直流电位差计电压的测量

直流电位差计测量电压

一、实验目的：

1.了解电位差计结构、原理。

2.学会用电位差计测量电压

二、实验原理：

1.补偿法测电压的基本原理如图1所示：

图中U X 是待测电压，U 0是可调的已知电压。调节U 0使回路无电流，U 0与U X 互相补偿，检流计G 不偏转。这时电路达到平衡。补偿时，U X ＝U 0。因回路中无电流，即使

U X 有较大的内阻，也不会象使用电压表测量一样，由于会从被测电路中取电

流，引起在待测电压内阻上的分压，造成测量结果偏小。

图1中，除了待测电压，型号为UJ25的直流电位差计，检流计是外接的，

因此，直流电位差计中要做到的就是如何实现等级较高、电压可调的U 0。仪

器的设计不是直接做成一个可调的标准电压，而是利用一个标准电池，它的电压有六位有效数字，去将工作回路的电流标准化，产生一恒定的标准电流，然后将标准化后的电流，流过一个标准电阻，再从标准电阻上的压降分压，获得稳定可调的标准电压U 0。下面说说直流电位差计的构造原理。

2. 直流电位差计的构造原理

如图2所示，E 为工作电源，E N 是标准电池，U X 是待测电压，R N 和R 0都是阻值准确已知的标准电阻。R N 称为标准化电阻，R 0称为测量电阻，电阻器R 用于调节电位差计工作电流的大小，称为调节电阻。电位差计由工作回路（ER N R 0R ）、校准回路（E N KGR N ）和测量回路（即补偿回路U X R 0GK ）组成。

调节电阻R ，使工作回路的电流等于设计时所规定的标准电流

I 0。I 0流过标准电阻R N 、R 0，在R N 、R 0上产生标准电压降。改变R N

或R 0上的滑动点，就能改变a 、b 两点或b 、c 两点之间的电压，在

a 、

b 和b 、

c 之间输出稳定、可调的标准电压U ab =I 0R Nab 和U bc =I 0R 0bc 。

在实际电位差计中，标准的补偿电压U ab 和U bc 直接标在面板上。

3.使用标准电池，将I0标准化

为了使流过标准电阻R N 和R 0的电流是设计的标准电流值I 0，必

须对工作回路中的电流进行标准化调节，标准化的方法仍然采用补偿法，用标准电动势E N 来校准R N ab 段上的电压U ab ，从而达到校准I 0的目的。

型号为BC9a 的饱和标准电池在室温为20℃时，其输出的电压为E 20=1.01863V 。从温度计上读出当前室温为t ℃，代入下列近似公式，算出t ℃时，标准电池的输出电压E t 。

E t ≈E 20－(t ＋20)(t －20)×10-6(V )

根据算出的E t 值，设定好R N ab 段的阻值，仪器面板上已将R N ab 段的阻值变化转换成电压变化

了。比如室温是30℃，算出的E 30=1.01813V ，即设定R N ab 为1.01813V 。一段时间内，如果室温不变，R N ab 设定好后，就不要去改变了。调节R N ab 阻值的旋钮也称为温度补偿旋钮。然后将开关K 打向N ，从高位到低位，调节R 的阻值，将检流计的电流调至零。这样，就将I 0标准化了。型号为UJ25型的电位差计，I 0标准化的数值为1mA 。实际操作过程，实验者可不用知道标准电流I 0的大小。

4. 测量待测电压UX 的大小

I 0标准化后，在标准电阻R 0bc 段上的电压U bc =I 0R 0bc 就是电压补偿法原理图中的U 0。改变R 0bc 段的阻值，就可改变U 0的大小。仪器的面板上，已将R 0bc 段阻值的变化，换算成电压U bc 的变化。

将开关K 打向X ，从高位到低位，调节R 0bc 段的阻值，即U bc 的大小，使检流计中的电流为零。这样，测量回路达到补偿，待测电压U X ＝U bc ，其值从电位差计面板上读出。

5.测量UX 的内阻

要测量U X 的内阻，只要让U X 输出电流，势必在U X 的内阻上产生压降，从而算出U X 的内阻。具体做法是在U X 的两端并上一已知阻值R 的负载电阻，用电位差计测出此时的电压'X U ，则U X 的内阻：(')/'X X X r U U R U =-

三、实验内容：

测量一节干电池的电动势与内阻。

四、注意事项：

1.因电位差计带电流输出开关“粗”、“细”，为调节方便，检流计的开关“电计”可锁定。先“粗”后“细”，且必需采用跃按的方式。

2.各电源极性不得接反。

3.标准电池必须轻拿轻放，且禁止短路或接入负载进行放电。