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实验6 电位差计的原理和使用
电位差计是测量电动势和电位差的主要仪器之一。用电位差计测量未知电动势,就是将未知电压与电位差计上的已知电压相比较。由于应用了补偿原理和比较测量实验方法,测量的结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池、标准电阻以及高灵敏度的检流计,%。它不仅被用来精确地测量电动势、电压、电流和电阻,而且还用来测量电量,如温度、压力、位移和速度等。在校准电表和直流电桥等直读式仪表上也有重要作用。
电位差计的优点很多,但也有一些缺点,如测量过程比较烦琐,工作时间比较长,工作电流容易变化,易影响测量结果,因此每次使用都采用校准和测量两个步骤。
【实验目的】
1. 掌握电位差计的工作原理、结构、特点和操作方法;
2. 掌握用箱式电位差计测量电动势或电压的基本方法。
【预习检测题】
1. 用电位差计测量电动势有何优缺点?并与电压表的测量进行比较并说明。
2. 什么叫补偿法?它有何优点?
3. 在使用电位差计进行测量前,必须先对电位差计进行校准,为什么?
【实验仪器】
十一线电位差计;标准电池;1#电池;检流计;箱式电位差计;稳压电源。
【实验原理】
一、补偿原理
用电压表无法测量电源的电动势。 (a)所示的电路中,电压表所测的是电源的端

电压u(,r为电源的内阻,I为流过电源的电流)。仅在I=0时,端电压u才等于电动势Ex,但只要电压表与电源一并联接,I就不可能为零,故欲测电源电动势,应采用其它的方法。
电位差计是将待测电动势与标准电动势进行比较测量的仪器。 (b)所示。设为一连续可调的标准电源电动势,而为待测电动势。若调节,使流过检流计G中电流为零(即回路中电流I=0),则=。上述过程的实质是,不断地用已知的标准电动势与比较,直到检流计指示电路中电流为零时,说明二者已相等。电路呈这种状态,称为补偿状态。这种方法称为补偿法。
二、电位差计的工作原理
怎样才能获得连续可调的标准电动势,并如何与未知电动势进行比较呢?电位差计就是为达此目的而设计的一种测量仪器。
1. 基本结构
(a)(线式电位差计原理图) (b)(箱式电位差计原理图),电位差计型号不同,但它们基本都由三个回路组成。 (b)做详细分析。
(a)线式电位差计原理图(b) 箱式电位差计原理图

(1)工作电流调节回路
它由高稳定度的电源E、限流电阻、标准电阻以及开关组成。
(2)校准回路
由标准电池、检流计G、标准电阻以及开关和组成。
(3)测量回路
由待测电源(或待测电位差),标准电阻,检流计G,开关和组成。
(b),平衡补偿在电位差计中是这样来实现的:利用工作电流回路上的压降与待测电动势(或)进行比较,当改变的大小时,也随之变化,直到G指零时,即达到平衡补偿。这时=,为了便于测量,要求仪器工作电流I恒等于某一定值,则在不同的处,可直接标出它相应的值。这样在测量时一达到平衡补偿即可直接读出待测电动势。因此,要使用电位差计,必须让工作电流调节到仪器所规定的数值,这步骤称为工作电流的校准(或标定)。
2. 测量
(1)工作电流的校准