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电位差计校准电流表一、实验目的1. 理解电位差计的工作原理,掌握电位差计的使用方法。2. 掌握使用电位差计校准电表的方法。3. 学习简单电路的设计方法,培养独立工作的能力。三实验仪器:学生式电位差计,标准电池,稳压电源,可变电阻器箱两台,待校准电 流表(20mA),标准电阻Rs。四、实验原理:1、电位补偿原理如图是将被测电动势的电源Ex与一已知电动势的电源E “ + ”端对“ + ”O端,“-”端对“-”端地联成一回路,在电路中串联检流计“G”,若两电源电动势不相等,即ExfE回路中必有电流,检流计指针偏转;如果电动势OE可调并已知,那么改变E的大小,使电路满足E=E,则回路中没有电流,OOX 0检流计指示为零,这时待测电动势E得到己知电动势E的完全补偿。可以XO根据已知电动势值E定出E,这种方法叫补偿法。我们知道,用电压表测量OX电压时,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, 用补偿法测电压时,补偿电路中没有电流,所以不影响被测电路的状态。这 是补偿测量法最大的优点和特点。2、电位差计按电压补偿原理构成的测量电动势的仪器称为电位差计。由上述补偿原理可知,采用补偿法测量电动势对E应有两点要求:(1)可调。能使E和OOE补偿。(2)精确。能方便而准确地读出补偿电压E大小,数值要稳定。是XO实现补偿法测电动势的原理线路,即电位差计的原理图。采用精密电阻Rab 组成分压器,再用电压稳定的电源E和限流电阻R串联后向它供电。只要Rcd 和丨数值精确,则图中虚线内cd之间的电压即为精确的可调补偿电压E,OOE和E组成的回路cdGE称为补偿回路。OXX学生式电位差计内部结构:学生式电位差计实物图:3、电位差计的标准Es要想使回路的工作电流等于设计时规定的标准值丨,必须对电位差计O进行校准。方法如图所示。E是已知的标准电动势,根据它的大小,取cdS间电阻为R,使R二E/I,将开关K倒向E,调节R使检流计指针无偏转, cdcd S 0S电路达到补偿,这时I满足关系丨二E/R,由于已知的E、R都相当准确,00 S cdS cd所以I就被精确地校准到标准值,要注意测量时R不可再调,否则工作电流0不再等于I。04、电流表的校准+ IJ IJ 电位差计图5-20-4电位差计校正电流表电路校正电流表的电路如图5-20-4所示,图中毫安表为被校准电流表,r为 限流器,r为标准电阻,有4个接头,上面两个是电流接头,接电流表,下s面两个是电压接头,接电位差计。电位差计可测出R上的电压U,则流过Rsss中电流的实际值为I二U /R0s s在毫安表上读出电流指示值I,与I进行比较,其差值AI二I -1称为电0 0流表指示值的绝对误差。找出所测值中的最大绝对误差AI,按式(0-0-1)m确定电流表级别。(0-0-1)a 二量限mx i%电路实物图:内Jt电源工作电流调节下r 10.0000mA101.863 Q补偿电压调节内覽标准电池1.01863VG)检流计4未知限流电阴箱|开始时处于99999.9Q直流稳压电源I外电路部分I标准未知I电位差计部分I五、实验内容及步骤1、校准学生式电位差计使用电位差计之前,先要进行校准,使电流达到规定值。先放好R、RA B 和R,使其电压刻度等于标准电池电动势,取掉检流计上短路线,用所附导C线将K、K、K、G、R、R和电位差计等各相应端钮间按原理线路图进行连123b接,经反复检查无误后,接入工作电源E,标准电池E和待测电动势E,RSX b先取电阻箱的最大值,(使用时如果检流计不稳定,可将其值调小,直到检 流计稳定为止),合上K、K,将K推向E (间歇使用),并同时调节R,使132S检流计无偏转(指零),为了增加检流计灵敏度,应逐步减少R,如此反复b 开、合K,确认检流计中无电流流过时,则丨已达到规定值。2O2、校准20mA电流表制修正曲线按照线路图连接好电路,并将标准电阻两旁的导线接到电位差计的“未 知”接线柱,就可进行微安表校准。所谓“校准”就是在每个电表电流读数 下,测定电阻两端的准确电压,从而算出准确电流,再与电表读数电流进行 比较。调节R阻值使得A的读数丨由0逐步增加至满偏,中间取10个数据 点,在每个丨值读出相应的Us,用I二U / R算得相应真值(客观值)。再得0s s出AI二I -1即可。之后,以丨为横坐标,-AI为纵坐标,在坐标纸上作出AI -10校准曲线;作出待校准表的修正曲线。3计算电流表的等级:a 二量限mx 100%此处Io=20mA为电流表量程。当aW为0.5级,0.5aWl.0为1.0级, 1.0aWl.5为 1.5级,1.5aW2.0为2.0级。由此确定被校准表的实 际等级。六、数据记录及处理1数据记录Rs=70Q校刻度值I (mA)校准值丨=丨 -1 (mA)上行下行平均值V1 (mv)V2 (mv)V 二V1+V2/2(mv)I = V /Rs(mA)2.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.0020.002 校准曲线3计算电流表的级数a 二量限mx 100%=七实验注意事项1、为了使被校准电流表校准后有较高的准确度,电位差计与标准电阻 的准确度等级必须比被校电表的级别高得多。2、不使用检流计本仪器时,一定要将其短路,否则检流计处于开路状 态。使用电位差计必须先接通其他电路,然后再接补偿回路,断电时须先断 开补偿回路,再断开其他电路。3、 标准电池只能短时间通过1左右的电流,否则将影响标准电池 的精度直到造成永久性电动势衰落。所以,校准中要注意选用“ R ”,使用bK要短促,以保护标准电池,不能用伏特计测它的电动势,要防止标准电池2震动。4校准电表前必须先进行检流计调零,并校准工作电流。5 校准时要随时注意微安表读数是否稳定,如不稳定,应先将电流表 稳定,再进行读数。八实验误差分析1系统误差:电表的不准确性(包括标准电池,电位差计,电阻箱等); 导线电阻引起的电流减小的误差等2随机误差:电源的波动;地磁场的影响;估读数据的读书误差;做修 正曲线时描点等的误差等九该实验的优缺点优点:该实验用电位差计,“内阻”高,不影响待测电路,用电压表测量未知 电压时总要从被测电路上分出一部分电流,这就改变被测电路的工作状态, 电压表内阻越小,这种影响越显著,用电位差计测量时,补偿回路中电流为 零,可测出电路被测两端的真正电压。由于电阻R可以做得很精密,标准 ab电池的电动势精确且稳定,检流计足够灵敏,所以在补偿的条件下能提供相 当准确的补偿电压,在计量工作中常用电位差计来校准电表。缺点:电位差计在测量的过程中,其工作条件会发生变化(如回路电源E不稳 定,限流电阻R不稳定等),为保证电流保持规定的数值,每次测量都必须 经过校准和测量两个基本步骤,两个基本步骤的间隔时间不能过长,而且每 次要达到补偿都要细致的调节,因此操作繁杂,费时。
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