《综合实验直流电位差计的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《综合实验直流电位差计的应用（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、直流电位差计的应用一引言补偿法是电磁测量的一种基本方法。电位差计就是利用补偿原理来 精确测量电动势或电位差的一种精密仪器。其突出优点是在测量电 学量时，它不从被测量电路中吸取任何能量，也不影响被测电路的 状态和参数，所以在计量工作和高精度测量中被广泛利用。 b5E2RGbCAP电位差计是电磁学测量中用来直接精密测量电动势或电位差的主要 仪器之一。它用途很广泛，不但可以用来精确测量电动势、电压， 与标准电阻配合还可以精确测量电流和电阻和功率等，还可以用来 校准精密电表和直流电桥等直读式仪表。而且在非电参量如温度、 压力、位移和速度等）的电测法中也占有极其重要的地位。它不仅 被用于直流电路，也用于
2、交流电路。因此在工业测量自动控制系统 的电路中得到普遍的应用。plEanqFDPw 用于直流电路精确测量电压的电位差计。又称直流补偿器。分为经 典式直流电位差计和直流电流比较仪式电位差计两大 类。 DXDiTa9E3d1841年，J.C.波根多尔夫提出一种补偿方法，使被测电压与大小已知且可调的另一电压称为补偿电压或标准电压）按相同极性对 接，调节标准电阻器使检流计指零，则对接的两根导线中没有已知电流和电流，此时被补偿，与补偿电压相等:电阻即可求得。RTCrpUDGiT补偿电压是恒定电流在三端可变标准电阻器上产生的，这是波根辅助电源调节电阻斗|屯喘电压被测电压图1）波根多尔夫第一种补偿方法E辅助
3、电源调节电阻 + I , y,G)H+标准电迪T En+ L - 被测电源图2）直流电位差计的原理电路多尔夫的第一种补偿方法恒定电流法，如图1）所示。若令图中电阻不变而改变电流，同样可以得到大小已知且可调的补偿电压，这是波根多尔夫的第二种补偿方法恒定电阻法。5PCzVD7HxA 用于直流电路精确测量电压的电位差计，又称直流补偿器。分为经典式直流电位差计和直流电流比较仪式电位差计两大类。jLBHrnAILg经典式直流电位差计以电阻网络为基础，主要采用波根多尔夫的第一种补偿方法，也可采用第二种或兼容第一、第二种补偿方法。为 了将电流标定到一个准确的固定数值，直流电位差计中设置了由标准电池、标准电阻
4、器组成的另一个补偿电路，如图2）所 示。当开关K在位置N时，改变调节电阻r使检流计G指零，从而 得到厂；测量时，开关K放在位置X,调节标准电阻器使检流计指零，得到而不是每一个个。是两个电阻的比值，只要这个比值阻器）保持较高的准确度和稳定性，测量得到的数据的准确度就很高。这是直流电位差计比较容易做到较高的 测量准确度的主要原因，也是直流电位差计按元件自检的根 据。 xHAQX74J0X 直流电位差计包括3个电路：测量电路即和；电流调定电 路即、和；辅助电源E和其调节电路即、，其中是一 个调节细度很高的网络。通常、和都是外接的。准确度较高 的直流电位差计还有防泄漏屏蔽电路和静电屏蔽电路。产生补偿电
5、 压的标准电阻器，实际上是一个复杂的多样化的电阻网络，可构成 多种直流电位差计的电路，例如测量低电压的迪塞霍斯特电路、维纳电路，测量高电压的福伊斯纳-布鲁克斯电路等。 LDAYtRyKfE使用直流电位差计主要用于精确测量（或比较电压，或已转换为电 压的各种电量、电参数。其主要优点是测量时不从被测回路取出电 流，也无电流注入被测回路。当被测电压的大小超过电位差计的测 量上限一般只有几伏）时，要用分压器先将被测电压分压，然后进 行测量。用直流电位差计测量被测电流在已知的标准电阻器上产生 的电压降，可以间接测量电流。用直流电位差计比较四端电阻时， 可以彻底消除电位端引线的影响。使用直流电位差计时，夏
