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[!--downpath--]實(shí)驗(yàn)十 直流電位器原理及應(yīng)用 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1、學(xué)習(xí)“補(bǔ)償法”在實(shí)驗(yàn)檢測中的應(yīng)用。 2、掌握電位器的工作原理及其基本檢測技巧。 3. 學(xué)習(xí)如何計(jì)算和修正實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)。 【實(shí)驗(yàn)儀器】DH325 11線電位器 DHBC-5標(biāo)準(zhǔn)電位1套，待測電位1套 標(biāo)準(zhǔn)電位：1.0186V，精度0.01%； 被測電位：0~1.9V連續(xù)可調(diào)。 禁止作為電源的外部負(fù)載使用。 [實(shí)驗(yàn)原理] 1、補(bǔ)償法原理 補(bǔ)償法是準(zhǔn)確檢測電動勢（電流）的有效方法。 如圖1所示。設(shè)E0為連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源電動勢（電流），EX為待測電動勢。 調(diào)節(jié)E0，使檢流計(jì)G顯示為零（即電路電壓I=0），則EX=E0。 上述過程的本質(zhì)是不斷將已知的標(biāo)準(zhǔn)電動勢（電流）與圖1中的補(bǔ)償方法示意圖中待測試的電動勢（電流）進(jìn)行比較。 當(dāng)檢流計(jì)指示電路中電壓為零時(shí)，電路達(dá)到平衡補(bǔ)償狀態(tài)，此時(shí)測得的電動勢等于標(biāo)準(zhǔn)電動勢。 這些方法稱為補(bǔ)償方法。 這與使用標(biāo)準(zhǔn)米尺來比較被測量物體的厚度（寬度）是相同的基本思想。 但比較和判斷的手段不同。 補(bǔ)償方法采用零指示值來判斷。 然而，很難找到電動勢連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源。 那么如何才能簡單地得到一個(gè)連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電動勢（電流）呢？ 簡單的想法是：讓一個(gè)恒定的工作電壓流過一個(gè)連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻，然后內(nèi)阻兩端的電流就可以作為一個(gè)連續(xù)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電動勢。
2 電位器是一種基于補(bǔ)償法檢測電動勢（電流）的儀器。 圖2是直流電位器的原理示意圖。 圖2 電位器示意圖。 它由三個(gè)基本回路組成：工作電壓調(diào)節(jié)回路，由工作電源E、限流內(nèi)阻RP、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R組成。 ②標(biāo)定電路，由標(biāo)準(zhǔn)電池E、檢流計(jì)G、 ③測量電路由待測電動勢EX、檢流計(jì)G、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻R組成。通過檢測未知電動勢EX的兩個(gè)操作步驟，電位器的原理可被清楚地理解。 （1）“校準(zhǔn)”：將圖中開關(guān)K撥至標(biāo)準(zhǔn)電動勢E側(cè)，取R為預(yù)定值（對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電位值E=RCDs×I0=1.0186V），調(diào)節(jié)RP，使檢流計(jì)G顯示值為零，使工作電壓環(huán)路中流過R的一個(gè)已知的“標(biāo)準(zhǔn)”電流I0，并且。 （2）“測量”：將開關(guān)K撥至未知電動勢EX兩側(cè)，保持I0不變，調(diào)節(jié)觸頭的滑動觸頭，使檢流計(jì)顯示為零，即可。 被測電流和補(bǔ)償電流的極性偏移且大小相等，因此相互補(bǔ)償（平衡）。 這些測量 EX 的方法稱為補(bǔ)償法。 該補(bǔ)償方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電位器是電阻分壓器，直接將被測電動勢EX與標(biāo)準(zhǔn)電動勢進(jìn)行比較。 EX的值僅取決于和E，因此檢測精度較高。 ②在上述“校準(zhǔn)”和“測量”兩步中，檢流計(jì)兩次顯示為零，說明檢測時(shí)電壓既不是來自校準(zhǔn)電路中的標(biāo)準(zhǔn)電動勢源，也不是來自檢測電路。
