有關電位差計測表頭內(nèi)阻的探討

謝英英，羅曉琴

（西南科技大學，四川綿陽 62010）

有關電位差計測表頭內(nèi)阻的探討

謝英英，羅曉琴

（西南科技大學，四川綿陽 62010）

介紹應用電位差計測量表頭內(nèi)阻的電路，在不同實驗條件下采集相關實驗數(shù)據(jù)，通過計算測量結(jié)果和不確定度，從不同角度分析論證了電位差計測量表頭內(nèi)阻的可行性和優(yōu)越性。

電位差計；表頭；電阻；精度

在電磁學實驗中，一般都有類似《電表改裝》這樣的實驗，要求學生通過所學知識，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。

電位差計是應用補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。文章利用電位差計的以上特點，設計出更為簡潔的測量表頭的內(nèi)阻的電路，并測出相關數(shù)據(jù)加以分析，突顯電位差計在該測量中的獨到優(yōu)勢。

1　電位差計工作原理

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

圖1　UJ31型電位差計工作原理圖

第一次補償:工作電流標準化。將開關K擲到N，調(diào)節(jié)電阻Rn，使檢流計G的指針指零，則有:Es=IRsab

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

在電阻Rx的位置上可以直接標出與IRxbc對應的電動勢（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　電位差計測表頭內(nèi)阻的電路

圖2　UJ31型電位差計測表頭內(nèi)阻電路

3　測量與計算

3.1測量步驟

（1）如圖2連接好電路。根據(jù)室溫計算出標準電池的電動勢，調(diào)好電位差計，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準電阻供給電壓。

（2）將電位差計原理圖中的開關K分別旋到未知1（或未知2），調(diào)節(jié)Rx使檢流計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，重復步驟（2），多次測量。

3.2測量數(shù)據(jù)與結(jié)果計算

室溫t=10.0℃，準電池Es=1.018 9 V，定值標準電阻Rb=5Ω，待測表頭（69C6型，Imax=200 μ?。渲蠻g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，重復測量Ug和Ub

不確定度計算:

Rg的標準不確定度:（其中，定值標準電阻被當作已知常數(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，用電位差計來測量表頭的內(nèi)阻的結(jié)果都非常的精確。

（2）標準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)阻的標準不確定度很小，表明測量結(jié)果的可信賴程度很高。

（3）用電位差計測量表頭內(nèi)阻的電路簡單，原理清晰易懂，所需其他設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。

（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。將所測得的定值標準電阻兩端的電壓比上定值標準電阻的阻值就可以得到標準電流，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，電位差計測表頭內(nèi)阻的設計電路靈活運用了電位差計的優(yōu)勢，綜合了相關電學知識，不僅更加廣泛地拓展了電位差計的應用功能，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。

［1］ 周自剛，楊振萍，李祥，等新編大學物理實驗［M］.北京:科學出版社，2011.

［2］ 張益國，徐屏用UJ-（31）型電位差計測量電阻［J］.工業(yè)計量，2000（2）:31-33.

［3］ 劉永萍，辛言君，袁淑立，等.用箱式電位差計測電阻的4種方法［J］.實驗科學與技術，2008-6（3）: 29-30.

［4］ 李震春，曾衛(wèi)東，左衛(wèi)群.“伏安法測表頭內(nèi)阻”數(shù)據(jù)處理方法的探討［J］.河池學院報，2007（5）:77-79.

［5］ 王吉有，原安娟.替代法測量微安表內(nèi)阻的不確定度分析［J］.大學物理實驗，2006，18（9）:51-54.

［6］ 王麗電表內(nèi)阻的六種測量方法［J］.物理通報，2010（5）:47-49.

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

西南科技大學實驗與技術項目（12syjs-44）