UJ31型低电势直流电位差计工作原理

UJ31型低电势直流电位差计是采用补偿法来测量直流电动势或电压，如配用直流标准电阻时，还可以测量直流电流和电阻。若配用各种转换器时，还可进行非电量的测量。应在周围空气温度20±15℃，相对湿度≤80℅，且没有腐蚀性气体和有害杂质的环境下使用。

二、电位差计的工作原理

如图1所示，电位差计的工作原理是根据电

+ + I E 电源回路 RT - RP 压补偿法，先使标准电池En与测量电路中的精密电阻RT的两端电势差Ust相比较，再使被测电势差（或电压）Ex与准确可变的电势差Ux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，RT取一预定值，其大小由标准电池En的电动势确定（根据温度而定）；调节RP，使检流计G指零，即En=IRT，此时测量电路的工作电流已调好为I=En/RT。

RU 测量回路 标 准标准 回路 K 未知 图1 G En

- + Ex-

校准工作电流的目的：使测量回路中的RU流过一个已知的标准电流I，以保证测量盘上精密电阻RU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

将K2打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，保持I不变（即RP不变），调节测量盘RU（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个电阻转盘），使检流计G指零，即有Ex?Ux?IRU。 由此可得

Ex?EnRTRU

由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据RU电阻值标出其对应的电压刻度值，因此只要读出RU电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势Ex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。

三、UJ31型电位差计面板结构名称与作用

?

Ⅰ、Ⅱ——步进测量盘，Ⅲ——滑线式测量盘：

RU被分成Ⅰ（?1）、Ⅱ（?0.1）和Ⅲ（?0.001）三个电阻测量盘，并在测量盘上标

出对应RU的电压值，电位差计处于补偿平衡状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压值。

?

RT——温度补偿盘：

图2 面板结构示意图

RT是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池

电动势变化时，通过调节RT，使工作电流保持不变。

?

K1——量程转换开关。

图3 面板结构图

? ? ? ? ?

K2——测量选择开关，为标准电池和未知电动势的转换开关。

K3——标准电池外接、内附转换开关。

K4——工作电源外接、内附转换开关。

K5——检流计灵敏度选择开关。

P1、P2、P3——工作电流粗、中、细调节盘。

RRp2调节工作电流，即“校准”时，分别调节p1（粗调）、三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。

?

P4——检流计调零旋钮。

（中调）和

Rp3（细调）

? G——检流计 ? “粗”、“细”和“短路”按钮 左下方的“粗”、“细”和“短路”按钮的作用是：按下“粗”按钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时检流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时检流计的灵敏度提高；按下“短路”按钮，检流计被短路，此时检流计指针不偏转。

四、UJ31型电位差计测量电压方法：

（1）将K2置到“断”，K1置于“?1”档或“?10”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

En(t)的值，调节RT的示值与其相等，被测电动势（或

KK电压）接于“未知1”（或“未知2”），将3、K4打至“内附”，5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

K3、K4打至“外接”。

Rp1（2）将K2置“标准”档，按下“粗”按钮，调节针指零，再按下“细”按钮，用为“校准”。

Rp2、

Rp2和

Rp3，使灵敏电流计指

和

Rp3调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称

（3）将K2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，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K1所用的倍率，即为被测电动势（或电压）

Ex。此操作过程称作“测量”。

（4）仪器使用完毕后，将开关K2置于“断”的位置，切断电源，拔掉电源插头。

五、注意事项

1．电位差计在使用前，应将所有旋钮及标度盘转动数次，以使所有接触部分能保持良好接触。

2．接线路时注意各电源及未知电压的极性。

3．为防止工作电流的波动，每次测电压前都应校准。并且测量时，必须保持标准的工作电流不变，即当K2置“未知1”或“未知2”测量待测电压时，不能调节RP之“粗”、“中”、“细”三个旋钮。

4．测量前，必须预先估算被测电压值，并将测量盘Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ调到估算值。

5．调节微调刻度盘Ⅲ时，其刻度线缺口内不属于读数范围，进入这一范围时测量电路已经断开，此时检流计指针虽然回到中间平衡位置，亦不是电路达到平衡状态的指示。

6．注意检流计灵敏度的用法。

7．实验结束之后，必须将开关K2置于“断”的位置！

六、思考题

1．箱式电位差计的工作原理是什么？使用箱式电位差计时，为什么要“先校准，后测量”？

2．为什么要使工作电流标准化？

3．电位差计的面板上的粗、中、细三个旋钮的作用是什么？ 4．在接线、拆线或调节未知电压Ux之前，必须先把K2置“断”处，其目的是什么？ 5．箱式电位差计左下角之“粗”、“细”两个按钮的作用是什么？如何使用？

6．测量时为什么要估算并预置测量盘的电位差值？接线时为什么要特别注意电压极性是否正确？

7．校准（或测量）时如果无论怎样调节电流调节盘（或测量盘），电流计总是偏向一侧，可能有哪几种原因？

8．什么是“补偿法”？用这种方法测电动势有什么特点？

七、技术数据

1．准确度等级：0.05级

2．工作电源电压为直流5.7~6.4V 3．电压测量范围 量限 “×10”档 “×1”档 测量范围 小步进值 10μV 1μV 10μV~171mV 1μV~17.1mV 4．允许基本误差： 本实验室使用的UJ31电位差计的准确度等级为0.05级，在保证准确温度为20±5℃，相对湿度≤80℅，且没有腐蚀性气体和有害杂质的环境中，其允许基本误差应符合以下计算式：

?Ux??(0.05%Ux?0.5?U)

式中的?U为电位差计的小分度值，即当倍率取“?10”档时?U为10μV，当倍率取“?1”档时?U为1μV；

Ux为测量盘读数示值；“

0.05%Ux”中的0.05是电位差

计的准确度等级；?U前的“0.5”值，对实验室型电位差计取0.5，对携带型的取1。

5．温度补偿范围为1.0176~1.0198V，其温度补偿盘的补进值为100μV，且各示值相对其参考值1.0186V的相对误差≤±0.005℅。

6．未知测量回路的热（接触）电势﹤1μV。 7．在使用温度20±15℃，相对湿度≤80℅，其线路对金属外壳之间的绝缘电阻≥100MΩ。 8．应能耐受频率为50HZ，实际正弦波行交流电压为500V历时1分钟的试验而不击穿。