电位差计的误差分析
电位差计误差分析

电位差计误差分析电位差计误差分析【摘要】电位差计是利用补偿原理和比较法精确测量直流电位差或电源电动势的常用仪器,它准确度高、使用方便,测量结果稳定可靠,但即使如此,当我们进行电位差计实验时,仍要面临不同的误差困扰,这种情况下尤为重要,便是既能避免过多的误差困扰又不至于得到的实验结果偏差过大。
【实验目的】1.学习补偿原理和比较测量法;2.牢固掌握基本电学仪器的使用方法,进一步规范实验操作;3.熟悉仪器误差处理和不确定度的估算。
【实验原理】1.补偿原理电源的电动势在理论上等于电源内部没有净电流通过时两极件的电压。
如果直接用电压表测量电源电动势,其实测量的是端电压,并非电动势。
因为电源有内阻0r,若将电压表直接并联到电源两端,一定会有电流I 通过电源的内部,电源内部不可避免地存在电位降Ir ,因而电压表的指示值只是电源的端电压(0Ir E U -=)的大小。
显然,为了能够准确的测量电源的电动势,必须使通过电源的电流I 为零。
此时,电源的端电压U 才等于其电动势E 。
••如右图所示,把电动势分别为sE 、xE 和检流计G 联成闭合回路。
当s E <x E 时,电流方向如图所示,检流计指针偏向一边。
当s E >x E时,电流方向与图示方向相反,检流计指针偏向另一边。
只有当s E =xE 时,回路中才没有电流,此时0=i ,检流计指针不偏转,我们称这两个电动势处于补偿状态。
反过来说,若0=i ,则s E =xE ,这种方法称为零示法。
2.电位差计的工作原理如图,由补偿原理可知,可以通过测定abV 来确定xE ,接下来便是如何精测量abV ,在此通过比较测量法。
把xE 接入abR 的抽头,当抽头滑至位置ab 时,G中无电流通过,则ab x R I E ⋅=,其中电流I 是干路电流;再把一电动势已知的标准电池NE 接入电路中,当抽头滑动至位置cd 时,G 再次为0,则cd N R I E ⋅=,于是Ncdabx E R R E =这种方法是通过电阻的比较来获得的待测电压与标准电池电动势的比值关系。
电位差计误差分析

电位差计的误差分析电位差计是精密测量应用极广的仪器,可以用来精确测定电动势、电压、电流、电阻等电学量,还可以用于校准精密电表和直流电桥等直读式仪表,在非电量(如温度、压力、位移等)的电测法中也占有重要地位。
电位差计不仅准确度等级高,而且测量结果稳定可靠。
它不从被测对象中取用电流,因此测量时不会使被测对象改变原来的数值。
电位差计可直接用来精密测量电池电动势及电位差。
箱式电位差计的工作原理图都采用图1所示的线路,包括三个部分:(1)工作电流调节回路,主要由E、Rn、R1、R、K。
等组成;(2)校正工作电流回路:主要由Es、RS、K1、K2等组成;(3)待测回路:主要由EX、RX、G、K1、K2组成。
当电位差计达到平衡(实现补偿)时,有(1)电位差计虽是一种测量电池电动势及电位差等的精密仪器,但其本身也有一定的误差存在。
1 元件误差元件误差是指因元件问题而产生的仪器误差。
根据(1)式,可得相对误差公式:(2)因是标准电池,故属量具误差。
通常处理量具误差的办法是选用准确度等级足够高的量具,使该项误差成微小误差而可以忽略不计。
“足够高”是指标准电池的电动势的相对变化不超过0.1a%。
a为电位差计的准确度等级,0.1是由微小误差分配原则确定的。
因此量具的准确度等级应比仪器的准确度等级高一个数量级,这样就能使该项误差忽略不计。
这样电位差计的元件误差就为:(3)若这两部分误差的大小和符号都相同,就可以互相抵消。
因此在设计、制造电位差计时,和这两组电阻总是尽量选用时间稳定性和温度稳定性以及误差符号(正或负)都相同的电阻。
在使用电位差计时,应合理选择量限而使全部读数盘都用到。
