电位差计的原理和使用.ppt

电位差计的原理和使用 授课教师：王雷妮 实验目的 1、掌握电位差计的工作原理和正确使用方法，加深对补偿法测量原理的理解和运用。 2、训练简单测量电路的设计和测量条件的选择。 实验仪器 UJ31型直流电位差计、FB204A型标准电势与被测电势、标准电阻、电阻箱、滑线变阻器、 C15/5灵敏电流计、开关和导线等。 实验原理 图1 电位差计的工作原理 如图1所示，电位差计的工作原理是根据电压补偿法，先使标准电池En与测量电路中的精密电阻Rn的两端电势差Un相比较，再使被测电势差（或电压）Ex与准确可变的电势差Ux相比较，通过检流计G两次指零来获得测量结果。电压补偿原理也可从电势差计的“校准”和“测量”两个步骤中理解。 校准： 将K2打向“标准”位置，检流计和校准电路联接，Rn取一预定值，其大小由标准电池En的电动势确定；把K1合上，调节RP，使检流计G指零，即En= IRn，此时测量电路的工作电流已调好为 I = En/Rn。校准工作电流的目的：使测量电路中的Rx流过一个已知的标准电流Io，以保证Rx电阻盘上的电压示值（刻度值）与其（精密电阻Rx上的）实际电压值相一致。 测量： 将K2打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，保持Io不变（即RP不变），K1合上，调节Rx，使检流计G指零，即有Ex= Ux= IRx。由此可得 。由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据Rx电阻值标出其对应的电压刻度值，因此只要读出Rx电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势Ex的测量值。所以，电位差计使用时，一定要先“校准”，后“测量”，两者不能倒置。 实验仪器 图2 UJ31型电位差计面板图 UJ31型电位差计 UJ31型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为1 μV-17.1 mV（K1置×1档）或10 μV-171 mV（K1置×10档）。使用5.7 V~6.4 V外接工作电源，标准电池和灵敏电流计均外接，其面板图如图2所示。调节工作电流（即校准）时分别调节Rp1（粗调）、 Rp2 （中调）和Rp3（细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。Rn是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节Rn ，使工作电流保持不变。Rx被分成Ⅰ（ ×1 ）、Ⅱ（ ×0.1 ）和Ⅲ（ ×0.01 ）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应Rx的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。 左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时电流计的灵敏度提高。为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势由相应的接线柱外接。 图3 FB204型标准电势与被测电势 实验内容（一） 用电位差计测电压（参考电路如图1所示） 1、接上标准电池对电路进行校准； 2、令稳压电源固定6 V输出 ，设计测定电压的控制电路； 3、测量四个电压值，给出测量结果，计算相对误差。 项目 1 2 3 4 待测电压值（V） 0.015 0.03 0.06 0.11 测得电压值（V） 相对误差（%） 实验内容（二） 用电位差计测电阻值（参考电路如图4所示） 1、接上标准电池对电路进行校准； 2、令稳压电源固定6 V输出，设计测定电阻的控制电路，由于实验室提供的UJ31型直流电位差计有两组输入测量端，则应设计一个能对标准电阻和待测电阻的端电压作连续测量的控制电路。 2、选择合适的测量条件，包括：标准电阻，控制电路的工作电流和变阻器的阻值。 3、通过改变电阻箱的阻值，测量待测电阻阻值。 图4 电位差计测电阻电路图 项目 1 2 3 4 5 6 Rs(Ω) 5 10 15 20 25 30 URs(V) URx(V) 求出待测电阻阻值 E=1.9 V R=50 Ω 注意事项 1、实验前熟悉UJ31型直流电位差计各旋钮、开关和接线端钮的作用。接线路时注意各电源及未知电压的极性。 2、检查并调整电表和电流计的零点，开始时电流计应置于其灵敏度粗调，以后提高检流计灵敏度。 3、为防止工作电流的波动，每次测电压前都应校准．并且测量时，必须保持标准的工作电流不变，即当K2置“未知1”或“未知2”测量待测电压时，不能调节RP之“粗”、“中”、“细”三个旋钮。(为什么？) 4、测量前，必须预先估算被测电压值，并将测量盘Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ调到估算值。 5、使用UJ31型电位差计，调节微调刻度盘Ⅲ时，其刻度线缺口内不属于读数范围，进入这一范围时测量电路已