文档介绍：用补偿法测量电压、电流和电阻
电位差计是精密测量中应用最广的仪器之一,不但用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等,还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表,在非电参量(如温度、压力、位移和速度等)的电测法中也占有重要地位。
【实验目的】
1. 掌握补偿法原理,了解其优缺点。
2. 掌握UJ-31型直流电位差计的原理、构造及使用方法。
3. 学会用UJ-31型电位差计来校准微安表及测量其内阻。
【仪器用具】
滑线式电位差计一套、UJ-31型直流电位差计一台、检流计一台、标准电池、工作电源、待测电池、微安表头、直流电阻箱。
【实验原理】
电压的测量一般用伏特表来完成。由于电压表并联在测量电路中,电压表有分流作用,会对原电路两端的电压产生影响,测量到的电压并不是原电路的电压。用电压表测量电源电动势时,由于电压表的引入,电源内部将有电流,而电源一般有内阻,内阻将有电压降,从而电压表读数是电源的端电压,它小于电源的电动势。由此可知,要测量电动势,必须让它无电流输出。
补偿法是电磁测量中一种常用的精密测量方法,它可以精确地测量电动势、电位差和低电阻,是学生会必须掌握的方法之一。
滑线式电位差计、UJ-31型电位差计或学生型电位差计UJ-36等都是根据补偿法原理而设计的仪器。补偿的电路原理图如图3-3-1所示。
由Ea、K、R限和R组成的回路称工作回路;由Es或Ex与检流计G组成测量支路,与R仪器组成测量回路。在Ea>Es, Ea>Ex时,选择适当的R限,调节R的滑点,可使检流计G中无电流流过。此时有VAC?ES。在R限不变的情况下,降Es换成Ex,再调节R,若调节到C`位置使检流计无电流流过,则
VAC?Ex。因此,有
IRAC?VAC
IRAC'?VAC' RACES?RAC'Ex
即:Ex?RACES (3-3-1) RAC'
测量支路中无电流流过,那么Es或Ex就是它们的电动势,由此可知电压补偿法测量电动势或电位差时比一般电表法更为准确。由图3-3-1可知,用补偿法测电动势时,
需一个标
准电池(标准电动势)作为标准比较。标准电池的电动势比较稳定,精度比较高。图中R限起调节工作电流的作用,工作电流越大,分压电阻R上单位电阻上的电压降越大;工作电流越小,分压电阻上单位电阻上的电压降越小,表示测量精度越高。检流计G灵敏度越高,测量精度越高。
下面介绍两种常用的电位差计的基本原理。
一、线式电位差计基本原理
如图3-3-2所示,按通K1后,有电流I通过电阻丝AB,并在电阻丝上产生电压降IR。如果再接通K2,可能出现三种情况:
1. 当Ex?VCD时,G中有自右向左流动的电流(指针偏向右侧)。
2. 当Ex?VCD时,G中有自左向右流动的电流(指针偏向左侧)。
3. 当Ex?VCD时,G中无电流,指针不偏转。将这种情形称为电位差计处于补偿状态,或者说待测电路得到了补偿。
在补偿状态时,Ex?IRCD。设每单位长度电阻丝的电阻为r0,CD段电阻丝的长度为Lx,于是
Ex?Ir0Lx (3-3-2)
将保持可变电阻Rn及稳压电源E输出电压不变,即保持工作电流I不变,再用一个电动势为Es的标准电池替换图中的Ex,适当地将C、D的位置调至C'、D',同样可使检流计G的指针不偏转,达到补偿状态。设这时C'D'段电阻丝的长度为Ls,则
Es?IRC'D'?Ir0Ls (3-3-3)
将上两式比较得到
Ex?EsLx (3-3-4) Ls
(3-3-4)式表明,待测电池的电动势Ex
可用标准电池的电动势Es和在同一工
作电流下电位差计处于补偿状态时测得
的Lx和Ls值来确定。可见电位差计测
量的结果仅仅依赖于准确度极高的标准
电池、标准电阻(或均匀电阻丝)以及
高灵敏度的检流计,测量准确度可达到
%或更高。
二、UJ-31型电位差计基本原理
图3-3-2
图3-3-3
上图3-3-3是UJ31 型电位差计的原理简图。UJ-31型电位差计是一种测量直流低电位差的仪器,量程分为17mV(最小分度1μV,倍率开关K1旋至×1)和170mV(最小分度10μV,倍率开关旋到×10)两档。该电路共有3个回路组成:①工作回路②校准回路③测量回路。
(1)校准:为了得到一个已知的“标准”工作电流I0=10mA。将开关S合向“标准”处,ES为标准电动势,~,RN=?,,对应“粗”“中”“细”三个旋钮,调节这三个电阻旋钮使检