这不仅能保证足够多的有效位数,而且可使上述两部分元件误差得到比较充分的抵消。
一般说,元件误差是电位差计各种误差因素中影响最大的一项,约占总误差的一半。
只要使用电阻来调节和的比例,这一项误差就总是存在。
电阻元件的准确度、电阻的时间稳定性和温度稳定性限制了电位差计的准确度等级。
自组电位差计及进一步误差分析_共享

自组电位差计及进一步误差分析基础物理实验研究性报告作者: 王翔宇1105XXXX2012-12-2网络共享版说明:本文是我大二写物理研究性报告时独立原创完成的,原理和误差分析比较详细,拿出来分享,希望对初学电学实验和电位差计的人有一点帮助。
水平有限,仅供参考。
北京航空航天大学基础物理实验研究性报告王翔宇1105XXXX目录1.摘要 (2)2.实验原理 (2)2.1补偿原理 (2)2.2比较测量法 (2)2.3工作电流标准化 (3)2.4跃接法和示零法 (3)3.实验目的 (3)4.实验仪器 (4)5.实验步骤 (4)6.实验数据处理 (4)6.1实验数据整理 (4)6.2实验结果 (5)6.3计算不确定度 (5)6.4报告结果 (7)7.实验后进一步讨论 (7)7.1误差来源的分析 (7)7.2灵敏度误差 (8)7.3标准电池数值不准确造成的误差 (9)7.4标准电池和稳压电源电动势的不稳定。
(10)8.实验总结 (11)附.实验原始数据 (12)基础物理实验研究性报告王翔宇1105XXXX1.摘要电位差计是电压补偿原理的典型应用,能十分精确地测量电压。
自组电位差计对补偿原理的学习和电位差计的理解具有重要意义。
本实验报告完整地总结和汇报了实验的原理、过程和结果,并进一步研究了自组电位差计不确定度的计算及误差来源,对操作方法进行思考,从而对实验整体有了更好的理解和认识。
2.实验原理2.1补偿原理如图 1(a )所示。
调节滑动变阻器触头P 1则P 1B 两点电势差将会改变。
显然B′与 B 等势。
当P 1滑动到某个特定位置时P 1B 两点电势差与P′1B′相等,于是下方的补偿回路中无电流通过,检流计示数为零,U P′1B′=U P 1B =E 1 又因为U P 1B =IR P 1B 于是:E 1=IR P 1B(2- 1)这种用E 1补偿P′1B′间电势差使其严格地等于待测部分电压(U P 1B )的原理就是补偿原理。
电位差计使用实验报告

电位差计使用实验报告电位差计使用实验报告引言电位差计是一种常用的实验仪器,用于测量电路中不同位置的电位差。
本实验旨在通过使用电位差计,探索其原理和应用,并验证其测量的准确性和可靠性。
实验材料与方法实验所需材料包括电位差计、电源、导线、电阻器等。
首先,将电位差计与电源和电阻器连接,形成一个简单的电路。
然后,通过调节电阻器的阻值,改变电路中的电流强度。
在每个电阻值下,使用电位差计测量电路中不同位置的电位差。
实验结果与分析通过实验测量得到的电位差与理论计算值进行比较,可以评估电位差计的准确性和可靠性。
实验结果显示,电位差计的测量值与理论计算值非常接近,表明该仪器具有高度的准确性。
此外,实验中还发现,电位差计的测量结果对电路中的电流强度和电阻值均具有很高的灵敏度,即使微小的变化也能被准确地检测到。
进一步探索在本实验中,我们仅仅使用了一个简单的电路进行测量。
然而,电位差计在实际应用中有着更广泛的用途。
例如,在电化学实验中,电位差计可以用来测量溶液中的电位差,从而分析溶液中的化学反应。
此外,在生物学和医学领域,电位差计也被广泛应用于神经科学研究,用于测量神经细胞之间的电位差变化。
实验注意事项在进行电位差计实验时,需要注意以下几点。
首先,确保电路连接正确,以避免测量误差。
其次,要注意电位差计的量程范围,选择合适的量程进行测量,以保证测量结果的准确性。
此外,还应注意保持实验环境的稳定,避免外界因素对测量结果的干扰。
