自组电位差计测干电池电动势.docx

北京航空航天大学
物理研究性实验报告
自组电位差计测干电池电动势
第一作者:
所在院系:自动化科学与电气工程学院
就读专业: 自动化
第二作者:10031172 苏祖恩
所在院系:自动化科学与电气工程学院
就读专业: 自动化
目录
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本研究性实验报告以自组电位差计测干电池电动势为实验依托,首先阐述了实验原理及实验步骤,然后进行数据采集和数据处理,并对实验数据进行了详尽的误差分析,之后总结实验过程的收获和实验数据处理过程获得一些经验和技巧,最后发表实验感想。


测量干电池电动势EX的最简单办法是把伏特表接到电池的正负极上直接读数,但由于电池和伏特表的内阻(电池内阻r≠0,伏特表内阻R不能看作∞),测的电压V=EXRR+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,由此接入而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1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Vcd=EX。上述原理成为补偿原理;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。图1

由补偿原理可知,可以通过测定Vcd来确定EX,接下来的问题是如何精确测量Vcd,此处采用比较测量法。如图1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是流过电阻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
EX=(RcdⅹEN)/Rab
由于Rab是精密电阻,Rcd/Rab可以精确读出,EN是标准电池,其电动势也有很高的准确度,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有很足够的灵敏度,EX就可以有很高的测量准确度。由此原理做成的电压测量仪器叫做电位差计。(如图2-1、2-2所示)
图2-1 电压补偿原理图图2-2 电位差计原理简图
补充1:式b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。在实际操作中,I=EN/Rab应当标准化,这样就可以由相应的电阻值直接读出Vcd即EX=I0Rcd。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;再接入EX,调节Rcd,并保持电流不变。
补充2:待测干电池标准值由UJ25型电位差计测量得到。
补充3:标准电池的温度修正公式
EN≈ET-ⅹ10-5(t-T)-ⅹ10-6(t-T)2+9ⅹ10-9(t-T)3

两个ZX-21电阻箱、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。


①设计并连接自组电位差计的线路。
②按电压表及电流表的量程设置各仪器或原件的初值和规定值。
,测量干电池电动势
①每次测量后都校验工作电流有无改变以保证测量的准确度。
②在补偿调解中要采用跃接法。
③测量自组电位差计的灵敏度。

R1
R2
初始值


EX


14div


室温:t=℃ T=℃
EN=-ⅹ10-5(-20)-ⅹ10-6(-)2+
9ⅹ10-9(-)3= V
用UJ25型电位差计测得干电池电动势
E=+++++= V