实验6电位差计的原理和使用

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1、实验6电位差计的原理和使用电位差计是测量电动势和电位差的主要仪器之一。用电位差计测量未知电动势，就是将未知电压与电位差计上的已知电压相比较。由于应用了补偿原理和比较测量实验方法，测量的结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池、标准电阻以及高灵敏度的检流计，测量精度可高达0.05%。它不仅被用来精确地测量电动势、电压、电流和电阻，而且还用来测量电量，如温度、压力、位移和速度等。在校准电表和直流电桥等直读式仪表上也有重要作用。电位差计的优点很多，但也有一些缺点，如测量过程比较烦琐，工作时间比较长，工作电流容易变化，易影响测量结果，因

2、此每次使用都采用校准和测量两个步骤。【实验目的】1.掌握电位差计的工作原理、结构、特点和操作方法；2.掌握用箱式电位差计测量电动势或电压的基本方法。【预习检测题】1.用电位差计测量电动势有何优缺点？并与电压表的测量进行比较并说明。2.什么叫补偿法？它有何优点？3.在使用电位差计进行测量前，必须先对电位差计进行校准，为什么？【实验仪器】十一线电位差计；标准电池；1#电池；检流计；箱式电位差计；稳压电源。【实验原理】一、补偿原理用电压表无法测量电源的电动势。如图4.19.1⑼所示的电路屮，电压表所测的是电源的端图4.19.1电

3、压u（u?EX?l?r,r为电源的内阻，I为流过电源的电流）。仅在1=0时，端电压u才等于电动势Ex,但只要电压表与电源一并联接，I就不可能为零，故欲测电源电动势，应采用其它的方法。电位差计是将待测电动势与标准电动势进行比较测量的仪器。它的基本原理如图4.19.1（b）所示。设E0为一连续可调的标准电源电动势，而EX为待测电动势。若调节E0,使流过检流计G中电流为零（即回路中电流1=0），则E0=EX。上述过程的实质是，不断地用已知的标准电动势E0与EX比较，直到检流计指示电路中电流为零时，说明二者己相等。电路呈这种状态，

4、称为补偿状态。这种方法称为补偿法。二、电位差计的工作原理怎样冰能获得连续可调的标准电动势E0,并如何与未知电动势进行比较呢？电位差计就是为达此目的而设计的一种测量仪器。1.基本结构电位差计的基本线路如图4.19.2（a）（线式电位差计原理图）和4.19.2（b）（箱式电位差计原理图），电位差计型号不同，但它们基本都由三个回路组成。下面就图4.19.2(b)做详细分析。(a)线式电位差计原理图(b)箱式电位差计原理图图4.19.2(1)工作电流调节回路它由高稳定度的电源E、限流电阻RP、标准电阻R1和R2以及开关K0组成。(

5、2)校准回路由标准电池E5、检流计G、标准电阻R1以及开关K1和K2组成。(3)测量回路由待测电源EX(或待测电位差UX),标准电阻R2，检流计G，开关K2和K1组成。分析图4.19.2(b)，平衡补偿在电位差计中是这样来实现的：利用工作电流回路RX上的压降URX与待测电动势EX(或UX)进行比较，当改变RX的大小时,URX也随之变化，直到G指零吋，即达到平衡补偿。这吋URX=EX,为了便于测量，要求仪器工作电流I恒等于某一定值，则在不同的RX处，可直接标出它相应的URX值。这样在测量时一达到平衡补偿即可直接读出待测电动势

6、。因此，要使用电位差计，必须让工作电流调节到仪器所规定的数值，这步骤称为工作电流的校准(或标定)。2.测量(1)工作电流的校准如图4.19.2(b),利用标准电池(已知电动势为ES)校准仪器的工作电流:调节RP使URS?ES，合上KO及K1，并将K2倒向S—边，则标准电池ES与工作回路并联。调节RP使检流计G示零（即校准回路屯流为零），此时电位差计达到平衡补偿，RS两端的电位差US?ES。工作电流I校准完毕，它数值上等于ES/RS。（2）比较测量保持工作电流I不变（即保持RP、Rl、RS不变），把K2倒向X—边，调节Rx直

7、至检流计G指零，此时测量回路达到平衡补偿状态。可从仪器上直接读出被测的EX（或UX）的值。【实验内容】一、利用线式电位差计测量干电池的电动势线式电位差计结构简单，电阻丝长II米，往复绕在木板的十一个接线插孔0、1、2、…、10上，每两个插孔横向相邻间电阻丝长为1米。插头C可插入0〜10中任一位置。电阻丝BO旁附有最小分度为毫米的米尺，接头D可在其上滑动，使得CD间的电阻丝长度可在0〜11米间连续变化。RP为可变电阻，用来调节工作电流。双刀转换开关K2用來选择接通标准电池ES还是待测电池EX。电阻R1除用来保护标准电池和检流

8、计外，还用来以提高测量的精度。1.接线。接线时须断开所有开关，尤其要注意几个电源的正负极性，不可错接，RP调到最大值。2.校准工作电流。首先选定电阻丝单位长度上的电压降A伏/米，记下室温t，求出室温下的标准电池的电动势ES（t）伏，调节C、D两活动接头，使C、D间电阻丝长度为LS?ES(t)/A(4.1