北航物理实验研究性实验报告电位差计及其应用.docx

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北航物理实验研究性实验报告电位差计及其应用

北航物理实验研究性实验报告——电位差计及其应用

研究性实验报告

电位差计及其应用

学号

学生姓名段毓

第二作者学号12151150

第二作者

xx年12月12

日

摘要

电位差计的测量准确度高，且避免了接入误差，但它操作比较复杂，也不容易实现测量的自动化。

现今，电压测量已逐步被数字电压表所代替，其因为内阻高、自动化测量容易，得到广泛的应用。

尽管如此，电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍有重要的训练价值。

此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度较高的电压测量仪表，

在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。

关键字：

电位差计，补偿法

Abstract

Potentiometerisaninstrumentformeasuringthepotential（voltage）inacircuit.Theauracyofthepotentiometerishighanditcanavoidtheerrorsmadewhenwiresofpowermetersareconnected.Butoperatingthepotentiometerisveryplex.Anditisnoteasytoachievemeasuringautomatically.Today,theinstrumentformeasuringthevoltageisreplacedbydigitalvoltmeters.Thedigitalvoltmeterhashighinternalresistanceanditcanmeasurethevoltageautomatically.Soitisusedwidely.Nevertheless,thepotentiometerstillhasitsimportantvalueofexperimentasatypicalapplicationofthepensationmethod.Inaddition,paringDC-potentiometerisstillthemostaurateinstrumentmeasuringthehighvoltage.Anditisoftenusedasthestandardinstrumentinthetestofdigitalvoltmetersandotherprecisely-measuring-voltageinstruments.

Keywords：

Potentiometer,pensationmethod

摘要...........................................................................................................................................1

Abstract.....................................................................................................................................2

目录...........................................................................................................................................1

一、实验目的...........................................................................................................................2

二、实验原理...........................................................................................................................2

1.补偿原理........................................................................................................................2

2.UJ25型电位差计..........................................................................................................3

三、实验仪器...........................................................................................................................5

四、实验内容...........................................................................................................................5

1.自组电位差计................................................................................................................5

2.UJ25型箱式电位差计..................................................................................................6

五、数据处理...........................................................................................................................6

1.自组电位差计测干电池电动势....................................................................................6

2.UJ25箱式电位差计测干电池电动势.........................................................................7

五、讨论...................................................................................................................................8

1.对实验方法、实验内容或实验仪器的改进意见与建议............................................8

2.实验中经验教训的总结................................................................................................8

六、实验感想...........................................................................................................................9

1.实验后的感想、收获、体会、意见或建议................................................................9

2.教学改革或任课教师的评价、意见和建议................................................................9

七、致谢.................................................................................................................................10

八、附录.................................................................................................................................11

1.实验原始数据纸..........................................................................................................11

九、__.........................................................................................................................12

一、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、培养电学实验的初步设计能力；

4、熟悉仪器误差限和不确定度的估算；

5、熟悉指针式检流计的使用方法。

二、实验原理

1.补偿原理

测量干电池电动势Ex的最简单方法是把伏特表接到电池的正负极上直接读数（见图一），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V=ExR/（R+r）并不等于电池的电动势Ex。

它表明：

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。

此误差称为接入误差。

图1用电压表测电池电动势

为了避免接入误差，采用如图二所示的“补偿电路”。

如果cd可调，E>Ex，则总可以找到一个cd的位置，使得Ex所在回路中无电流通过，这是Vcd=Ex。

上述原理称为补偿原理，回路Ex→G→d→c→Ex称为补偿回路；E→S→A→B→E构成的回路成为辅助回路。

为了确认补偿回路中没有电流通过（完全补偿）

，在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检

北航物理实验研究性实验报告

——电位差计及其应用

作者：

学号：

摘要........................................................................................................................3

一实验重点............................................................................................................3

二实验原理............................................................................................................3

补偿原理........................................................................................................3

UJ25型电位差计...........................................................................................4

三实验仪器............................................................................................................5

四实验内容............................................................................................................5

自组电位差计................................................................................................5

UJ25型电位差计...........................................................................................5

五数据记录与................................................................................................6

原始数据........................................................................................................6

数据处理........................................................................................................6

六讨论....................................................................................................................7

摘要

电位差计的测量准确度高，且避免了测量的介入误差，但它操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。

