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电位差计高精度校准电表 姜华昭，李多辉，安利民* 黑龙江大学，物理科学与技术学院，哈尔滨 150080 摘要：电表经长期使用和保存，各元件参数就会发生如电阻老化，磁性减弱，家属部分锈蚀等改变。转动部分也会发生磨损，尤其是由于使用不当（如过负荷），会使电表特性遭损坏，其精准度将降低。特别是在刻度读数产生相当大的偏差情况下，实际上就不符合使用要求。因此，必须对电表进行定期校准。实验室中我们通常用箱式电位差计来加以校准，做出校准曲线，以消除误差。在通常使用学生式电位差计×1档来校准电表，为了提高精度，我们使用×0.01档进行了更准确的校准。 关键词：电位差计；校准；高精度；电表 引言 电位差计分为线式电位差计和箱式电位差计。线式电位差计具有结构简单、直观、便于讨论分析等优点，但是由于体积大，使用不便且电阻丝不完全均匀。长度不准确，故在使用中存在一定的测量误差。箱式电位差计是利用补偿原理制作的以汇总精密而使用方便的仪器，它克服了线式电位差计的缺点，提高了准确度，使之更为实用。 学生式电位差计在此原理上，发展出多种用途。诸如测量未知电动势、未知电阻等等，而校订电表一直也是它的主要用途之一。在学习掌握使用电位差计校准电表的基础上，为了提高精度，进一步获得更准确的数据，使用×0.01档来进行试验，更精准的标定电表使用是带来的测量误差。 实验原理 （1）补偿原理 要测量未知电动势Ex,原则上可按照下图1来连接电路，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的电动势必然是相反的，大小相等，故数值上有： E0=Ex 图1 图2 这时称电路达到补偿，如果E0的数值已知，则Ex即可求出。据此原理构成的测量电动势或电位差计的仪器便成为电位差计。 图2是实际校准和测量未知电源电动势的原理图。经过和标准电池比较后，校准了电位差计中的电流，据此电流值和CD两点间的阻值，便可计算出这段电阻两端的电压值。又经过和未知电源比较和调试后，直到检流计指零，这时候计算出CD两点间电压，便是所测电压。 （2）测量电路 图3 图4 图3所示，为校准毫安表的电路。开关闭合后，电流经由毫安表，从表上可读出干路的电流值，这是测量值。Rs是已知的，若知道它两端电压值，即可算的流经的实际电流值。实际的电压则由电位差计测得。实际值和测量值相比较，即可得出两者的差值，这就是要校准的误差。 图4所示，为校准电压表的电路。开关闭合后，通过读电压表所测读数，便可知电阻R1和Rs两端所分电压值，这是测量值。通过电位差计则可得到Rs两端的实际电压值，因为Rs和R1的阻值是已知的，计算便可得知R1、Rs两端的实际电压值。两者相比较，遂得出要校准的误差。 设计表格，把数据记录下来。并且依据此，做出相应的校订折线图，更直观的反应出实际电表偏离准确值的程度。日后再使用这个电表时，也可依据此，加减上修正值，得到相对更准确的数据。 数据分析 毫安表的校准 依照图3连接好电路，之前电位差计就已通过校准，使电流标准化。这时流经的电流约为0.01×0.01A。相应的学生式电位差计的左侧电阻盘RA的每一个小格为1mV。电阻盘RB的每一个小格代表0.01mV，共一百个小格，总体为1mV。毫安表的量程为5mA，取电路中Rs值为3欧姆，这样当毫安表达到最大量程5mA时，Rs两侧电压大约为15mV。调节Rp，使毫安表的指针从0.5mA、1mA、1.5mA直到4.5mA，再从4.5mA降低至0.5mA。记录相应的电位差计读数到下表1。 电压表的校准 因为所要校准的电压表量程为1V，而电位差计此时所能测得的最大电压为16mV,在电路的阻值设定上，使R1=99×Rs。这样便可将电位差计的量程扩大一百倍，1.6V足够满足校准该电表的需要。 同样通过调剂Rp的阻值，使电压表的指针依次经过0.1V、0.2V、0.3V直至0.9V为止。再令电压值从高处往低处测一次。纪录数据到表二。 微安表I表(mA) Us（mV） 电流I标（mA） 修正值C（mA） 增大过程Us1(mV) 减小过程Us2(mV) 平均值Us平 0.5 1.573 1.543 1.558 0.5193 0．0193 1 3.032 3.026 3.029 1.0096 0.0096 1.5 4.544 4.521 4.5325 1.5108 0.0108 2 6.015 5.988 6.0015 2.0005 0.0005 2.5 7.492 7.504 7.4