综合实验直流电位差计的应用.docx

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 b5E2RGbCAP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 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plEanqFDPw 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 DXDiTa9E3d1841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已知电流」和电流，此时」被补偿，」与补偿电压相等:电阻」即可求得」。

RTCrpUDGiT补偿电压是恒定电流」在三端可变标准电阻器」上产生的，这是波根辅助电源调节电阻斗| —屯喘电压被测电压图〈1）波根多尔夫第一种补偿方法E£辅助电源调节电阻 + I , , y,G)^H+标准电迪T En+ L - 被测电源图〈2）直流电位差计的原理电路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5PCzVD7HxA 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jLBHrnAILg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使检流计G指零，从而 得到厂；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〈而不是每一个个」是两个电阻的比值，只要这个比值阻器）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 xHAQX74J0X 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 LDAYtRyKfE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，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 Zzz6ZB2Ltk 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dvzfvkwMIl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 rqyn14ZNXI1、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-308 型实验仪的原理和使用方法； EmxvxOtOco2、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；SixE2yXPq55、 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两电极的端 压因此，在测量时要求没有电流通过电源，测得电源的端电压，即为电源的电动势但是，如果直接用伏特表去测量电源的端电 压，由于伏特表总要有电流通过，而电源具有内阻，因而不能得到准确的电动势数值，所测得的电位差值总是小于电位差真值为了准确的测量电位差，必须使分流到测量支路上的电流等于零，直流 电位差计就是为了满足这个要求而设计的6ewMyirQFL 补偿原理就是利用一个电压或电动势去抵消另一个电压或电动势， 其原理可用图〈3）来说明两个电源」和」正极对正极、负极对负 极，其中」为可调标准电源电动势，」为待测电源电动势，中间串 联一个检流计G接成闭合回路如果要测电源」的电动势，可通过 调节电源」，使检流计」读数为0电路中没有电流，此时表明两端的电位差和」两端的电位差相互补偿，这时电路处于补偿状态若已知补偿状态下」的大小，就可确定」，这种利用 补偿原理测电位差的方法称为补偿法，该电路称为补偿电路由上图〈3 ）补偿原理可知，为了测量」，关键在于如何获得可调节的 标准电源，并要求这电源：①便于调节；②稳定 性好，能够迅速读出其准确的数值。

kavU42VRUs 2、电位差计工作原理如图〈4）所示，由工作电源」、电阻厂、限流电阻」、标准电阻」构成基本图〈4）电位差计工作原理图电路，主要的作用是给电位差计提供一个稳定的已知工作电流；标 准电池」、标准电阻」及检流计」构成标准电路，作用就是来确定 电位差计的工作电流通过调节」，目的是调节基本电路中的工作 电流」，使标准电池电动势」与」的电压相等，实现补偿，从而完 成电位差计工作电流的确定过程，即定标过程此时工作电流；电阻因、待测电动势列〈或电压）及检流计凶，构成电 位差』的测量电路保持电位差计定标过程时，电源」和」不变， 其中稳定而准确的工作电流」流过」，同时也流过」，调节」的 阻值，使」两端电压与待测电动势」〈或电压）达到补偿，此时3、，这样就可以确定待测电动势列〈或电压）y6v3ALoS89 审33D-2型电子电位差计的工作原理 电动势测量是高校物理及化学实验中的基本实验传统的实验由电 位差计、检流计、工作电源和标准电池四部分组成一套电位差计测 量电动势装置，这样的装置有助于学生明确电位差计的基本原理， 掌握平衡法测量电动势的原理，在测量过程中测量装置不需要从被 测信号源吸收电流以保证测得真正的电动势而不是端电压，但使用 起来比较麻烦，不便于操作。

M2ub6vSTnPUJ33D-2 型数字式电子电位差计线路设计采用了全集成器件，内置 的可代替标准电池的精度较高的参考电压集成块作比较电压，除掉了传统直流电位差计的外 设标准电池，不但携带方 便，而且减少了环境污 染同时还保留了普通电 位差计平衡法测量的原 理，电位差计自动进行工作，完成传统电位差计的定标、校准及测 量比较过程，使被测电动势与参考电压经过高精度的仪表放大器比 较输出，达到平衡时即可知被测电动势的大小，有操作简单、精度高的优点OYujCfmUCwUJ33D-2 型数字电位差计工作原理框图如图＜5）所示，电位差计测量或输出所得的直流mV信号，经精密衰减、隔离放大后由四端方式 输出，量程转换选择所需测量/输出量程范围，功能转换选择测量或 输出方式，测量或输出信号经精密放大后送A/D转换成数字信号, 经单片机处理后由LCD数字直读显示和送RS232通讯口eUts8ZQVRdUJ33D-2 型数字电位差计内附标准电压源，可以输出标准电压信 号，通过调节粗、细调电位器即可获得所需量值的准确、稳定的电压sQsAEJkW5T五．实验仪器及描述UJ33D-2型数字电位差计、GPS2303C型直流稳压电源、FB-308 型电表改装与校准实验仪ZX—21型电阻箱GMsIasNXkA1、 UJ33D-2 型数字电位差计<1）概述UJ33D-2 型数字电位差计是传统直流电位差计更新换代型产品，它采用先进的数字化、智能化技术同传统工艺相结合，其具有以下特点： TIrRGchYzga〉数字直读发生和测量电压值；b〉可直读对应于输出或测量毫伏值的5种常用热电偶分度号的温度值，省却使用者查表之麻烦；c〉输出标准电压信号可带负载，直接校验各种低阻抗仪表；d〉采用四端钮输出方式，消除小信号输出时测量导线产生的压降误差；e〉内附精密基准源，去除标准电池，避免环境污染，同时省却反复 对标准要求，方便用户操作；f〉带RS232标准接口，可与计算机通信。

仪器可对热电偶和传感器、变送器等一次仪表输出的毫伏信号进行精密检测，也可作为标准毫伏信号源直接校验各种变送器和数字 式、动圈式仪表仪器功耗小，采用便携式机箱，内附工作电源电 池盒，便于携带，适用于生产现场、野外作业和实验室 用 7EqZcWLZNX图〈6）面板、底座结构排列图<2）结构特征板及底座结构排列图如图<6）所示错误!信号端钮 错误!功能转换开关 错误!导电片 错误!电源开关 lzq7IGf02E错误!外接电源插座 错误!调零旋钮 错误!粗调旋钮 错误!细调旋钮 zvpgeqJ1hk错误!量程转换开关 错误!温度直读开关 错误!发光指示管 错误！ LCD显示器 Nrpojac3vl错误!分度号选择开关错误! RS-232接口针座 错误!底座搁脚 错误！ 电池盒 1nowfTG4KI<3)主要技术指标① 主要性能参数参比条件：环境温度20±2°C,相对湿度〈40〜60) %标称条件：环境温度20土 15C，相对湿度〈25〜75) %主要参数量程测量/输出 范围基本误差分辩 率额定负 载2V0 〜1999.9 mV土〈0.05%UX+200p V)100pV2 mA200mV0 〜199.9 mV土〈0.05%UX+20p V)10pV2 mA20mV0 〜19.9 mV土〈0.05%UX+2p V)1PV2 mA75mV0〜74.999mV土〈0.05%。