实验十一电位差计及其应用

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1、实验十一电位差计及其应用【实验目的】1.了解电位差计的工作原理、结构、特点与操作方法。2.掌握用电位差计测电池的电动势的方法。【实验仪器】电位差计，标准电池、检流计、待测电池、直流稳压电源、导线若干。【实验原理】一-般用伏特表测电位差或电动势时，由于伏特表H身的内阻在电路小有分流作用，往往产牛:较大的测量误差。而用电位差计测电位差或电动势时，却不存在这个问题。箱式电位斧计是川來精确测量电池电动势或电位滋的专门仪器。它采川电位比较方法依据补偿原理进行测量，山于与之配合使用的标准电池电动势非常稳定，用做检测电流的灵敏电流计灵敏度很高，加上箱式电位差计的电压比较电路

2、梢确度较髙，因此，它能榕确地测量待测的电位差和电池的电动势。同时，因为箱式电位差计精度很高，常用来校正电压表和电流表。图8-1电压补偿原理图1.电压补偿原理图弘2电位差计原理简图图8-1为电压补偿原理图。在图8-1中，Ex为被测耒知电动势，E0为町以调节的己知电源,G为检流计。在此回路中,若EOHEx,则回路中一定有电流,检流计指针偏转。调整E0值，总可以使检流计G指示零值，这就说明此时回路中两电源的电动势必然是大小相等，方向相反，数值上有Ex=EO,因而相互补偿（平衡）。这种测电压或电动势的方法称为补偿法。电位差计就是应用这种补偿原理设计而成的测量电动势或电

3、位差的仪器。由上可见，构成电位差计需耍有一个特定的可调电源E0,而且要求它满足两个条件：①它的大小便于调节，使E0能够和Ex补偿；②它的电压很稳定，并能读出精确的伏特值。2.电位差计原理图8・2为电位差计原理图。电位差计应用的补偿原理，是用可调的已知电压EO=IRO与被测电动势Ex相比较，当检流计指示零时，两者相等从而获得测量结果，如图8-2所示。由欧姆定律U=IR可知，要想得到可调的已知电压E0,可先使电流I确定为一恒定的已知标准电流10,然后使1（）流过电阻R,如果Ra的大小可调并可知（Ra是R在补偿回路ExKGRa屮的部分），则Ra两端的电压降U即为可调

4、已知，有U=10Ra,将Ra两端的电压U引岀，并与未知电动势Ex进行比较，组成补偿冋路，则U相当于上面所要求的“E0”。在图8-2中，ERRsRp组成辅助回路，ExKGRa和EsRsGK各组成一个补偿回路。⑴校准工作电流辅助回路中的电流叫工作电流。为使Ra中通过的电流是已知的标准电流10,在图&2中，使开关K倒向右端1,调节Rp改变辅助回路中的电流，当检流计指示零时，Rs上的电压降恰与补偿回路中标准电池的电动势Es相等，冇Es=I0.Rs,,由于Es和Rs都是很准确的，所以这时辅助回路屮的工作电流就被精确地校准到所需要的10值。(2)测量未知电动势在图8・2中

5、，把K倒向左端2,保持10不变，只要ExWlOR,总可以滑动Ra使检流计再度指示为零，此时可得Ex=I()Ra=E*(1)&由于测量时保证10恒定不变，所以Ex与Ra—一对应。-•般，箱式电位差计在制造时，用可调节的标准电动势取代Ex给Ra定标，在测最未知电动势Ex时就可以从Ra示值上直接读出所测电动势Ex值。补偿法具有以下优点：①电位差计是一个电阻分压装置，其屮被测电压Ux和一标准电动势Es二者接近于直接加以并列比较。Ux的值仅取决于电阻比Ra/Rs及标准电动势Es,因而可能达到的测最准确度较高。②上述“校准”和“测量”两步骤小电流计两次均指零，表明测量时既

6、不从标准回路内的标准电动势源(通常用标准电池)中吸取电流，也不从测量的回路屮吸取电流。因此，不改变被测冋路的原有状态及被测电压值等参虽，同时可避免测量回路导线电阻、标准电池内阻及被测回路等效内阻等对测量准确度的影响，这是补偿法测量的准确度较高的另一原因。【实验内容】1.测干电池的电动势Ex在电位差计使用前首先将测量转换开关（放在“断”的位置，检流计开关K2放在“断”的位置，然后按面板示意图（图8・4）之接线端钮的极性，分别在“标准”上接标准电势、“电计”上接检流计、在“未知1”或“未知2”上接待测干电池。在调节工作电流之前，应先考虑到标准电池的电动势受温度的影

7、响，在rc吋标准电池的电动势£川可按下式计算，计算结果化整到0.00005伏。En=E2（）-0.0000406（r-20）-0.00000095（r-20）2（2）式中：比,为广C吋标准电势的电动势，£2O1R1.01860V,『为温度。计算后，把温度补偿器心屮指在与经过计算后的电动势En相同数值的位置。将测量转换开关（指在“标准”位置，检流计开关心指在“粗”档，用变阻器尺尸调节工作电流，使检流计指零，再将检流计开关指到“中”和“细”，再次调节工作电流，使检流计再次指零，此时工作电流己校准，/?卩不可再调。随即将检流计开关K?放在“断”的位置，然后将测量转换

8、开关（转至“未知1”或“未划2”的位置