综合实验 直流电位差计的应用

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1、直流电位差计的应用一．引言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。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

2、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。用于直流电路精确测量电压的电位差计。又称直流补偿器。分为经典式直流电位差计和直流电流比较仪式电位差计两大类。 1841年，J.C.波根多尔夫提出一种补偿方法，使被测电压与大小已知且可调的另一电压（称为补偿电压或标准电压）按相同极性对接，调节标准电阻器使检流计指零，则对接的两根导线中没有电流，此时被补偿，与补偿电压相等：，已知电流和电阻即可求得。 图（1）波根多尔夫第一种补偿方法图（2）直流电位差计的原理电路补偿电压是恒定电流在三端可变标准电阻器上产生的，这是

3、波根多尔夫的第一种补偿方法──恒定电流法，如图（1）所示。若令图中电阻不变而改变电流，同样可以得到大小已知且可调的补偿电压，这是波根多尔夫的第二种补偿方法──恒定电阻法。用于直流电路精确测量电压的电位差计，又称直流补偿器。分为经典式直流电位差计和直流电流比较仪式电位差计两大类。经典式直流电位差计以电阻网络为基础，主要采用波根多尔夫的第一种补偿方法，也可采用第二种或兼容第一、第二种补偿方法。为了将电流标定到一个准确的固定数值，直流电位差计中设置了由标准电池、标准电阻器组成的另一个补偿电路，如图（2）所示。当开关K在位置N时，改变调节电阻r使

4、检流计G指零，从而得到；测量时，开关K放在位置X，调节标准电阻器使检流计指零，得到。9是两个电阻的比值，只要这个比值（而不是每一个个别的电阻器）保持较高的准确度和稳定性，测量得到的数据的准确度就很高。这是直流电位差计比较容易做到较高的测量准确度的主要原因，也是直流电位差计按元件自检的根据。 　直流电位差计包括3个电路：测量电路即、和；电流调定电路即、和；辅助电源E和其调节电路即、，其中是一个调节细度很高的网络。通常、和都是外接的。准确度较高的直流电位差计还有防泄漏屏蔽电路和静电屏蔽电路。产生补偿电压的标准电阻器，实际上是一个复杂的多样化的

5、电阻网络,可构成多种直流电位差计的电路，例如测量低电压的迪塞霍斯特电路、维纳电路，测量高电压的福伊斯纳-布鲁克斯电路等。 使用直流电位差计主要用于精确测量(或比较)电压，或已转换为电压的各种电量、电参数。其主要优点是测量时不从被测回路取出电流，也无电流注入被测回路。当被测电压的大小超过电位差计的测量上限（一般只有几伏）时，要用分压器先将被测电压分压，然后进行测量。用直流电位差计测量被测电流在已知的标准电阻器上产生的电压降，可以间接测量电流。用直流电位差计比较四端电阻时，可以彻底消除电位端引线的影响。使用直流电位差计时，夏天因相对湿度较大，

6、应注意消除泄漏电流的影响；冬天因相对湿度较低，应注意防止静电引起的干扰。测量低电压时，还应注意消除温差电动势等杂散电动势的影响。 直流电位差计按准确级别分为0.2、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、0.002、0.001等级别。二．预习提示此实验是一个基本的综合性实验，也是电位差计应用实验。重点要求学生能根据实验原理和实验要求设计出简单的被测电路；及利用电位差计测量电压时准确度高和不影响被测线路功率的特点，来校正高准确度级别的指示仪表和电工仪器。1、复习“实验2.7电表改装与校准”，主要明确电压表的改装与校准过程，及FB-

7、308型实验仪的原理和使用方法；  2、预习本实验的基本原理，明确补偿原理；3、初步了解直流电位差计的基本结构及工作原理；4、认真阅读实验仪器的使用说明书，了解UJ33-2D型直流电位差计的正确使用方法，明确仪器的基本参数；5、如何用UJ33-2D型直流电位差计测量电压及校准电压表；6．设计实验原始数据表格。     按上述内容和要求写出预习报告。三．实验目的1、理解电位差计的工作原理－－补偿原理；2、了解电位差计的结构，正确使用电位差计；3、明确电表校准的基本方法，会用UJ33-2D型直流电位差计校准电表；4、充分利用实验室现有的实验仪

8、器，培养学生综合运用的能力；5、学会查阅相关资料，了解热电偶电动势相关知识；6、培养学生初步综合运用物理学实验知识的能力。四．实验原理1、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