6、天因相 对湿度较大，应注意消除泄漏电流的影响；冬天因相对湿度较低， 应注意防止静电引起的干扰。测量低电压时，还应注意消除温差电 动势等杂散电动势的影响。 Zzz6ZB2Ltk 直流电位差计按准确级别分为 0.2、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、0.002、0.001 等级别。dvzfvkwMIl二预习提示 此实验是一个基本的综合性实验，也是电位差计应用实验。重点要 求学生能根据实验原理和实验要求设计出简单的被测电路；及利用 电位差计测量电压时准确度高和不影响被测线路功率的特点，来校 正高准确度级别的指示仪表和电工仪器。 rqyn14ZNXI1、复习“实验2.7 电表改装与校准
7、”，主要明确电压表的改装与校 准过程，及 FB-308 型实验仪的原理和使用方法； EmxvxOtOco2、预习本实验的基本原理，明确补偿原理； 3、初步了解直流电位差计的基本结构及工作原理；4、认真阅读实验仪器的使用说明书，了解UJ33-2D型直流电位差计的正确使用方法，明确仪器的基本参数；SixE2yXPq55、如何用UJ33-2D型直流电位差计测量电压及校准电压表；6设计实验原始数据表格。按上述内容和要求写出预习报告。三实验目的1、理解电位差计的工作原理补偿原理；2、了解电位差计的结构，正确使用电位差计；3、明确电表校准的基本方法，会用UJ33-2D型直流电位差计校准电 表；4、充分利用
8、实验室现有的实验仪器，培养学生综合运用的能力；5、学会查阅相关资料，了解热电偶电动势相关知识；6、培养学生初步综合运用物理学实验知识的能力。四实验原理1、补偿原理在直流电路中，电源电动势在数值上等于电源开路时两电极的端 压。因此，在测量时要求没有电流通过电源，测得电源的端电压，即为电源的电动势。但是，如果直接用伏特表去测量电源的端电 压，由于伏特表总要有电流通过，而电源具有内阻，因而不能得到准确的电动势数值，所测得的电位差值总是小于电位差真值。为了准确的测量电位差，必须使分流到测量支路上的电流等于零，直流 电位差计就是为了满足这个要求而设计的。6ewMyirQFL 补偿原理就是利用一个电压或电
9、动势去抵消另一个电压或电动势， 其原理可用图3）来说明。两个电源和正极对正极、负极对负 极，其中为可调标准电源电动势，为待测电源电动势，中间串 联一个检流计G接成闭合回路。如果要测电源的电动势，可通过 调节电源，使检流计读数为0电路中没有电流，此时表明两端的电位差和两端的电位差相互补偿，这时电路处于补偿状态。若已知补偿状态下的大小，就可确定，这种利用 补偿原理测电位差的方法称为补偿法，该电路称为补偿电路。由上图3 ）补偿原理可知，为了测量，关键在于如何获得可调节的 标准电源，并要求这电源：便于调节；稳定 性好，能够迅速读出其准确的数值。 kavU42VRUs 2、电位差计工作原理如图4）所示，
10、由工作电源、电阻厂、限流电阻、标准电阻构成基本图4）电位差计工作原理图电路，主要的作用是给电位差计提供一个稳定的已知工作电流；标 准电池、标准电阻及检流计构成标准电路，作用就是来确定 电位差计的工作电流。通过调节，目的是调节基本电路中的工作 电流，使标准电池电动势与的电压相等，实现补偿，从而完 成电位差计工作电流的确定过程，即定标过程。此时工作电流；电阻因、待测电动势列或电压）及检流计凶，构成电 位差的测量电路。保持电位差计定标过程时，电源和不变， 其中稳定而准确的工作电流流过，同时也流过，调节的 阻值，使两端电压与待测电动势或电压）达到补偿，此时3、，这样就可以确定待测电动势列或电压）。y6
