大学物理设计实验
8.4 用电位差计校准电表
【相关知识 电位差计原理及使用方法】
V一．普通电表的缺点
普通电表接入电路后由于分流或分压的作用会影响原电路，导致测量不准确（如图1）。
二．电位差计的优点
电位差计是应用电流补偿原理制造出来的“理想”电压表。
三．电位差计的原理 图1 普通电压表对被测量量的影响
1. 补偿原理： 如图2所示，电源E0>E，AB是一段均匀电阻丝。合上K1（K2先断开），AB上有电流I0通过，则AC段（c点是固定点）上测得的电压降UAC=I0RAC。合上K2，调节RP，观察检流计G，可能出现下列3中情况：
（1）当E>UAC时，G中有电流正向通过； （2）当E （3）当E=UAC当，G中无电流通过，此时是“补偿平衡”状态。 E0K1RPE0K1RPAR=r0LRACCRCBBALCR=r0LCSBGEK2GEXK3EsK2 图2 补偿电路图 图3 电势差计测电动势的电路 2. 电位差计操作原理： 电路图2略经改造变成图电路图3，图3的目的是测量出待测电压Ex。为提高测量精度，这里使用一个标准电池ES=1.0186V（它的电动势稳定且精确）。AB段是一条十分均匀的电阻丝（单位长度上的电阻值ｒ0）。当电阻丝上有稳定电流I通过时，则其上间隔为L长的两点间电压降： UL=Ir0L 测量时，先将开关K3扳到ES一侧，此时AB杆与固定触点C接通，调节电阻Rp使G中无电流通过（补偿平衡），若此时AB中电流为I0，则有： ES=UAc=I0r0Lc (1) 再将开关K3扳到EX一侧，此时AB杆与活动触点S接通，调整活动触点S，使G中无电流通过（再次补偿平衡，此时AB杆中的电流仍然为I0），则有： EX=UAS=I0r0LS (2) (2)/(1)得： EX=ESLS/LC (3) ES、LS/LC均可精确测量，因此求得的EX精度很高。 四．操作电位差计方法： 将图原理图3转化成实物，即为电位差计，如图4所示，它相当于一个高精度电压表，其中“未知 1 大学物理设计实验 1”（“未知2”）接线柱相当于电压表对外的接线柱。操作电位差计的目的就是通过一些列操作测量出外界加载到“未知1”（“未知2”）接线柱的电压。（注意，一定要找到图3中的各个器件符号跟图4中的哪个实物对应。） 电位差计的操作步骤如下： 1．如图4连接电位差计的外部设备；（注意：检流计在使用前要通过调零旋钮调零） 2．将RNP调至 ”1.0186伏”；将K1调至 ”X10” 倍率；将稳压电源E0电压调到6伏左右。 JZ3型电子指零仪GBC7饱和标准电池- 0.01级 +常州儒林电子仪器厂制造Es关灵敏度表盘1CURRENTVOLTAGE表盘2CURRENTVOLTAGE调电流调电压调电流调电压调零输入开关-接线柱+1Ex-+接线柱2-+暂未用ExG+检流计E0-标准-+-未知1+-未知2+5.7~6.4伏RNP1.0186伏k1倍率X10 X1RP1粗调RP2中调RP3细调K3未知1断未知2标准断IX1粗细短路IIX0.1IIIK2X0.001 毫伏 (补偿平衡后其读数为Ex值)UJ31型 直流低电势电位差计 图4 电位差计装置图 3．标准调平，即将 “K3”旋到 “标准”档，将左下角“粗”按钮（K2）按住以接通检流计，调节“RP1”“RP2”（即粗调、中调旋钮），使检流指针指零。（注意：如果无法使检流计指针指零，要检查稳压电源E0 （5.7-6.4V范围）的电压是否顺利加载、并检查稳压电源和标准电池正负极是否接反，具体参见“电位差计常见问题手册”）。 4．未知调平，即将“K3”旋到“未知1”（或未知2），将左下角的“粗”按钮（K2）按住以接通检流计，分别调节表有“I”、“II”、“III”的3个测量盘，使检流计指针指零。此时这3个测量盘的读数×10倍率,即为“未知1”（或“未知2”）接线柱测量到的外电压值。（注意：若该步骤无法调平，最有可能是未知接线柱的正负极接反了，具体参见“电位差计常见为题手册”） 5．每测量一次待测电压值都要重复3，4两个过程。 五．【实验记录表格】（仅供参考） 单位：mA I示 I测1 I测2 I测=(I测1+I测2）/2 δI=I测-I示 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 同学们不要将该附录带出，如有需要，请到实验中心网站下载电子版 2