直流电位差计..doc

直流电位差计的原理与应用 比较式仪表是将被测量和已知标准量进行比较而确定被测量大小的仪表，分为补偿测量仪表和电桥测量仪表。用来与被测量进行比较的已知标准量具有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。比较仪表借助检流计指零实现平衡。通常，比较式测量仪表的测量过程就是通过调节可调元件使比较所得的差值逐步减小到零的过程。这种方法比直读测量具有更高的精确度。 补偿法是电磁测量的一种基本方法。补偿法测量仪表有全补偿和差值补偿两种。全补偿法是将被测量（仅限电压）与标准量比较，检测为0，两值相等。测量仪表理论上不从被测对象获取能量。差值补偿是利用标准量将被测量绝大部分补偿掉，微差检出，减少测量误差。 电位差计是电磁学测量中利用补偿原理来直接精密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。测量的直流电压的误差可小于±0.005%。它用途很广泛，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，有些电器仪表厂则用它来确定产品的准确度和定标，它不仅被用于直流电路，也用于交流电路。因此在工业测量自动控制系统的电路中得到普遍的应用。 一、直流电位差计工作原理 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电压。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，由于伏特表通过电流反应电压总要有电流通过，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，直流电位差计就是由此而设计的。 补偿原理就是利用一个电动势去抵消另一个电动势，其原理可用图一来说明。两个电源E和正极对正极，其中E为可调标准电源电动势，为未知电源电动势，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E，使检流计读数为零，电路中没有电流，此时表明EX=E，两端的电位差和E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E 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。 图一 补偿电路 2.电位差计原理 根据补偿法测量电位差的实验装置称为电位差计，其测量原理可分别用图二和图三来说明。图二为电位差计定标原理图，其中ABCD为辅助工作回路，由电源E、限流电阻R、长粗细均匀电阻丝AB串联成一闭合回路；MN为补偿电路，由待测电源En和检流计G组成。电阻箱R用来调节回路工作电流I的大小，通过调节I可以调整每单位长度电阻丝上电位差V0的大小，M、N为电阻丝AB上的两个活动触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差补偿，它相当于补偿电路（图一）中的En，提供了一个可变电源。当回路接通时，根据欧姆定律可知，电阻丝AB上任意两点间的电压与两点间的距离成正比。因此，可以改变MN的间距，使检流计G读数为0，此时MN两点间的电压就等于待测电动势。要测量电动势（电位差），必须分两步进行： 电位差计的标准化 利用标准电源高精确度的特点，使得工作回路中的电流I能准确地达到某一标定值 ，这一调整过程叫电位差计的标准化，也叫电位差计的定标。 图二 电位差计定标原理图 根据定标原则，按图二连线，移动滑动触头M、N，将M、N之间的长度固定在上，调节工作电路中的电阻R，使补偿回路中的定标回路达到平衡，即流过检流计G的电流为零，此时： 在工作过程中，ABCD中工作电流保持不变，因电阻是均匀电阻丝，令 ① 那么有 ② 很明显是电阻丝上单位长度的电压降，称为工作电流标准化系数，单位是V/m。在实际操作中，只要确定，也就完成了定标过程。 由②式可知，当保持不变时（即ABCD中工作电流保持不变），可以用电阻丝MN两点间的长度（力学量）来反映待测电动势（电学量）的大小。为此，必须确定的数值。为使读数方便起见，取为1.0V/m等数值。由于，而且电阻丝阻值稳定，所以只有调节ABCD中工作电流的大小，才能得到所需的值。 （2）测量未知电动势 测量待测电动势的过程与定标的过程正好相反。 当上面定标结束后，按图三连线，调节M’、N’之间长度，使M’、N’两点间电位差等于待测电动势，达到补偿，此时流过检流计G的电流为零。即 图三 电位差计测量原理图 结合式②得 ③ 这样就测出了待测电压。 二、直流电位差计的分类 1.按