目录1. 引言 32. 实验原理 32.1补偿原理 32.2 UJ25型电位差计 53. 实验仪器 64. 实验步骤 64. 1自组电位差计 64.2 UJ25型箱式电位差计 75. 实验数据处理 85.1实际测量Ex的大小 85.2不确定度的计算 85.3测量结果最终表述 95.4实验误差分析 96. 实验改进与意见 106.1实验器材的改进 86.2实验方法改进 106.3实验内容的改进 107. 实验感想与体会 14【参考文献】 15 摘要 :将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确 测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲 线可以避免了因电表的內阻而引起的测量误差利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的 新实验关键字: 电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差1•引言电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内 阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压同理，利用电流补偿原理也可以制作一 内阻为零的电流表，用于电流的精密测量电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实 现测量的自动化。
在数字仪表迅速发展的今天，电压测量已逐步被数字电压表所代替，后者 因为内阻高（一般可达106〜IO? Q）,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，在电学实验中仍然有重要的训练价值此外，直流比较式 电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检 定中，常作为标准仪器使用2.实验原理2.1补偿原理测量干电池电动势Ex的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接读数（见图1）, 但由于电池和伏特表的内阻（电池内阻，伏特表内阻R不能看做），测得的电压并不等 于电池的电动势它表明：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 了被测电路的状态我们把由此造成的误差称为接入误差图1用电压表测电池电动势为了避免接入误差，可以采用如图2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E’所在回路中无电流通过，这时Vcd=Exo±.述原理称为补偿原理; 回路E A. v称为补偿回路；EtStA—BtE构成的回路称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,这种用检流计来判断电流是否为零的方法，称为示零法。
图2补偿法测电动势由补偿原理可知，可以通过测定来确定E ”接下来的问题便是如何精确确定V「d，在此采用比较测量法如图2所示，把E’接入Jb的抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无 电流通过，则E v=IRcJ,其中丨是流过Jb的电流；再把一电动势己知的标准电池E”接入R汕的抽头，当抽头滑至位置ab时，G再次为0,则En=IR于是:E广孕En ⑴Kab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R佔是精 密电阻，也可以精确读出，E”是标准电池，其电动势也有很高的准确度，因此只要在测Rah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，E’就可以有很高的测量准 确度按照上述原理做成的电压测量仪器叫做电位差计应该指出，式（1）的成立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,\=且应当标准化（例如取l=l0=lmA）,这样就可由相应的电阻值直接读Rab出％即E戶°九2.2 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1.911110V,准确度为0.01级，工 作电流Io=O.lmA„它的原理如图3所示，图4是它的面板，上方12个接线柱的功能在面板上 已表明。
图中为两个步进的电阻旋钮，标有不同温度的标准电池电动势的值，当调节 工作电流时做标准电池电动势修正之用RP （标有粗，中，细，微的四个旋钮）做调节工作 电流IR cd是标有电压值（即之值）的六个大旋钮，用以测出未知电压的值 左下角的功能转换开关，当其处于“断”时，电位差计不工作；处于“N”时，接入En可 进行工作电流的检查和调整；处于X］和X?时，测第一路或者第二路的位置电压标有“粗”、“细”、“短路”的三个按钮是检流计（电计）的控制开关，通常处于断开状态，按下“粗”， 检流计接入电路，但串联一大电阻R’，用以在远离补偿的情况下，保护检流计；按下“细”， 检流计直接接入电路，使电位差计处于高灵敏度的工作状态；“短路”是阻尼开关，按下后 检流计线圈被短路，摆动不止的线圈因受很大的电磁阻尼而迅速停止o o oooooooooo电计 •标准+ •未知1+ •未知2+ - 1.95*2.2V 2433V屏◎ I?U = ©X 10 'VQx 1O-2V0X IO-3V0X “V0 l(PV©X WV© ©⑥駕992 UJ25型电位差计“⑥图4 UJ25型电位差计面板3. 实验仪器ZX-21电阻箱（两个）、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、电子检流计、待校电压表、待校电流表。
4. 实验步骤4. 1自组电位差计(1) 设计并连接自组电位差的线路① 画出电路图(如图5),注意正确使用开关，安排好工作电流标准化及乞测量的补偿 回路② 按设计要求(E~3V, Ey=«1.5~1.6V, 1=厶三1mA,氐按温度修正公式算岀)，设置 各仪器或元件的初值或规定值标准电池温度修正公式为：比=丘20 399x10-5 (t-20°C) -0.94x10"6 (t-20°C) 2+9xl0-9 (t-20°C)'式中，僞0为20°C时的电动势，可取E20=1.01860Vo(2) 工作电流标准化，测量干电池电动势(3) 测量自组电位差计的灵敏度4.2 UJ25型箱式电位差计(1) 调节工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻旋至修正后的标准电池电动势“1.018”后两位，分别按下“粗”、“细”按钮，调节至检流计指零2) 测量待测电压：功能转换开关置X］或X?,分别按“粗”、“细”按钮，调节7?cd至检流计指零，则rcd的显示值即为待测电压 5. 实验数据处理5.1实际测量Ex的大小实验温度：t=19.2°C； £?o = l.O186OV则标准电池电压的大小为：氏* 199 x KT^t - 2O-a94xl0^(t-2l)^-i-9x l(T
研究标准电池内部 结构（如图6）我们可以发现，标准电池正极是硫酸亚汞，负极是镉汞齐（含有10%或12.5% 的镉），中间用硫酸镉溶液连接从标准电池的原理、结构、特性可知，在使用标准电池时 需注意以下五点① 标准电池不允许倾斜，更不允许摇晃和倒置，否则会使玻璃管内的化学物质混成一 体，从而影响电动势值和稳定性，甚至不能使用凡运输后的标准电池必须静置足够时间后 才能再用;凡被颠倒过的电池经考核合格后方可使用② 不能过载标准电池一般仅允许通过小于1UA的电流，否则会因极化而引起电动势 不稳定;流过标准电池的电流不能超过允许值;不要用手同时触摸两个端钮，以防人体将两极 短路;绝不允许用电压表或万用表去测量标准电池的电动势值，因为这种仪表的內阻不够大, 会使电池放电电流过大③ 使用和存放的温度、湿度必须符合规定温度波动要小，以防滞后效应带来误差 温度梯度要小，以防两电极温度不一致，若两极间温度差为0.rc,则会有约30pv的电动 势偏差因此，电池附近不能有冷源、热源，移动到新温度下时必须保持恒温一段时间后方 可使用④ 不应受阳光、灯光直射因为标准电池的去极化剂硫酸亚汞是一种光敏物质，受光 照后会变质，将使极化和滞后都变得严重。
⑤ 标准电池的极性不能接反由于齐纳二极管的端电压与反向电流在小范围内的波动 几乎无关，也可将其作为电动势标准，用于仪器中，代替标准电池因此，标准电池最好用一个装置固定在实验台上，防止学生错误操作导致损坏 (2) 在用电位差计测量电源电动势实验中，常用1.5伏的普通电池作为待测电动势由 于普通电源在开始使用时电动势较高(最高可达1.6V),而在使用一段时间后电动势则会变 小(可低至1. 3V以下)，这就给检查测量结果的正确性带来了困难为解决这一问题,我们采 用了在待测电池后面加一低压稳压电路的方法，实际效果较好3) 可增加数字电位差计，这样在自组电位差计实验以及UJ25电位差计实验之后，可 以用数字电位差计较方便测得实验数据，便于作为对比实验4) 在这里给大家介绍另外一种电位差计一一十一线电位差计图7十一。