赔偿法，测量时几乎不用耗被测对象的能量，测量结果坚固可靠，精度特别高。直流电位差计最适合于测量高内阻的直流电压，如极化电势。按其测量回路的电阻分：1kΩ以上的称高阻电位差计；1kΩ以下的称低阻电位差计。电位差计主要用来测量直流电动势和电压，但配合标准电阻也可测量电流和电阻。它也常用于非电学参量（如压力、温度、位移等）的电测法中，它是电磁测量中常用仪器之一，在生产实践中获取了极其宽泛的应用。自然，近来几年出处于数字电压表的迅速发展，其测量正确度已凑近电位差计的水平。实验目的Experimentalpurpose1．掌握电位差计的工作原理、构造、特点、和操作方法。2．学会用电位差计校准电表。实验原理Experimentalprinciple1．电位差计的工作原理Principleofpotentiometer本实验采用的UJ36a型直流电位差计，其工作原理如图1所示。E为工作电源，Rp为工作电流调理电阻，被测量电动势的赔偿电阻R和标准电池电动势补偿电阻RN构成的回路叫工作回路。RN和标准电池EN以及变换开关K（标准）和晶体管放大检流计G构成校准回路。RQ和被测电动势Ex（或电压）以及变换开关K（未知）和G构成测量回路。UJ36a型电位差计是利用赔偿法原理，使被测电动势（或电压）与恒定的标准电动势相互比较，是一种高精度测量电动势的方法。图1电位差计的工作原理图测量电压或电动势的步骤：将K扳向标准地点，调理Rp，使流计指零，这时标准电池的电动势由电阻RN上的电压降赔偿。ENIRN(1)式中I是流过RN和R的电流，称之为电位差计的工作电流。由式子⑴可得IEN(2)RN工作电流调理好此后，将K扳向“未知”地点，同时挪动Q触头，再次使检流计指零，此时触头Q在R上的读数为RQ，这时被测量的电压或电动势由电阻RQ上的电压降赔偿，所以被测电压或电动势为EXIRQ(3)将式(2)代入(3)，获取EXRQEN(4)RN从式(4)能够看出，用电位差计测量电动势（或电压）有以下优点：3)不需要测量线路里的电流大小，只需测量RQ和RN的比值即可。当完好赔偿时，测量回路与被测量回路之间无电流经过，其实不从被测电路中汲取功率。5)测量的正确性是依靠标准电池的电动势EN及被测量电动势之赔偿电阻RQ与标准电动势的赔偿电阻RN之比值的正确性和工作电流坚固性所决定。仪器的电阻均采用锰铜合金线，以双线无感绕制，并经过人工老化办理和精准调整，阻值十分坚固。标准电动势采用不饱和标准电池，温度影响可忽视不计，从而保证了仪器的正确性。2．用电位差计校准电流表Usepotentiometercalibratingammeters磁电式电表跟着使用时间的延伸，性能可能有所下降，表此刻显示值与实质值有了偏离，使它的正确度等级也在不断变化，这就需要对电表按期的进行校正。校准电表的目的是为了确定电表的正确度等级。电表的正确度等级分为a=0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。校准的方法是：如在电流表的所有指示值I的．．．．．．．．．．．．．．．．．．刻度上检验它与客观值I0的差异，这个差异就是被．．．．．．．．．．．．．．校表的误差I=I—I0。在不一样样的刻度下误差不一样样。其中最大的误差项用Im表示（可正亦可负）。被Im100%。校表的正确度等级数为定义为a=ImIm为被校电流表的量程。一般来说，实验中获取的图2用电位差计校正电流表的原理值都介于上述七个等级中的两个值之间，在确定被校表等级时要取数值大者。比方，实验结果a=1.13那么该电表的等级就取a=1.5。客观值I0的大小用电位差计来间接测量。用电位差计校正电流表的原理电路如图2所示。其中为被校表，R1和R2是滑线变阻器，E是直流稳压电源，Rs是标准电阻，它有四个接线端钮（见附录；实验中也可用电阻箱Rs代替），P是电位差计。用电位差计测量Rs上的C、D两电位端钮间的电压US，则电流的客观值为USI0电流表的示值I与I0之差

