电位差计研究型报告.doc

电位差计的应用研究型报告电位差计的应用研究型报告 第一作者： 第二作者： 能源与动力工程学院 2015年 12月 13日电位差计的应用研究型报告 1 目录 摘要 1、实验目的 2、实验原理 1、1补偿原理 1、2 UJ25 型电位差计 3、实验仪器 4、实验步骤 4、1自组电位差计——自组电位差计测干电池电动势 4、2 UJ25 型箱式电位差计——箱式电位差计测固定电阻 5、数据处理 5、1自组电位差计测干电池电动势 5、2箱式电位差计测固定电阻 6、讨论 6、1实验操作中的细节分析 6、2实验改进——自组电位差计测干电池电动势 6、3 UJ25型电位差计内部线路简图 6、4 UJ25型电位差计测电压误差进一步分析 7、感想 8、参考文献电位差计的应用研究型报告 2 摘要 电位差计是一种精确度很高的电压测量方式，运用补偿原理，通过使待测 电压与并联电阻两端电位差相等，用电阻两端电压代替待测电压本文将从实 验目的、原理、仪器、步骤以及实验的误差、改进、注意事项等方面探讨自组 电位差计与箱式电位差计的特点 关键词：自组电位差计 UJ25 型电位差计 实验改进 误差分析 Abstract Potentiometer is a high accuracy voltage measurement, using the principle of compensation, by making the measured voltage is equal to the potential difference across the resistor in parallel with a voltage across the resistor in place of the test voltage. This article from the experimental purposes, principles, instruments, procedures and experimental error, improvements, etc. Discussion precautions from a potentiometer and box potentiometer features. Keywords: self-potentiometer to UJ25 type Potentiometer Experiment improved error analysi电位差计的应用研究型报告 3 1、实验目的 学习补偿原理和比较测量法。

牢固掌握基本电学仪器的使用方法，进一步规范实验操作 培养电学实验的初步设计能力 学习仪器误差限和不确定度的估算 2、实验原理 1、1补偿原理 测量干电池电动势 Ex 的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接 读数（见图 1）,但由于电池和伏特表的内阻（电池内阻 r≠0，伏特表内阻 R 不 能看做∞） ，测得的电压 并不等于电池的电动势 它表明： ) /( x r R R E V   x E 因伏特表的接入，总要从被测电路上分出一部分电流，从而改变了被测电路的 状态我们把由此造成的误差称为接入误差 为了避免接入误差，可以采用如图 2所示的“补偿”电路如果 cd 可调， E> ，则总可以找到一个 cd 位置，使 所在回路中无电流通过，这时 x E x E = 上述原理称为补偿原理；回路 →G→d→c→ 称为补偿回路； cd V x E x E x E E→S→A→B→E 构成的回路称为辅助回路为了确认补偿回路中没有电流通过 （完全补偿） ，应当在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检流计 G，这种用 检流计来判断电流是否为零的方法，称为零示法 由补偿原理可知，可以通过测定 来确定 ，接下来的问题便是如何精 cd V x E 确确定 ，在此采用比较测量法。

如图 2所示，把 接入 的抽头，当抽头 cd V x E AB R电位差计的应用研究型报告 4 滑至位置 cd 时，G 中无电流通过，则 = ，其中是 I流过 的电流；再 x E cd IR AB R 把一电动势已知的标准电池 接入 的抽头，当抽头滑至位置 ab 时，G 再 N E AB R 次为 0，则 ，于是： ab IR E N (1) N E E ab cd x R R 这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关 系的由于 是精密电阻, 可以精确读出， 是标准电池，其电动势 AB R ab R R / cd N E 也有很高的准确度，因此只要在测量过程中保持辅助电源 E 的稳定并且检流计 G 有足够的灵敏度， 就可以有很高的测量准确度按照上述原理做成的电压 x E 测量仪器叫做电位差计 应该指出，式（1）的成立条件是辅助回路在两次补偿中的工作电流 I必须 相等事实上，为了便于读数, 应当标准化（例如取 ） ， ab /R E I N  mA 1 0   I I 这样就可由相应的电阻值直接读出 即 预先设置好 ，调节 cd V cd 0 R I E X  ab R 但不改变 ，直到 ；再接入 ，调节 ，并保持工作电流不变。

p R ab R N E V  ab x E cd R 1、2 UJ25 型电位差计 UJ25 型电位差计是一种高电势电位差计，测量上限为 1.911110V，准确度 为 0.01级，工作电流 =0.1mA它的原理如图 3所示，图 4是它的面板，上 0 I 方 12个接线柱的功能在面板上已表明图中 为两个步进的电阻旋钮，标有 AB R 不同温度的标准电池电动势的值，当调节工作电流时做标准电池电动势修正之 用 （标有粗、中、细、微的四个旋钮）做调节工作电流 之用 是标 p R 0 I CD R 有电压值（即 之值）的六个大旋钮，用以测出未知电压的值左下角的功 0 I x R 能转换开关，当其处于“断”时，电位差计不工作；处于“N”时，接入 可 x E 进行工作电流的检查和调整；处于 和 时，测第一路或者第二路的未知电 1 X 2 X 压标有“粗” 、 “细” 、 “短路”的三个按钮是检流计（电计）的控制开关，通 常处于断开状态，按下“粗” ，检流计接入电路，但串联一大电阻 R',用以在远电位差计的应用研究型报告 5 离补偿的情况下，保护检流计；按下“细” ，检流计直接接入电路，使电位差计 处于高灵敏度的工作状态；“短路”是阻尼开关，按下后检流计线圈被短路， 摆动不止的线圈因受很大的电磁阻尼而迅速停止。