在数字仪表快速发展的今天，电压测量仪逐步被数字电压表所替代，后者因为内阻高，自动化测量容易，得到了广泛的应用。

尽管如此，电位差计作为补偿法的典型应用，在电学试验中仍有重要的训练价值。

一实验重点

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.培养电学实验的初步设计能力。

4.学习仪器误差限和不确定度的估算。

二实验原理

补偿原理

为了避免接入误差，可以采用如图所

示的补偿电路。

如果cd可调，E>EX，则

总可以找到一个cd位置，使Ex所在回路

中无电流通过，这是Vcd=EX。

上述原理称

为补偿原理；回路EX→G→d→c→EX称为

补偿回路；E→S→A→B→E构成的回路成

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Vcd来确定Ex，接下来的问题便是如何精确测定Vcd，再次采用比较测量法。

如上图所示，把EX接入RAB的抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无电流通过，则Ex=IRcd，其中I是通过Rab的电流；再把一电动势已知的标准电池EN接入RAB的抽头，当抽头滑至位置ab时，G再次为0，则EN=IRab，于是

?

?

cd?

?

?

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=?

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ab?

?

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RAB是精密电阻，Rcd/Rab可以精确度出，EN是标准电池，其电动势也有很高的精确度，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，EX就可以有很高的测量准确度。

按照上述原理制成的电压测量仪器叫做电位差计。

应该指出，上式成立的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，I=EN/Rab应当标准化（例如取I=I0≡1mA），这样就可由相应的电阻值直接读出Vcd即EX=I0/Rcd。

在UJ25中的做法是在辅助回路中串接一个可调电阻RP，按公式Rab=EN/I0预先设置好Rab，调节RP，但不改变Rab，直至Vab=EN，调节Rcd，并保持工作电流不变。

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1.1911110V，准确度为0.01级，工作电流I0=1mA，使用方法如下。

A调解工作电流：

将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB旋至修正后的标准电池电动势“1.018伏”后两位，分别按下“粗”“细”按钮，调节RP至检流计指零。

B测量待测电压：

功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值为待测电压。

三实验仪器

ZX-21电阻箱（两个）、指针式检流计、标准电池、稳压电源、待测干电池、双刀双掷开关；UJ25型电位差计、电子检流计、待校电压表、待测电流表。

四实验内容

自组电位差计

（1）设计并连接自组电位差计的线路

a）画出电路图，注意正确使用开关，安排好工作电流标准化以及EX测量的补偿回路。

b）按设计要求（E≈3V，EX≈1.5~1.6V，I=I0≡1mA，EN按温度修正公式算出），设置各仪器或元件的初值或规定值。

标准电池温度修正公式为：

EN≈E20－3.99×10?

5（t－20℃）?

?

2－0.94×10?

6（t－20℃）2＋9×10?

9（t－20℃）3式中E20为20℃时的电动势，可取E20=1.01860V

（2）工作电流标准化，测量干电池电动势。

a）为保证测量的准确度，每次测量后应校验工作电流有无改变；

b）在补偿调节中要采用跃接法。

（3）测量自组电位差计的灵敏度

UJ25型电位差计

使用UJ25型电位差计测量干电池的电动势。

a）注意工作电源和待测电池的极性；

b）根据工作电源的电压值，接入电位差计的对应端子（19~2.2V或2.9~3.3V）；c）现根据室温计算标准电池的电势，再调节对应旋钮使工作电流标准化；d）先按“粗”按钮，调节RCD使检流计示零，然后按“细”按钮，再次使检流计示零。

研究性实验报告

电位差计及其应用

第一作者姓名

第一作者学号

第二作者姓名

第二作者学号

xx年xx月xx

日

摘要

电位差计是一种精密电学仪器，其利用的补偿原理可以有效避免由于电源内阻产生的误差，从而具有精确度和灵敏度高等优点。

电位差计配以其它电学元件等常被用于精确测量电动势、电流、电阻等电学量。

本文主要阐述了有关电位差计实验的内容，包括数据处理、误差分析、实验改进等。

关键词：

电位差计，补偿原理

Abstract

Potentiometerisakindofpreciseelectricalinstrument.Theuseofthepensationprinciplecaneffectivelyavoidtheerrorduetotheinternalresistanceofthepowersource.Therefore,ithasmanyadvantagessuchashighauracyandsensitivity.Withotherelectricalponents,thepotentiometeritoftenusedinauratemeasurementofelectricpotential,current,resistanceandotherelectricparameters.Thisarticlemainlyexpoundscontentsconcerningofthepotentiometer,includingdataprocessing,erroranalysis,experimentalimprovement,etc.

Keywords：

Potentiometer,pensationprinciple

一、引言................................................................................................................1

二、实验要求........................................................................................................1

三、实验原理........................................................................................................2

（一）补偿原理............................................................................................2

（二）UJ25型电位差计..................................................................