结论通过本次实验,我们对电位差计的原理和应用有了更深入的了解。
实验结果表明,电位差计具有高度的准确性和可靠性,并且对电路中的电流强度和电阻值具有很高的灵敏度。
此外,电位差计在电化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用前景。
因此,掌握电位差计的使用方法和注意事项,对于科学研究和实验工作具有重要意义。
参考文献[1] Smith, J. K., & Johnson, A. B. (2015). The use of potentiometers in electrical measurements. Journal of Electrical Engineering, 43(2), 87-94.[2] Brown, R. T., & Jones, M. L. (2018). Practical applications of potentiometers in chemical analysis. Analytical Chemistry, 90(5), 320-328.。
携带式直流电位差计测量范围误差绝对值

携带式直流电位差计测量范围误差绝对值UJ33a和UJ33b测量精度0.05℅的直流携带式电位差计,可在实验室、车间及现场测量直流电压,亦可经换算后测量直流电阻、电流、功率及温度等。
本仪器可以校验一般电压表及有转换开关、经转换后可作电压讯号输出,对电子电位差计,毫伏计等以电压作为测量对象的工业仪表进行校验。
仪器有内附集成放大器、电动势基准以及工作电池、不需外加附件便可进行测量。
同时避免了采用市电作为工作电的电位差计的工业干扰,使测量工作正常进行。
技术参数:各主要指标:注:校对“标准确确时”,工作电流相对变化0.05℅时,检流计指针偏转大于1格。
仪器使用条件:保证*确温度范围:15℃~25℃使用温度范围:5℃~35℃相对湿度:≤80℅外壳对线路绝缘电阻RJ>100MΩ仪器工作流3mA、5.5mA,标称工作电压3V,可用范围2.76~2.36V,有5节或6节1.5V1号干电池串并供电。
仪器能耐受50赫正弦波500V电压历时1分钟的耐压试验。
外行尺寸:310×240×160mm重量:<5Ka工作原理本电位差计根据补偿法原理制成。
调节RP阻值、当工作电流I在RN上产生电压降等于标准电池电势值EN时,如开关K打入左边,检流计便指零,此时工作电流便准确地等于3mV或5.5mV。
上述步骤称为对“标准”。
测量时,调节已知电阻Rp其工作电流3mA或5mA产生的电压降等于被测值UX时UX=IR,如开关K打入右边,检流计指零。
从而可由已知的R阻值大小来反映UX数值详细原理线路图2。
使用说明书1、测量未知电压Ux:打开后盖,按极性装入1.5V1号干电5节或6节及9V6F22叠层电池2节或4节,倍率开关从“断”旋到所需倍率,此时上述电源接通,2分钟后5分钟调节“调零”旋钮,使检流计指针指示值为零。
被测电压(势)按极性接入“未知”端钮,“测量-输出”开关放于“测量”位置,扳键开关扳向“标准”,调节“粗”“微”旋钮、直到检流计指零。
直流电位差计示值误差的测量结果不确定度分析

摘要:为了减小直流电位差计示值误差,进而提高测量结果的精确性,需要分析不确定度。
本文通过对标准不确定度输入分量来源进行分析和评定,提出相应的政策建议,进而为分析测量结果的不确定度提供参考依据。
关键词:不确定度测量误差1概述①测量依据:JJG123-2004《直流电位差计》。
②测量方法:采用直流数字电压表法,用直流数字电压表测量直流电位差计的示值误差。
③测量环境:温度(20±1)℃;相对湿度40%~60%。
④测量标准:直流数字多用表8508A。
⑤被测对象:直流电位差计UJ25。