因此，被測電路的原始狀態(tài)和電流等熱阻不會改變電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)視頻，同時(shí)檢測電路導(dǎo)線的內(nèi)阻和標(biāo)準(zhǔn)電位的電阻對檢測精度的影響是可以預(yù)防的。 這是補(bǔ)償方法檢測精度更高的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 一個(gè)誘因。 3、DH325新型十一線電位器工作原理：DH325新型十一線電位器是一款教學(xué)電位器，因?yàn)樗墙馄式Y(jié)構(gòu)，這非常有利于學(xué)習(xí)和掌握電位器的工作原理，培養(yǎng)閱讀能力接線圖和故障排除。 如圖3所示，EX為待測電動勢，E為標(biāo)準(zhǔn)電位。 可調(diào)穩(wěn)壓電源E與厚度為L的電阻絲AB串聯(lián)電路電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)視頻，工作電壓I在電阻絲AB內(nèi)部形成電位差。 觸點(diǎn)D為刻度盤刻度值對應(yīng)的電阻，C可在內(nèi)阻絲上0-10的電阻值槽中任意選擇所需的電阻，這樣就可以得到急劇變化的電位差UDC。 圖3 十一線電位器電路圖Es，調(diào)整可調(diào)工作功率E0，改變工作電壓I0或改變接點(diǎn)D、C位置，即可使檢流計(jì)G指向零，此時(shí)UDCs和Es達(dá)到補(bǔ)償狀態(tài)。 則： (1) 式中，r0為內(nèi)阻絲單位寬度的內(nèi)阻，為內(nèi)阻絲直流段的寬度，A為單位內(nèi)阻絲上的壓降寬度。 工作電壓I0不變，K向上翻至EX，即用EX代替Es，調(diào)整觸頭D、C的位置，使電路再次實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。 此時(shí)，若電阻絲的粗細(xì)為 ，則： (2) 順序 實(shí)驗(yàn)方便。 通常，選擇單位寬度內(nèi)阻絲上的電位差A(yù)為一個(gè)簡單的數(shù)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池Es的值，由EN=A·LS估算出LS的厚度。
然后將觸頭D、C移至LS寬度位置，調(diào)節(jié)可調(diào)工作電源，改變工作電壓I0使電路補(bǔ)償，此時(shí)單位寬度內(nèi)電阻絲上的電位差A(yù)值等于所選值。 這一步稱為工作電壓標(biāo)準(zhǔn)化，或電位器校準(zhǔn)，A稱為歸一化系數(shù)，單位為V/m。 校準(zhǔn)后，檢測EX時(shí)，只要測量LX（D、C寬度），即可得到EX的尺寸。 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常需要使用標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行比較和校準(zhǔn)，以準(zhǔn)確檢測一定的量。 本實(shí)驗(yàn)的校準(zhǔn)體現(xiàn)在采用標(biāo)準(zhǔn)電池（或標(biāo)準(zhǔn)電位源）對電位器工作電壓的標(biāo)準(zhǔn)化。 圖4 檢測干電池電動勢并與電阻DH325新型十一線電位器組裝而成的電位器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 3 。 十根內(nèi)電阻絲纏繞在有機(jī)玻璃棒上。 每根內(nèi)阻絲相當(dāng)于舊實(shí)驗(yàn)板上一米的內(nèi)阻絲。 將第十一內(nèi)阻絲改為盤式內(nèi)阻，其阻值與內(nèi)阻線相當(dāng)。 每米內(nèi)阻值為10Ω，總內(nèi)阻為110Ω。 調(diào)節(jié)C觸點(diǎn)，寬度調(diào)節(jié)范圍：0～10.00m1.00m。 調(diào)節(jié)D觸點(diǎn)，寬度調(diào)節(jié)范圍：0～1000m，調(diào)節(jié)步長1mm（與表盤光標(biāo)配套）。 