训练任务二　直流电位差计使用

一、训练目的

①了解电位差计的结构、工作原理及操作方法。

②学会测量电动势的一种方法。

③掌握电位差计的测量与输出使用方法。

二、训练内容

用电位差计测电压，是将未知电压与电位差计上的一直流电压相比较。它不像伏特计那样需要从待测电路中分流，因而不干扰待测电路，测量结果仅仅依赖准确度极高的标准电池、标准电阻和高灵敏度的检流计。它的准确度可以达到0.01％或更高，是精密测量中应用最广泛的仪器之一。它不但可以精确地测定电压、电动势、电流和电阻等，还可以用来校准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）的测量中也占有重要的地位。如图1-3所示。

三、工作原理

1.电位差计的线路原理

如果要测未知电动势E_x，原则上可按图连接电路，其中E₀是可调电压的电源。

调节E₀，使检流计指零，这就表示在回路中两电源（E₀、E_x）的电动势必然是方向相反，大小相等，故数值上有E₀=E_x，这时称电路达到补偿。如果E₀的数值已知，则E_x即可求出。

据此原理构成的测量电动势或电位差的仪器称为电位差计。可见，构成电位差计需要一个E₀，而且它要满足两个要求：

①它的大小易于调节，使E₀能够和E_x补偿；

②它的电压很稳定，并能读出准确伏特数。

2.实际测量电路

在实际的电位差计中，E₀是通过下面的方法（图1-4）得到的。

电源E、限流电阻R^'和精密电阻R_ab串联成一闭合回路，称为辅助回路。当有一恒定的标准电流I₀流过电阻R_ab时，改变R_ab上两滑动头C、D的位置，就能改变C、D间的电位差U_cd的大小，U_cd正比于电阻R_ab中C、D之间那部分的电阻值。由于测量时必须保证I₀恒定不变，所以实际电位差计都根据I₀的大小，把阻值转换成电压刻度标在仪器上。U_cd相当于上面所要求的“E₀”。测量时把滑动头C、D两端的电压U_cd引出，与未知电动势E_x进行比较，E_xCDGE_x或E_sC'D'GE_s称为补偿回路。注意：在电路中E和E_x（或E_s）必须接成同极性相对抗，即E_x的正极要接在ab线上电位较高的一点，而E_x的负极经检流计接在电位较低的一点，如图1-4所示。

四、电位表计的使用步骤

1.校准

为了使R_ab中流过的电流是标准电流I₀，可根据标准电池电动势E_s的大小，选定C、D间的电阻为R_s，使E_s=I₀R_s。调节R'，改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，R_s上的电压降恰与补偿回路中标准电池的电动势E₀相等。由于E_s和R_s都很准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的I₀值。

2.测量

把开关倒向E_x一边（如虚线所示），只要E_x≤I₀R_ab，总可以滑动C、D到C'、D'，使检流计再度指零，这时C'、D'间的电位降恰和待测的电动势E_x相等。设C'、D'之间的电阻为R_x，可得：

E_x=I₀R_x

因I₀已被校准，E_x也就能测出。同理，如果要测任一电路两点间电位差，只需将待测两点接入补偿回路代替E_x，即可测出，并填入下表。

【思考题】

（1）用电位差计测电动势有何优缺点？并与电压表比较。

（2）调电位差计平衡时，若检流计指针总是偏向一边，可能有哪些原因？

（3）电位差计与电桥相比，对工作电源的稳定性要求有何不同？