直流电位差计的理和使用.doc

直流电位差计的原理和使用 补偿法是电磁测量的一种基本方法。电位差计就是利用补偿原理来精确测量电动势或电位差的一种精密仪器。其突出优点是在测量电学量时，它不从被测量电路中吸取任何能量，也不影响被测电路的状态和参数，所以在计量工作和高精度测量中被广泛利用。电位差计又叫电位计，它有多种类型，其中十一线电位差计是一种教学仪器，它结构简单、直观性强，便于学习和掌握；而箱式电位差计是测量电位差的专用仪器，它使用方便、测量准确、稳定性好，在科学实验和工业生产中经常用到。 电位差计是电磁学测量中用来直接精密测量电动势或电位差的主要仪器之一。它用途很广泛，不但可以用来精确测量电动势、电压，与标准电阻配合还可以精确测量电流和电阻和功率等，还可以用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表，有些电器仪表厂则用它来确定产品的准确度和定标，而且在非电参量（如温度、压力、位移和速度等）的电测法中也占有极其重要的地位。它不仅被用于直流电路，也用于交流电路。因此在工业测量自动控制系统的电路中得到普遍的应用。 一、实验目的 1．学习和掌握电位差计的补偿工作原理、结构和特点。 2．学习用十一线式电位差计来测量未知电动势或电位差的方法和技巧。 3．培养学生正确连接电学实验线路、分析线路和实验过程中排除故障的能力。 二、实验仪器 直流电位差计实验仪，实验仪集成了4.5V直流稳压电源、1.0186V标准电动势、Ex1、 Ex2两个待测电动势、数字检流计G、0~999(可调变阻器（电阻箱）、保护电阻RP等。 2．滑线式十一线电位差计。 三、实验原理 补偿原理 在直流电路中，电源电动势在数值上等于电源开路时两电极的端电压。因此，在测量时要 求没有电流通过电源，测得电源的端电压，即为电源的电动势。但是，如果直接用伏特表去测量电源的端电压，由于伏特表总要有电流通过，而电源具有内阻，因而不能得到准确的电动势数值，所测得的电位差值总是小于电位差真值。为了准确的测量电位差，必须使分流到测量支路上的电流等于零，直流电位差计就是为了满足这个要求而设计的。 补偿原理就是利用一个电压或电动势去抵消另一个电压或电动势，其原理可用图（1）来说明。两个电源En和正极对正极、负极对负极，其中En为可调标准电源电动势，为待测电源电动势，中间串联一个检流计G接成闭合回路。如果要测电源的电动势，可通过调节电源En ，使检流计读数为0，电路中没有电流，此时表明，两端的电位差和En两端的电位差相互补偿，这时电路处于补偿状态。若已知补偿状态下En 的大小，就可确定，这种利用补偿原理测电位差的方法称为补偿法，该电路称为补偿电路。由上可知，为了测量，关键在于如何获得可调节的标准电源，并要求这电源：（1）便于调节；（2）稳定性好，能够迅速读出其准确的数值。 图（1）补偿原理 2．电位差计原理 根据补偿法测量电位差的实验装置称为电位差计，其测量原理可分别用图（2）和图（3）来说明。图（2）为电位差计定标原理图，其中ABCD为辅助工作回路，由电源E、限流电阻R、十一米长粗细均匀电阻丝AB串联成一闭合回路；MN为补偿电路，由待测电源En和检流计G组成。电阻箱R用来调节回路工作电流I的大小，通过调节I可以调整每单位长度电阻丝上电位差Vo的大小，M、N为电阻丝AB上的两个活动触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差补偿，它相当于补偿电路（1）图中的En，提供了一个可变电源。当回路接通时，根据欧姆定律可知，电阻丝AB上任意两点间的电压与两点间的距离成正比。因此，可以改变MN的间距，使检流计G读数为0，此时MN两点间的电压就等于待测电动势。要测量电动势（电位差），必须分两步进行： 定标 利用标准电源高精确度的特点，使得工作回路中的电流I能准确地达到某一标定值， 这一调整过程叫电位差计的定标。 图（2） 电位差计定标原理图 本实验采用滑线式十一线电位差计，电阻是11m长粗细均匀电阻丝。根据定标原则，按图（2）连线，移动滑动触头M、N，将M、N之间的长度固定在上，调节工作电路中的电阻R，使补偿回路中的定标回路达到平衡，即流过检流计G的电流为零，此时： 在工作过程中，ABCD中工作电流保持不变，因电阻是均匀电阻丝，令 （1） 那么有 （2） 很明显是电阻丝上单位长度的电压降，称为工作电流标准化系数，单位是V/m。在实际操作中，只要确定，也就完成了定标过程。 由（2）式可知，当保持不变时（即ABCD中工作电流保持不变），可以用电阻丝MN两点间的长度（力学量）来反映待测电动势（电学量）的大小。为此，必须确定的数 值。为使读数方便起见，取为0.1或0.2，……1