实验五 用箱式电位差计校准电表

PAGEPAGE1实验五用箱式电位差计校准电表【实验目的要求】1.了解箱式电位差计的结构和原理；2.学会正确使用箱式电位差计；3.运用箱式电位差计校准电表。【实验仪器】UJ33a型携带式(箱式)直流电位差计，待校准电表，滑线变阻器，标准电池，标准电阻，电阻箱，直流稳压电源，导线等。【实验原理】电表经长期使用和保存，各元件参数就会发生变化(如电阻老化，磁性减弱，金属部分锈蚀等)，转动部分(主要是轴尖和轴承)会发生磨损。如果保存条件不善(如受潮)，使用不当(如过负荷，运输受震等)都会损坏电表特性。其准确度将降低，特别是在刻度读数产生相当大的偏差的情况下，实际上就不合使用要求，因此，对电表必须进行定期检查，对误差大者要及时检修，对误差小者可以校准后使用。在实验室通常用箱式电位差计来加以校准，从而作出校准曲线，以消除误差。箱式电位差计是用来精确测量电池电动势或电压的专门仪器。它能给出准确可变电压,并采用电势比较法依据补偿原理制成。箱式电位差计的原理电路图如图5-1所示，与教材的滑线式电位差计的原理电路图略有不同。测量前，调节变阻器RP，使工作电流I在标准电阻RS上产生的电压降等于标准电池电动势ES，此时工作电流便准确地等图5-1图5-2于3mA。如将开关K打向右边，检流计G便指零。上述步骤称为校对“标准”。测量时，调节变阻器RP，使其工作电流3mA产生的电压降等于被测电压值UX，这时UX＝IR。如将开关K打向左边，检流计指零。从而可由已知R的阻值大小来反映UX数值。【实验仪器描述】1.面板介绍本实验所用UJ33a型电位差计是一种携带式直流电位差计，它所需工作电源和标准电池均装在箱内，无须外接，其面板配置如图5-2所示。各部分名称如下：①未知测量接线柱；②倍率开关K1；③检流计调零旋钮；④“测量-输出”开关K3；⑤扳键开关K2；⑥工作电流调节变阻器(粗、微)；⑦步进盘；⑧滑线读数盘；⑨晶体管放大检流计。2.使用方法测量未知电压UX打开箱盖,观察电位差计面板,了解各旋钮的作用。倍率开关从“断”旋到所需倍率，此时电源接通，2分钟后调节“调零”旋钮，使检流计指针指零。被测电压(电动势)按极性接入“未知”接线柱，“测量-输出”开关放置于“测量”位置，扳键开关扳向“标准”，调节“粗”、“微”旋钮，直到检流计指零。扳键开关扳向“未知”，调节Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘，使检流计指零，被测电压(电动势)值为已调节的测量读数盘示值之和与倍率乘积。即UX＝(Ⅰ盘读数×10+Ⅱ盘读数×1+Ⅲ盘读数×0.1)×倍率测量过程中，随着电池消耗，工作电流会变化。所以在连续使用时经常要校对“标准”，以提高测量精确度。(2)作讯号(电压)输出按上述步骤，在对好“标准”后，将“测量-输出”开关旋到“输出”位置(即检流计短路)。选择“倍率”及调节Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘，扳键放置在“未知”位置，此时“未知”端钮的二端输出电压值就是倍率与测量示值的乘积。使用完毕，“倍率”开关放置在“断”位置，以免两组内附干电池无谓放电。若长期不使用，将干电池取出。【实验内容及步骤】1.校准电压表取一个有1V量程的电压表，把电压表全量程10等份，从大到小选10点进行校准电压表的刻度值。测量电路图如图5-3所示，V为待校电压表，调节分压输出,同时记录电压表的示值U和电位差计的示值UX，则ΔU＝|U–UX|，并找出ΔU的最大值，以便确定电压表的等级。〔设仪表的等级为a，仪表的最大绝对误差为Δxmax，仪表的上限值为Xmax，则a％＝(Δxmax/Xmax)×100％〕图5-3(3)以U为横坐标，以ΔU为纵坐标，作出ΔU～U曲线即为电压表校准曲线,也称为误差曲线。注意校准曲线应是一条由各数据点连结成的折线。考虑到校准工作，在计算ΔU时应多取一位有效数字，即保留到小数点后第三位，否则无法体现校准本身的精确性。2.校准电流表取一个有100mA量程的电流表，把电流表全量程10等份，从大到小选10点进行校准电流表的刻度值。(2)图5-4中,将待校电流表A与标准电阻RS串联，当电流表示值为I时，用电位差计测出RS的电压US，则流过RS的电流为IS=US/RS。由于电位差计对电路无分流作用，所以IS为实际流过电流表的电流，则ΔI＝|I-IS|，并找出ΔI的最大值，以便确定电流表的等级。图5-4(3)以I为横坐标，以ΔI为纵坐标，作出ΔI～I曲线即为电流表校准曲线。【实验数据记录及处理】n12345678910U(V)UX(V)ΔU(V)I(mA)IS(mA)ΔI(mA)由上表的数据分别作出电压表和电流表的校准曲线，并确定它们的等级。【思考题】1.电位差