由DH325新型十一線電位器和電位器實(shí)驗(yàn)裝置組成的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，仔細(xì)閱讀此圖，以利于電位器實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。 【實(shí)驗(yàn)步驟】 ①校準(zhǔn)電位器工作電壓：先根據(jù)DH325新型十一線電位器（3）調(diào)節(jié)LCD寬度為5.093m，然后根據(jù)式（3）估算結(jié)果。
打開開關(guān)，觀察數(shù)字電流表，預(yù)設(shè)工作電源輸出電流為2.20V左右。 這時(shí)，數(shù)字檢流計(jì)通常會有讀數(shù)（不指向零）。 仔細(xì)調(diào)節(jié)工作電源的電流，即滑動變阻器，使數(shù)字檢流計(jì)指向零，并逐漸減小數(shù)字檢流計(jì)測量范圍，以提高檢流計(jì)的靈敏度。 反復(fù)微調(diào)工作電源電流，使數(shù)字檢流計(jì)指向零。 此時(shí)電位器的工作電壓已校準(zhǔn)。 （請注意，工作電流不能再更改）。 此時(shí)，可以關(guān)閉太刀的雙擲開關(guān)K。 ③測量干電池電動勢：首先將檢流計(jì)的靈敏度調(diào)低。 根據(jù)干電池的情況，可以粗略地設(shè)置LCD。 然后將雙擲開關(guān)向上合上，連接到待測電位上。 調(diào)整LCD的寬度，反復(fù)調(diào)整，使振鏡指向零。 最后根據(jù)液晶屏的寬度即可得到待測電動勢EX的值。 (4) ④ 將內(nèi)阻盒R并聯(lián)在EX兩端，如圖5所示，使阻值R=100Ω。再次調(diào)整LCD的寬度，反復(fù)調(diào)整，使振鏡指向?yàn)榱悖妱觿葜担ù藭r(shí)測量得到的不再是干電池的電動勢，而是路端電流）。 根據(jù)公式，干電池的內(nèi)阻可估算為： (5) 圖5 電池內(nèi)阻檢測結(jié)構(gòu)示意圖 【實(shí)驗(yàn)分析】 1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求電路參數(shù)估算各個(gè)實(shí)驗(yàn)。 2. 根據(jù)公式估算待測電動勢。 【注意事項(xiàng)】 1、十一線電位器測試板上的內(nèi)阻絲不要隨意移動，以免影響內(nèi)阻絲的粗細(xì)和均勻性。 2、本實(shí)驗(yàn)儀器中的標(biāo)準(zhǔn)電源不允許通過大電壓，否則電動勢增大，與標(biāo)準(zhǔn)值不一致； 不可以用普通的電流表來檢測它的標(biāo)準(zhǔn)電動勢，更不能用它作為電源，否則會毀掉這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電源。
【實(shí)驗(yàn)思考】 1、為什么用電壓表檢測電位差時(shí)，得到的值一定大于未接電壓表的初始值？ 通過什么方法可以準(zhǔn)確測量電位差？ 2. 描述潛在補(bǔ)償?shù)脑砗吞攸c(diǎn)。 畫出十一線電位器的實(shí)驗(yàn)電路圖并說明其檢測步驟。 3、為什么要規(guī)范電位器的工作電壓？ V0值的數(shù)學(xué)意義是什么？ 選擇V0值的依據(jù)是什么？ 工作電壓標(biāo)準(zhǔn)化后，為什么檢測EX時(shí)不能再次調(diào)整內(nèi)阻盒？ 4、電位器實(shí)現(xiàn)電位補(bǔ)償需要哪些必要條件？ 為什么？ 如果工作電源的電動勢大于被測電源的電動勢，會產(chǎn)生什么后果？ 為什么？ 5、決定十一線電位器精度的因素有哪些？ 6、檢流計(jì)的靈敏度對電位器檢測的精度有什么影響？ 7、工作電源不穩(wěn)定對電位器的檢測有什么影響？ 8、電位器實(shí)驗(yàn)中，如果電壓表總是偏向一側(cè)且無法補(bǔ)償，請分析可能的故障？ 如何檢測并排除故障？ 9. 哪些儀器受內(nèi)阻保護(hù)？ 如何使用？ 10、使用校準(zhǔn)好的電位器測試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)其阻值不夠大，怎么辦？ 11、標(biāo)準(zhǔn)電源在電位器實(shí)驗(yàn)中起什么作用？ 使用時(shí)應(yīng)注意哪些問題？