2数学模型2.1公式ΔU=U X -U N ΔU———直流电位差计基本误差;U X ———直流电位差计的示值;U N ———直流数字电压表测量值。
2.2方差和灵敏系数依方程:u c 2(Δ)=n i =1∑(əf/əx i )2u 2(x i )得:u c 2(ΔU)=c 2(U X )u 2(U X )+c 2(U N )u 2(U N )灵敏系数:c 1=əΔU/əU X =1,c 2=əΔU/əU N =-1则有方差:u c 2(ΔU)=u 2(U X )+u 2(U N )3标准不确定度输入分量来源分析及评定3.1标准不确定度输入分量来源分析以标准直流数字电压表测量UJ25电位差计第一盘1V 为例进行分析,不确定度来源主要有两部分:一是直流数字电压表引入的不确定度u(U N ),包括以下分量:直流数字电压表误差引入的不确定度分量u(U N1);直流数字电压表分辨力引入的不确定度分量u(U N 2);直流数字电压表输入阻抗引入的不确定度分量u(U N 3);直流数字电压表零电流引入的不确定度分量u(U N 4)。
二是被检电位差计示值误差引入的不确定度u(U X ),包括:测量重复性引入的不确定度分量u(U X1);电源回路电阻相对变化引入的不确定度分量u(U X2);电位差计工作电流变化引入的不确定度分量u(U X3)3.2标准不确定度u(U N )输入分量评定3.2.1数字电压表误差引入的不确定度分量u(U N1)数字电压表(8508A)1V 测量点最大允许误差为±(读数×4×10-6+量程×0.6×10-6),即±5.2μV,在5.2μV区间内服从均匀分布,包含因子k=3√,u(UN 1)=5.2/3√=3.00μV。
电位差计的原理和使用实验报告

电位差计的原理和使用实验报告篇一:电位差计的原理及使用预习、原始数据、实验报告实验预习报告234实验原始数据记录表5篇二:实验6 电位差计的原理和使用实验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。
如图所示的电路中,电压表所测的是电源的端图电压u。
仅在I=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I=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,说明二者已相等。
电路呈这种状态,称为补偿状态。
电学实验的误差分析讲解

电学实验的误差分析讲解电学实验的误差分析是对实验过程中产生的误差进行分析、定量描述和评估的过程。
误差是指测量值与真实值之间的差异,通过对误差的分析可以了解实验结果的可靠性和准确性,进而对实验结果进行修正和改进。
本文将详细介绍电学实验的误差分析方法及其应用。
1.人为误差:包括读数误差、操作误差、仪器调整不准确等。
例如,读数时的视觉疲劳、注意力不集中等因素都可能导致读数的不准确性。
2.仪器误差:仪器的精度、灵敏度和稳定性等因素都会对测量结果产生影响。
例如,电阻器的阻值、电压表的量程等都可能存在误差。
3.环境因素:温度、湿度、气压等都可能对实验结果产生影响。
例如,温度的变化会导致电阻器的阻值发生变化,从而影响实验结果。
二、误差分析方法1.确定真值:在开始误差分析之前,需要先确定一个可靠的真值作为对照。
真值可以通过理论计算、已知数据或其他方法确定。
2.计算误差:计算每个测量值与真值之间的差异,得到误差值。
误差可以是绝对值误差、相对误差或百分比误差。
3.计算平均误差:对所有测量值的误差进行平均,得到平均误差。
平均误差反映了实验结果整体的偏差情况。
4.计算标准偏差:标准偏差反映了测量值之间的离散程度。
通过计算标准偏差可以评估实验结果的稳定性和精确度。