RSIII0称为电流表示值的绝对误差。绝对误差的负值CI0I称为电流表示值的修正当，电流的实质值为I0IC在本实验中，我们用可变标准箱式电阻代替了电路中的RS，建议阻值调至100欧。电源E取1.0~1.5V。由于电位差计最大测量范围Um=230mV，所以通过RS的最大电流可达：I0=Vm/RS=2.3mA，满足被校表（量限为1.5mA）的实验要求。为了使被校电流表校正后有较高的可靠性，电势差计与标准电阻的正确度等级必定比被校电表的级别高得多（最少2级）。箱式电势位计直接能够测量电压，故能够用来校正电压表（直流），这种测量回路比较简单，这里就不再表达了。实验仪器Experimentaldevice电位差计（UJ36a型）、稳压电源（WYJ—15型）、滑线变阻器（0.8A1K，1.3A100欧）、毫安表（0—1.5—3—7.5）、电阻箱（×10000、1000、100、10、1、0.1）。电位差计面板及使用说明Potentiometer’sfaceplateanduser’sguide1．UJ36a型电位差计面板Potentiometer’sfaceplateUJ36a型电位差计面板附有一检流计，并带有晶体管放大器。面板排列如图3所示。图中R0为检流计的电气调零旋钮；G为倍率开关，共有G1，×1，断，×0.2，G0.2五档；R1为步进旋钮，每档递加10mV，最高档为220mV；R2为滑线读数盘，从0至10.5ｍV连续可调；步进旋钮与滑线盘读数之和再乘以倍率即为测量值。图3UJ-36电位差计面板图2．使用要点(operationmain)被测“未知”的电压（或电动势）接在“未知”的两个接线柱上（注意极性）。倍率开关旋向所需要的地点上(×1或×0.2)，此时也接通了电位差计工作电源和检流计放大器电源。调理“调零”R0旋钮，使检流计指零。扳键开关K，扳向“标准”，调理多圈变阻器RP（电流调理旋钮），使检流计指零。将扳键开关K，扳向“未知”调理步进旋钮R1和滑线盘R2使检流计再次指零，（注意：调理步进旋钮，找到检流计指针左右摇动的地点，再认真调理滑线盘使检流计示数为零）未知电压（或电动势）按下式得出UX=（步进盘读数+滑线盘读数）×倍率在连续测量时，要求常常核对电位差计工作电流，防范工作电流变化，即重做步骤④，使工作电流标准化。测量完成，将“倍率”开关旋向“断”，即封闭电位差计。扳键开关放在中间地点。实验步骤和要求Experimentalassignmentandstep1．熟悉电位差计的使用方法。2．按图2连线。3．电位差计调零，并使工作电流标准化。作为电位差计的使用练习，测量=1mA时的Rs两头的电压，测六次（每次都从电位差计调零及其工作电流标准化开始）。4．调理滑线变阻器使表指示值逐渐增加，从零到5.0mA取15个等间隔的值，并分别测出RS上的电压降V0。5．调理滑线变阻器使表指示值逐渐减少到零，分别再次测出所选各点的V0值。6．计算二次测量的均匀值。7．计算出I0和I。8．找出误差最大值Im，确定被校表的等级。9．画出被校表的校准曲线。纵坐标为I，横坐标为I。10．计算I=1mA时RS两头电压测量值的不确定度U(2Sx)2u2数据办理Dataprocessing测量Rs两头电压Vx记录表Tableofdatarecord次数123456均匀值SxVx校准电表数据记录表TableofdatarecordI(Am)0.30.60.91.21.51.82.12.42.73.03.33.63.94.24.54.85.0V0Am平均I0(Am)I(Am)思虑题Exercises1．若想用电位差计较准电压表，如何接线？试一试画出电路图。2．要想测电池的内阻，只需在被测电池两头并接一个电阻，此后用电位差计测其两头电压，即可求得这个电池的内阻，试推导一下求内阻的公式。要点词keywords直流电位差计directcurrentpotentiometer，赔偿法compensationmethod，电动势electromotiveforce，电压voltage，电池batteries，检流计galvanometer，正确度等级degreeofaccuracy，电源electricalsource.附录

Appendix

四端钮标准电阻当一电阻RCD接入线路时，不可以防范地回造成引线电阻和接