北航物理实验研究性实验报告

北航物理实验研究性实验报告

——电位差计及其应用

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摘要......................................................................................错误！未定义书签。 一 实验重点.......................................................................................................... 3 二 实验原理.......................................................................................................... 3

补偿原理........................................................................................................ 3 UJ25型电位差计 ........................................................................................... 4 三 实验仪器.......................................................................................................... 5 四 实验内容.......................................................................................................... 5

自组电位差计................................................................................................ 5 UJ25型电位差计 ........................................................................................... 5 五 数据记录与整理.............................................................................................. 6

原始数据........................................................................................................ 6 数据处理........................................................................................................ 6 六 讨论.................................................................................................................. 7

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电位差计的测量准确度高，且避免了测量的介入误差，但它操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表快速发展的今天，电压测量仪逐步被数字电压表所替代，后者因为内阻高，自动化测量容易，得到了广泛的应用。尽管如此，电位差计作为补偿法的典型应用， 在电学试验中仍有重要的训练价值。

一 实验重点

1. 学习补偿原理和比较测量法。

2. 牢固掌握基本电学仪器的使用方法，进一步规范实验操作、 3. 培养电学实验的初步设计能力。 4. 学习仪器误差限和不确定度的估算。

二 实验原理

补偿原理

为了避免接入误差，可以采用如图所示的补偿电路。如果cd可调，E>EX，则总可以找到一个cd位置，使Ex所在回路中无电流通过，这是Vcd=EX。上述原理称为补偿原理；回路EX→G→d→c→EX称为补偿回路；E→S→A→B→E构成的回路成为辅助回路。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，这种检流计来判断电流是否为零的方法，称为零示法。

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由补偿原理可知，可以通过测定Vcd来确定Ex，接下来的问题便是如何精确测定Vcd，再次采用比较测量法。如上图所示，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是通过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

这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。由于RAB是精密电阻，Rcd/Rab可以精确度出，EN是标准电池，其电动势也有很高的精确度，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有足够的灵敏度，EX就可以有很高的测量准确度。按照上述原理制成的电压测量仪器叫做电位差计。

应该指出，上式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。事实上，为了便于读数，I=EN/Rab应当标准化（例如取I=I0≡1mA），这样就可由相应的电阻值直接读出Vcd即EX=I0/Rcd。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，调节Rcd，并保持工作电流不变。

UJ25型电位差计

UJ25型电位差计是一种高电势电位差计，测量上限为1.1911110V，准确度为0.01级，工作电流I0=1mA，使用方法如下。

A 调解工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB旋至修正后的标准电池电动势“1.018伏”后两位，分别按下“粗”“细”按钮，调节RP至检流计指零。

B 测量待测电压：功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值为待测电压。

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