5.绘制误差图:将测量值和误差绘制成图表,通过观察图表中的分布情况可以判断误差的特点和规律。
三、误差分析应用1.确定结果可靠性:通过误差分析可以判断实验结果的可靠性和准确性。
如果误差较小且分布均匀,说明实验结果可靠。
2.改进实验方法:通过对误差分析的结果进行分析和总结,可以找出实验过程中存在的问题,并改进实验方法,从而提高实验结果的准确性和可靠性。
3.评估数据质量:通过误差分析可以评估实验数据的质量,判断实验结果是否符合要求。
如果误差较大,说明实验数据存在一定的不确定性。
4.比较不同方法的准确性:对于同一个实验,可以采用不同的方法进行测量,通过对比不同方法的误差分析结果,可以评估各个方法的准确性和适用性。
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电位差计的误差分析
电位差计是精密测量应用极广的仪器,可以用来精确测定电动势、电压、电流、电阻等电学量,还可以用于校准精密电表和直流电桥等直读式仪表,在非电量(如温度、压力、位移等)的电测法中也占有重要地位。
电位差计不仅准确度等级高,而且测量结果稳定可靠。
它不从被测对象中取用电流,因此测量时不会使被测对象改变原来的数值。
电位差计可直接用来精密测量电池电动势及电位差。
箱式电位差计的工作原理图都采用图1所示的线路,包括三个部分:
(1)工作电流调节回路,主要由E、Rn、R1、R、K。
等组成;
(2)校正工作电流回路:主要由Es、RS、K1、K2等组成;
(3)待测回路:主要由EX、RX、G、K1、K2组成。
当电位差计达到平衡(实现补偿)时,有
(1)
电位差计虽是一种测量电池电动势及电位差等的精密仪器,但其本身也有一定的误差存在。
1 元件误差
元件误差是指因元件问题而产生的仪器误差。
根据(1)式,可得相对误差公式:
(2)
因是标准电池,故属量具误差。
通常处理量具误差的办法是选用准确
度等级足够高的量具,使该项误差成微小误差而可以忽略不计。
“足够高”是指标准电池的电动势的相对变化不超过0.1a%。
a为电位差计的准确度等级,0.1是由微小误差分配原则确定的。
因此量具的准确度等级应比仪器的准确度等级高一个数量级,这样就能使该项误差忽略不计。
这样电位差计的元件误差就为:
(3)
若这两部分误差的大小和符号都相同,就可以互相抵消。
因此在设计、制造电位差计时,和这两组电阻总是尽量选用时间稳定性和温度稳定性以及误差符
号(正或负)都相同的电阻。
在使用电位差计时,应合理选择量限而使全部读数盘都用到。
这不仅能保证足够多的有效位数,而且可使上述两部分元件误差得到比较充分的抵消。
一般说,元件误差是电位差计各种误差因素中影响最大的一项,约占总误差的一半。
只要使用电阻来调节和的比例,这一项误差就总是存在。
电阻元件的准确度、电阻的时间稳定性和温度稳定性限制了电位差计的准确度等级。
2温差电动势产生的误差
不同金属相接触(如焊接点、电键、电刷、接线端钮等)时,将产生接触电位差。
当各接触点温度不同时,则产生温差电动势,简称热电势。
对于精密电位差计,特别在被测量很小时,热电势的影响不容忽视。
此外,因测量回路的热电势直接与被测电动势(或电位差)相串接,其影响最大。
为了减小这项误差,在设计、制造电位差计时,应尽量选用彼此接触电位差小的金属元件和导线;在测量回路中应尽量减少焊接点、电键、电刷等;采用较小的工作电流,以减小元件的升温等。
在使用时应注意,不要靠近冷源或热源(例如在直射阳光下进行测量)。
当要求较高时,要采用恒温措施。
此外,有一种比较简单的操作方法可以减小热电
势带来的误差。
根据热电势方向与回路电流无关的性质,而两个电路中电流的方向是对称的,可以用电流换向法(复测法)进行测量来消除热电势的影响,如图
2所示。
以代表测量回路中各处热电势的等效热电势,设其方向如图2所示。
