謝英英，羅曉琴

（西南科技大學(xué)，四川綿陽 62010）

有關(guān)電位差計(jì)測表頭內(nèi)阻的探討

謝英英，羅曉琴

（西南科技大學(xué)，四川綿陽 62010）

介紹應(yīng)用電位差計(jì)測量表頭內(nèi)阻的電路，在不同實(shí)驗(yàn)條件下采集相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算測量結(jié)果和不確定度，從不同角度分析論證了電位差計(jì)測量表頭內(nèi)阻的可行性和優(yōu)越性。

電位差計(jì)；表頭；電阻；精度

在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般都有類似《電表改裝》這樣的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生通過所學(xué)知識，將小量程的表頭改裝成大量程的電流表、電壓表或歐姆表，那么在改裝之前一定要已知表頭的內(nèi)阻，或測得表頭的內(nèi)阻。而常用來測表頭內(nèi)阻的方法有半偏法、替代法、伏安法和電橋法等，這些方法的電路都比較簡潔，原理也較淺顯易懂，測量也方便快捷，但是所有這些方法都有不同程度的缺陷，比如串聯(lián)式半偏法需要忽略電源的內(nèi)阻，替代法依賴所提供的已知可調(diào)的電阻箱的準(zhǔn)確度等級，伏安法有內(nèi)外接的系統(tǒng)誤差等等。因此尋找一個能夠克服以上各個方法的缺陷的更優(yōu)化的測量表頭內(nèi)阻的方法就勢在必行。

電位差計(jì)是應(yīng)用補(bǔ)償原理和比較法來測量直流電位差或電源電動勢的常用儀器，它準(zhǔn)確度高、使用方便、測量結(jié)果穩(wěn)定可靠，還常被用來精確地間接測量電流、電阻和校正各種精密電表。文章利用電位差計(jì)的以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出更為簡潔的測量表頭的內(nèi)阻的電路，并測出相關(guān)數(shù)據(jù)加以分析，突顯電位差計(jì)在該測量中的獨(dú)到優(yōu)勢。

1　電位差計(jì)工作原理

如圖1所示:E為工作電源，Es是標(biāo)準(zhǔn)電池，UX是待測電壓，Rn、Rs和Rx都是調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻。該電位差計(jì)由工作回路（ERnR0Rx）、校準(zhǔn)回路（EsKGRs）和測量回路（RxUXGK）組成。

圖1　UJ31型電位差計(jì)工作原理圖

第一次補(bǔ)償:工作電流標(biāo)準(zhǔn)化。將開關(guān)K擲到N，調(diào)節(jié)電阻Rn，使檢流計(jì)G的指針指零，則有:Es=IRsab

第二次補(bǔ)償:得到被測電壓。再將開關(guān)K擲到X，調(diào)節(jié)Rx，再次使檢流計(jì)G的指針指零，則有:UX=IRxbc。

在電阻Rx的位置上可以直接標(biāo)出與IRxbc對應(yīng)的電動勢（或電壓），故在儀器的面板上就直接讀出電動勢（或電壓）的數(shù)值。

2　電位差計(jì)測表頭內(nèi)阻的電路

圖2　UJ31型電位差計(jì)測表頭內(nèi)阻電路

3　測量與計(jì)算

3.1測量步驟

（1）如圖2連接好電路。根據(jù)室溫計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，調(diào)好電位差計(jì)，滑線變阻器的滑片置到最大的位置，再由小到大給被測表頭和定值標(biāo)準(zhǔn)電阻供給電壓。

（2）將電位差計(jì)原理圖中的開關(guān)K分別旋到未知1（或未知2），調(diào)節(jié)Rx使檢流計(jì)G的指針精確指零，則讀出Rx的各個旋鈕上所指示的數(shù)據(jù)就是被測電壓Ub（或Ug）。

（3）改變滑片的位置，重復(fù)步驟（2），多次測量。

3.2測量數(shù)據(jù)與結(jié)果計(jì)算

室溫t=10.0℃，準(zhǔn)電池Es=1.018 9 V，定值標(biāo)準(zhǔn)電阻Rb=5Ω，待測表頭（69C6型，Imax=200 μΑ），其中Ug在（x10檔）所測，Ub在（x1檔）所測。

表1　將滑線變阻器的滑片固定在某個位置，重復(fù)測量Ug和Ub

不確定度計(jì)算:

Rg的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:（其中，定值標(biāo)準(zhǔn)電阻被當(dāng)作已知常數(shù)）

表2　每改變一次滑動變阻器滑片的位置，就分別各測一次Ug和Ub

4　分析與討論

（1）從以上測量結(jié)果可以看出，用電位差計(jì)來測量表頭的內(nèi)阻的結(jié)果都非常的精確。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示測量結(jié)果所代表的被測量的程度，也就是因測量誤差存在而對測量不能肯定的程度，是測量質(zhì)量的表征。而該方法測得表頭的內(nèi)阻的標(biāo)準(zhǔn)不確定度很小，表明測量結(jié)果的可信賴程度很高。

（3）用電位差計(jì)測量表頭內(nèi)阻的電路簡單，原理清晰易懂，所需其他設(shè)備較少且都比較常見，操作方便快捷，對不同規(guī)格型號的表頭都可以測量，通用性強(qiáng)。

（4）該電路不僅可以測量表頭的內(nèi)阻，還可以用來校正電流表。將所測得的定值標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓比上定值標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值就可以得到標(biāo)準(zhǔn)電流，再將其與電流表所指的示數(shù)相比較，便可以校正電流表。

總之，電位差計(jì)測表頭內(nèi)阻的設(shè)計(jì)電路靈活運(yùn)用了電位差計(jì)的優(yōu)勢，綜合了相關(guān)電學(xué)知識，不僅更加廣泛地拓展了電位差計(jì)的應(yīng)用功能，還克服了常規(guī)測表頭內(nèi)阻的諸多不利因素，使測量結(jié)果的可靠性和精確性有了大幅度的提高。

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The Discussion on Measurement Meter Interface Resistance by the Potential Difference

XIE Ying-ying，LUO Xiao-qin
（Southwest university of science and technology，Sichuan Mianyang 621010）

The electric circuit of the measurement meter interface resistance by the potential difference was introduced.It gathered the related empirical datum under the different experimental condition.Through the computation measurement result and the uncertainty，it had proven the feasibility and superiority of the measurement meter interface resistance by the potential difference from the different angle analysis.

potentiometer；meter；resistance；precision

04-33

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.02.023

1007-2934（2015）02-0083-03

2014-11-19

西南科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)項(xiàng)目（12syjs-44）