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电位差计的测量原理及使用方法

一. 补偿法测电动势

 （a）  电压表测量电动势          （b）  补偿法测电动势

 图3-3-8  测量电动势原理图

如图3-3-8（a）所示，用电压表测量电动势时，由于电压表内阻不可能无穷大，当有电流I流过时，它在被测电动势内阻r上的电压降为Ir，则电压表测出的值应为EX-Ir，而不是电动势EX。

用补偿法测量电动势如图3-3-8（b）所示，图中EP是连续可调且能准确知道电压值的电源，称为补偿电源。G为检流计，当流过G的电流为零（或G两端的电压为零）时，G指零（零偏转）。测量时，调节补偿电压EP，当G零偏时，称EP和EX达到补偿状态。此时EX=EP。这种用补偿电压和被测量电压相等（检流计指零）来测量电压（或电动势）的方法，称为补偿法。

图3-3-9  电位差计原理图
 
用补偿法测量电压（或电动势）的优点是，被测量和测量仪器（这里指补偿电压EP和检流计）之间没有电流。所以用补偿法可以准确测得电动势EX。

二. 电位差计原理

以补偿法原理构成测量电压（或电动势）的仪器称为电位差计。由补偿法原理可知：电位差计应具有一个可调节大小，且电压值可准确读数的补偿电压EP和一个检流计。在电位差计中，利用精密可调电阻，通以标准化工作电流构成EP，图3-3-9是电位差计的原理图。图中E是提供工作电流的电池，调节电位器RC，可以改变工作电流的大小。标准电阻Rn和标准电池En用来检测工作电流，精密变阻器RA和RB用来调节补偿电压。G为检流计。如图3-3-9示所示，电位差计的工作回路由工作电池E，工作电流调节电位器RC，精密变阻器RA、RB和标准电阻Rn构成。先将开关K扳向标准一边，调节工作电流调节电位器RC，当工作电流I在标准电阻Rn上的电压IRn和标准电池的电动势相等时，检流计指零。或者说：当检流计指零时，标准电阻上的电压IRn和标准电池的电动势相互补偿：IRn=En，此时的电流为：

校准的工作电流In称为标准化工作电流。

工作电流校准后，将开关K扳向未知端，使检流计接入测量回路中，测量未知电动势EX。调节变阻器RA和RB，改变EP=InRP的大小，当检流计指零时，即有

仪器在生产过程中，已直接把电阻的变化转化为相应的电压，标在刻度盘上。因此，EP可直接从电位差计的刻度盘上读出。

三. 电位差计的使用方法

图3-3-10 UJ37电位差计面板图
 
实验室主要使用的电位差计是UJ37型，它属于便携式电位差计，其面板如图3-3-10所示。在UJ37面板上，有一个“输出”和“测量”转换开关S，当S开关扳到“测量”一边时，UJ37即具有上边原理中所述的校准和测量功能。当S开关扳向“输出”功能时，UJ37可以从“未知”端输出标准电势。

UJ37型电位差计的使用方法：

    1.调整检流计的机械零点：把开关S扳向“测量”，开关K应放在中间“断”的位置。调节检流计G上的小机械调零旋钮，使指针指零。

    2.接入待测电动势：将待测电动势接到两个“未知”接线柱上（可在第一步之前进行）。将A和B两个读数盘示值预置在待测电动势值附近（A和B两个读数盘的示值和为电位差计内部补偿电势EP）。

    3.工作电流标准化：把开关K扳向“标准”端。调节工作电流调节电位器RC（也叫多圈电位器，在面板右上角），使检流计指针指零。此时工作电流为标准化工作电流In 。

    4.测未知电动势：把开关K扳向“未知”端。调节读数盘A和B，使检流计指针指零。此时A盘读数和B盘（红线下）读数之和为被测电动势的值。

    5.工作电流检查：当待测电动势值测量后，还应把开关K扳向“标准”端，检查检流计指针是否为零。如果不为零，校准工作电流后，应重新测量。

注意：实验结束之后，必须将开关K置于“断”的位置！否则电位差计内部电池将会继续工作，造成不必要的浪费，甚至于腐蚀仪器。