用电位差计校准电压表的原理研究
乐鑫
吉林建筑
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
学院城建学院 土木工程系
交工10-2班
[内容摘要] 电压表经过长期使用，准确度降低，实验室一般用电位差计加以校准，作出校准曲线，消除误差，达到校准的目的。
[关键词] 电位差计 电压表 校准 补偿原理
一、引言
由于电位差计准确度等级，而通常所用的电压表只有0.5级甚至5级，从精度上来说完全可
以用电位差计来校准电表，但电位差计的量程较小，要用小量程的电位差计校准大量程的电
压表必须设计一个合理的电路通过分压的方式实现。
二、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.理解补偿原理。
3.掌握使用电位差计校准电表的方法。
4.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
UJ31型直流低电势箱式电位差计、直流稳压电源（3V）、滑线变阻器、待校电压表（量程1V）、电阻箱2个、单刀单掷开关、连接导线。
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EO“+”端对“+”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Ex≠EO回路中必有电流，检流计指针偏转；如果电动势EO可调并已知，那么改变EO的大小，使电路满足EX=E0，则回路中没有电流，检流计指示为零，这时待测电动势EX得到己知电动势EO的完全补偿。可以根据已知电动势值EO定出EX，这种方法叫补偿法。
２．UJ31型直流低电势箱式电位差计测量电压原理
电位差计的工作原理是根据电压补偿法，先使标准电池
与测量电路中的精密电阻
的两端电势差
相比较，再使被测电势差（或电压）
与准确可变的电势差
相比较，通过检流计G两次指零来获得测量结果。电压补偿原理也可从电势差计的“校准”和“测量”两个步骤中理解。
（一）校准
将K2打向“标准”位置，检流计和校准回路联接，
取一预定值，其大小由标准电池
的电动势确定（根据温度而定）；调节
，使检流计G指零，即
=
，此时测量电路的工作电流已调好为
=
/
。
校准工作电流的目的：使测量回路中的
流过一个已知的标准电流I，以保证测量盘上精密电阻
的电压示值（刻度值）与加在其上的实际电压值相一致。
（二）测量方法
将K2打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，保持I不变（即
不变），调节测量盘
（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个电阻转盘），使检流计G指零，即有
。
由此可得
由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据
电阻值标出其对应的电压刻度值，因此只要读出
电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势
的测量值。所以，电位差计使用时，一定要先“校准”，后“测量”，两者不能倒置。
３．UJ31型电位差计测量电压方法：
（1）将置K2到“断”，Ｋ１置于“x1”档或“x10”档（视被测量值而定），根据室内温度情况，计算标准电池的电动势
的值，调节
的示值与其相等，被测电动势（或电压）接于“未知1”（或“未知2”），将
、
打至“内附”，
灵敏度打至较低档，在初步完成测量后再提高灵敏度并再次进行测量。
如果不使用市电供电，可在仪器相应的接线柱上分别接上“标准电池”、“检流计”、“工作电源”，并将
、
打至“外接”。
（2）将
置“标准”档，按下“粗”按钮，调节
、
和
，使灵敏电流计指针指零，再按下“细”按钮，用
和
精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。
（3）将
置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按钮，调节读数转盘Ⅰ、Ⅱ使灵敏电流计指零，再按下“细”按钮，精确调节读数转盘Ⅲ使灵敏电流计指零。读数转盘Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以
所用的倍率，即为被测电动势（或电压）
。此操作过程称作“测量”。
（4）仪器使用完毕后，将开关
置于“断”的位置，切断电源，拔掉电源插头。
4.用电位差计校准电压表原理
电位差计量程（171mV）与待校电压表量程(1V)，分压器R1与R2比值取：R1/R2=171/1000
5. 确定待测电压表准确度等级的方法：
通过校准的实验数据,得到电表各个刻度的绝对误差。选取其中最大的绝对误差除以量程，即得该电表的标称误差。
根据标称误差的大小，将电表分为不同的等级，常记为K。例如，若0.5%<标称误差≤1.0%，则该电表的等级为1.0级。
五、实验步骤：
1.电路图连接电路，电阻箱R1 、R2分别取适当值，电阻箱R1的两端接在电位差计的“未知”接线柱上，电阻箱R2的两端接在待测电压表上。
2.计算室温下电池电动势之值，校准工作电流。
3.节滑线电阻R的滑动触头，在被校电压表量程范围内均匀地从“0”开始，取5个电压值，用电位差计分别测出R1上对应的5个电压值，并将这些电压值换算为对应的校准值。
4.将所测数据填入自拟的
表格
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内，作出校正曲线。
5.计算被校电压表准确度等级的实际级别。
六、数据处理：
UR2(v)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
上行UR1(mv)
0
2.0510
4.0980
6.0917
8.1000
10.0000
下行UR1(mv)
0
2.0510
4.0950
6.1000
8.1000
10.0000
UR1(mv)平均值
0
2.0510
4.0965
6.0958
8.1000
10.0000
真值UR1(v)
0
0.20510
0.40965
0.60958
0.81000
1.00000
偏差ΔU(v)
0
0.00510
0.00965
0.00958
0.01000
0.0000
UR1折(v)
0
0.020510
0.040965
0.060958
0.081000
0.10000
0
0.17949
0.359035
0.539042
0.719000
0.90000
七、结束语：本设计实验作为电位差计的一个应用，进一步了解电位差计的原理和使用方法，并学会用电位差计校准精密电器。理解补偿法原理并更好地运用。熟悉仪器的使用，更好的锻炼思考和动手能力。
八、参考文献：
1.杜旭日. 《大学物理实验》.厦门大学出版社，2009.09，234~235
2.王延兴. 《大学物理实验（上）》.延边大学出版社。1996.02,128~129
3.张进治. 《大学物理实验》.电子工业出版社。2003.05,146~147
4.金培恩. 《物理实验》。哈尔滨工业大学出版社。2005.06，61~62
大 学 物 理 实 验 论 文
用电位差计校准电压表的原理研究
系别：土木工程系
姓名：乐鑫
班级：交工（2）班
学号：100050218
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