3、实验仪器 ZX-21 电阻箱两个、UJ25 型电位差计、指针式检流计（即原理图中 G） 、 标准电池、稳压电源、待测干电池、双刀双掷开关、电子检流计、待校电压表、 待测电流表、导线若干 4、实验步骤 4、1自组电位差计——自组电位差计测干电池电动势 （1）标准电池温度修正 标准电池电动势与温度有关，冬天时实验室温度通常低于室温 20摄氏度， 因此读出温度计上温度示数（通常为标准电池上自带温度计） ，对其进行温度修 正 标准电池温度修正公式为： 3 -9 2 -6 -5 20 C 20 - t 10 9 C) 20 - t 10 0.94 - C) 20 - t 10 3.99 - ） （ （ （ o o o         E E N 其中， 为 20摄氏度时的电动势，可取 =1.01860V 20 E 20 E （2）设计并连接自组电位差计的线路 画出电路图（如图 5） ，注意正确使用开关，安排好工作电流标准化及 测量的补偿回路 按照回路进行连接，先连接辅助回路，再连接补偿回路 x E 本实验中，电源选用箱式电源，辅助回路干路上必须串联一个开关，用以保护 电路。

检流计无法承受较大电流的冲击，因此应在补偿回路中串联一个大电阻 （本实验中阻值为 1 ）与开关并联的电路元件，同时在补偿调节中采用跃接  k 法，用以保护检流计 连接电路后，打开箱式电源开关，调节箱式电源电压电流使电源电压 E 3V，开始准备测量  （3）工作电流标准化，测量干电池电动势 电位差计的应用研究型报告 6 如图 5所示，辅助回路中串联电阻箱 和 ,初始时，断开 ，调节 1 R 2 R 3 S =1.018.8 ，调节 = ，使辅助回路中电流为 1mA 1 R  2 R 1 0 - / R I E 将 接入回路，断开 ，保持 不动，调节 使检流计指针为零（使用 N E 4 S 1 R 2 R 说明） （检流计档位先为 1 后为 30nA,下同） ，闭合开关 ,再次调节 使检 A  4 S 2 R 流计示数为零，记录 和 1 R 2 R 将 接入回路，保证 + 不变，同时调节 和 ，使得检流计示数变 x E 1 R 2 R 1 R 2 R 为零，调节方法同上，记录 和 1 R 2 R 保证 不变，调节 使检流计偏转 10~14格记录 和 2 R 1 R 1 R 2 R （4）实验重复三次，记录三组数据。

4、2 UJ25 型箱式电位差计——箱式电位差计测固定电阻 (1) 调解工作电流：将功能转换开关置 N，温度补偿电阻 旋至修正后的标准 AB R 电池电动势“1.018V”的后两位，分别按下“粗” 、 “细”按钮，调节 至检流 p R 计指零 (2) 测量待测电压：功能转换开关置 或 ，分别按“粗” ， “细”调节旋钮， 1 X 2 X 调节 至检流计指零，则 的显示值即为待测电压 CD R CD R (3) 连接检测电路如图 6调节 R 使其电阻与 接近，连接 3V 电源至电源接 X R 线柱，连接检流计至检流接线柱，连接标准电池至标准接线柱，连接待测电压 至 接线柱，完成以上步骤记录 ， , 1 X 2 X X R 1 U 2 U 5、数据处理 5、1自组电位差计测干电池电动势 原始数据 次 数  / 1 R  / 2 R   / 1 R   / 2 R    / 1 R    / 2 R 格 数电位差计的应用研究型报告 7 1 1018.8 2084.5 1470.0 1633.3 1491.1 1633.3 11 2 1018.8 2082.6 1488.4 1622.9 1518.4 1622.9 11 3 1018.8 2075.0 1467.0 1626.8 1447.9 1626.8 11（1） : 1 R                              6467 . 0 3 ) ( 12 . 1 020 . 0 10 5 8 . 0 10 5 8 10 2 10 10 1000 0 ) ( 8 . 1018 3 1 2 3 3 - 3 - 1 13 12 11 1 仪 仪 R u R u R R R R b a     6467 . 0 u u u 1 2 b 1 2 a 1 ） （ ） （ ） （ R R R （2） ： 2 R                                          1.2789 3 u 2.215 0.020 10 5 0.7 10 2 80 10 2000 2.9023 2 3 2080.7 - 2075.0 2080.7 - 2082.6 2080.7 - 2084.5 ) 1 ( ) ( u 7 . 2080 3 2 b 2 - 3 - 3 - 2 2 2 2 2 2 2 a 23 22 21 2 仪 ） （ ） （ 仪 ） （ R k k R R R R R R R i i     3.1760 u u u 2 2 b 2 2 a 2 ） （ ） （ ） （ R R R （3） : 1 R 。