11、v3ALoS89 审33D-2型电子电位差计的工作原理 电动势测量是高校物理及化学实验中的基本实验。传统的实验由电 位差计、检流计、工作电源和标准电池四部分组成一套电位差计测 量电动势装置，这样的装置有助于学生明确电位差计的基本原理， 掌握平衡法测量电动势的原理，在测量过程中测量装置不需要从被 测信号源吸收电流以保证测得真正的电动势而不是端电压，但使用 起来比较麻烦，不便于操作。 M2ub6vSTnPUJ33D-2 型数字式电子电位差计线路设计采用了全集成器件，内置 的可代替标准电池的精度较高的参考电压集成块作比较电压，除掉了传统直流电位差计的外 设标准电池，不但携带方 便，而且减少了环境污
12、染。同时还保留了普通电 位差计平衡法测量的原 理，电位差计自动进行工作，完成传统电位差计的定标、校准及测 量比较过程，使被测电动势与参考电压经过高精度的仪表放大器比 较输出，达到平衡时即可知被测电动势的大小，有操作简单、精度高的优点。OYujCfmUCwUJ33D-2 型数字电位差计工作原理框图如图5）所示，电位差计测量或输出所得的直流mV信号，经精密衰减、隔离放大后由四端方式 输出，量程转换选择所需测量/输出量程范围，功能转换选择测量或 输出方式，测量或输出信号经精密放大后送A/D转换成数字信号, 经单片机处理后由LCD数字直读显示和送RS232通讯口。eUts8ZQVRdUJ33D-2 型
13、数字电位差计内附标准电压源，可以输出标准电压信 号，通过调节粗、细调电位器即可获得所需量值的准确、稳定的电压。sQsAEJkW5T五实验仪器及描述UJ33D-2型数字电位差计、GPS2303C型直流稳压电源、FB-308 型电表改装与校准实验仪ZX21型电阻箱GMsIasNXkA1、 UJ33D-2 型数字电位差计1）概述UJ33D-2 型数字电位差计是传统直流电位差计更新换代型产品，它采用先进的数字化、智能化技术同传统工艺相结合，其具有以下特点： TIrRGchYzga数字直读发生和测量电压值；b可直读对应于输出或测量毫伏值的5种常用热电偶分度号的温度值，省却使用者查表之麻烦；c输出标准电压
14、信号可带负载，直接校验各种低阻抗仪表；d采用四端钮输出方式，消除小信号输出时测量导线产生的压降误差；e内附精密基准源，去除标准电池，避免环境污染，同时省却反复 对标准要求，方便用户操作；f带RS232标准接口，可与计算机通信。仪器可对热电偶和传感器、变送器等一次仪表输出的毫伏信号进行精密检测，也可作为标准毫伏信号源直接校验各种变送器和数字 式、动圈式仪表。仪器功耗小，采用便携式机箱，内附工作电源电 池盒，便于携带，适用于生产现场、野外作业和实验室 用。 7EqZcWLZNX图6）面板、底座结构排列图2）结构特征板及底座结构排列图如图6）所示。错误!信号端钮 错误!功能转换开关 错误!导电片 错
15、误!电源开关 lzq7IGf02E错误!外接电源插座 错误!调零旋钮 错误!粗调旋钮 错误!细调旋钮 zvpgeqJ1hk错误!量程转换开关 错误!温度直读开关 错误!发光指示管 错误！ LCD显示器 Nrpojac3vl错误!分度号选择开关错误! RS-232接口针座 错误!底座搁脚 错误！ 电池盒1nowfTG4KI3)主要技术指标 主要性能参数参比条件：环境温度202C,相对湿度4060) %。标称条件：环境温度20土 15C，相对湿度2575) %。主要参数量程测量/输出 范围基本误差分辩 率额定负 载2V0 1999.9 mV土0.05%UX+200p V)100pV2 mA200mV0 199.9 mV土0.05%UX+20p V)10pV2 mA20mV0 19.9 mV土0.05%UX+2p V)1PV2 mA75mV074.999mV土0.05%U
