实验6直流电位差计的原理及应用

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1、实验6直流电位差计的原理及应用实验10直流电位差计的原理及应用【实验目的】1、学习“补偿法”在实验测量屮的应用。2、掌握电位差计的工作原理及其测量的基本方法。3、学习对实验电路参数的估算及校准方法。【实验仪器】DH325型H线电位差计DHBC-5标准电势与待测电势1、DHBC-5标准电势与待测电势面板示意图;待测电势：0〜1.9V连续可调。严禁作为电源外接负载使用。【实验原理】1.补偿法原理补偿法是一种准确测量电动势（电压）的有效方法。如图1所示。设E0为一连续可调的标准电源电动势（电压），而EX为待测电动势，调节E0使检流计G示零（

2、即回路电流1=0），则EX=E0。上述过程1台1台EX的实质是，不断地用己知标准电动势（电压）与待测图1补偿法原理图的电动势（电压）进行比较，当检流计指示电路屮的电流为零时，电路达到平衡补偿状态，此时被测电动势与标准电动势相等，这种方法称为补偿法。这和用一把标准的米尺来与被测物体（长度）进行比较，测出其长度的基本思想一样。但其比较判别的手段有所不同，补偿法用示值为零来判定。但电动势连续可调的标准电源很难找到，那么怎样j能简单地获得连续可调的标准电动势(电压)呢？简单的设想是：让一阻值连续可调的标准电阻上流过一恒定的工作电流，则该电阻两

3、端的电压便可作为连续可调的标准电动势。2.电位差计测量原理2是一种直流电位差计的原理简图。Rx图2电位差计原理图它由三个基本回路构成：①工作电流调节回路，由工作电源E0、限流电阻RP、标准电阻RAB组成。②校准回路，由标准电池Es、检流计G、标准电阻RCDs组成。③测量回路，由待测电动势EX,检流计G，标准电阻RCDx组成。通过测量未知电动势EX的两个操作步骤，可以清楚地了解电位差计的原理。(1)“校准”：图中开关K拨向标准电动势Es侧，取RCDs为一预定值(对应标准电势值Es=RCDsXI0=1.0186V)，调节RP使检流计G示值

4、为零，使工作电流回路内的RCDx中流过一个已知的“标准”电流10,且IO?EsRCDSo(2)“测量”：将开关K拨向未知电动势EX—侧，保持10不变，调节触头c和滑动触头D,使检流计示零，则EX?IO?RCDx?RCDxRCDsEs。被测电压与补偿电压极性相抵且大小相等，因而互相补偿（平衡）。这种测EX的方法叫补偿法。补偿法具有以下优点：①电位差计是一电阻分压装置，它将被测电动势EX和一标准电动势直接比较。EX的值仅取决于RCDxRCDs及Es,因而测量准确度较高。②在上述“校准”和“测量”两个步骤中，检流计两次示零，表明测量时既不从

5、校准回路N的标准电动势源屮吸取电流，也不从测量回路屮吸取电流。因此，不改变被测回路的原有状态及电压等参量，同时可避免测量回路导线电阻及标准电势的内阻等对测量准确度的影响，这是补偿法测量准确度较高的另一个原因。3.DH325新型H线电位差计的工作原理：DH325新型十一线电位差计是一种教学型电位差计，由于它是解剖式结构，十分有利于学习和掌握电位差计的工作原理，培养看图接线、排除故障的能力。如图3所示，EX为待测电动势，Es为标准电势。可调稳压电源E、与长度为L的电阻丝AB为一串联电路，工作电流10在电阻丝AB上产生电位差。触点D为刻度盘

6、的刻度值对应得阻值，C可在电阻丝上0-10的电阻插孔任意选取所需阻值，因此可得到随之改变的电位差UDC。图3H^一线电位差计电路图合上K向上合到Es处，调节可调工作电源E0，改变工作电流10或改变触点D，C位置，可使检流计G指零，此时UDCs与Es达到补偿状态。则：Es?UDCs?IO?rO?LDC?A?LS(1)式中「0为单位长度电阻丝的电阻，LS为电阻丝DC段的长度，A为单位长度电阻丝上的电压降。工作电流10保持不变，K向下合到EX处，即用EX代替Es，调节触点D,C的位置，使电路再次达到补偿，此时若电阻丝长度为Lx,贝IJ:EX

7、?IO?ro?LX?A?LX(2)为了实验方便，一般都选定单位长度电阻丝上的电位差A为一简单的数字，并根据标准电池Es的数值，由EN=A-LS,计算出LS的长度。然后将触点D，C移至LS的长度位置上，调节可调工作电源，改变工作电流10使电路补偿，此时单位长度电阻丝上的电位差A值等于选定值。这一步骤称为工作电流标准化，或称为电位差计定标，A称为标准化系数，单位为V/m。定标后，测量EX时，只要测得LX即D，C长度)，就可求出EX的大小。在科学实验中，对某种量进行精确的测量，常需要用标准件来比较、定标。本实验的定标体现在用标准电池(或标准

8、电势源)来进行电位差计工作电流的标准化。图4电位差计实验装置结构示意图测量干电池的电动势与内阻DH325新型H线电位差计实验仪是取代老式H线电位差计的实验装置，它把全部的部件完全透明化。将所有电位差计实验装置按照原理图3