测量时先将开关K。
合向“1”(只能合向“1”),调整工作电流。
测量被测电动势时,再将开关K。
、K3分别同时合向“1”和“2”。
当电路达到平衡时,得
(K。
、K3均合向“1”)
(K。
、K3均合向“2”)
和分别为两次电路平衡时测得的电动势,取两次测量的平均值
(4)
这样就消除了热电势的影响。
当然这种方法只能消除恒定的热电势,变化的热电势消除不了。
图2
3 工作电源电压不稳产生的误差
用做电位差计的工作电源通常有两种。
一种是电子稳压电源,其特点是长时间的电压稳定性较好,但瞬时稳定性不够。
选用这类电源时应注意其电压稳定度与电位差计的准确度相适应。
即当电网电压变化10%时,工作电流的变化应小于(0.2—0.3)a%。
其中a为电位差计的准确度等级,0.2、0.3是由微小误差分
配原则确定的。
另一种是蓄电池或干电池,其特点是瞬时的电压稳定性较好,而长时间的稳定性不够。
使用这类电源时应注意在电压稳定阶段使用,并缩短校准和测量的时间间隔,使电源端电压下降的影响可以忽略。
4 检流计灵敏度不够产生的误差
检流计的灵敏度越高,所能发觉的被测量的变化越小。
如果检流计的灵敏度不够,所能发觉的被测量的变化将有一定的限度。
当被测量的变化小于这个限度时,检流计就不能再测出,这就产生因灵敏度不够造成的误差。
因此,选用检流计时其灵敏度应与电位差计的准确度相适应。
换句话说,一个设计合理的电位差计,它的准确度应由相应的灵敏度(电位差计的灵敏度)来保证,即因灵敏度不够引起的测量误差可以忽略不计。
灵敏度与允许误差的关系可由下式决定
(5)
式中为人能分辨的检流计的指示值,一般可取0.2—0.3格(mm),为允许
误差的绝对值。
0.3—0.1是根据微小误差分配原则取的系数。
根据(5)式,即可求出允许误差所要求的灵敏度。
在实际工作中,当电位差计的灵敏度由(5)式确定后,就应合理分配线路部分和检流计部分的灵敏度。
原则上应尽量使电位差计的线路灵敏度高些,检流计的灵敏度低些,以免因检流计过于灵敏使电位差计工作不稳定。
对于电位差计,要根据测量要求,首先选择量限(测量范围)和准确度等级,对其灵敏度则在量限和准确度等级选定后,再选择合适的检流计,使总灵敏度满足测量准确度的要求。
最后,根据以上要求选定检流计后,还应实际检查一下,调整电位差计一个最小示值所引起的检流计偏转是否足够2—3格(mm)。
除应按灵敏度要求选择检流计外,还应考虑使检流计工作在微欠阻尼状态。
但是外临界电阻大的检流计,其电流灵敏度()较高,而电压灵
敏度()较低,反之则相反。
因此,高阻电位差计因采用临界电
阻大的检流计而电压灵敏度降低,故不适于测量低电位差,而用低阻电位差计测量低电位差比较合理。
当然,低阻电位差计测量的低电位差的内阻也应该是低的。
5 工作电流调节电阻细调不够产生的误差
如果工作电流调节电阻选用不当,调节不细,检流计就不能完全指零,即电位差计不能完全达到平衡,必然产生误差。
根据微小误差分配原则,应使的调节细度小于0.1a%,即要求在整个工作电流调节范围内调节时,可任意使检流计指针的变化小于0.2—0.3格(mm)。
此外,还有理论不够完善产生的误差;接触不良,接触电阻产生的误差;绝缘不良,绝缘电阻产生的误差等等。
以上各种误差,有些是随被测量大小的变化而变化的,有些则是不随被测量大小的变化而变化。
因此,电位差计的允许基本误差应包括两项,如下式
(6)
式中为电位差计准确度等级,为测量盘读数示值,为测量盘最小步进值(或分度值)。
为系数,对实验室型电位差计取0.5,携带型取1。
通过以上这些分析,不仅可以知道电位差计的误差,还对电位差计各部分的选配有了一个比较深入的理解。
这样根据具体的实验,就可以选择出符合要求的电位差计,减小实验中系统带来的误差。