UJ31型低電勢直流電位差計是采用補償法來測量直流電動勢或電壓，如配用直流標(biāo)準(zhǔn)電阻時，還可以測量直流電流和電阻。若配用各種轉(zhuǎn)換器時，還可進(jìn)行非電量的測量。應(yīng)在周圍空氣溫度20±15℃，相對濕度≤80℅，且沒有腐蝕性氣體和有害雜質(zhì)的環(huán)境下使用。

二、電位差計的工作原理

如圖1所示，電位差計的工作原理是根據(jù)電

+ + I E 電源回路 RT - RP 壓補償法，先使標(biāo)準(zhǔn)電池En與測量電路中的精密電阻RT的兩端電勢差Ust相比較，再使被測電勢差（或電壓）Ex與準(zhǔn)確可變的電勢差Ux相比較，通過檢流計G兩次指零來獲得測量結(jié)果。電壓補償原理也可從電勢差計的“校準(zhǔn)”和“測量”兩個步驟中理解。

（一）校準(zhǔn)

將K2打向“標(biāo)準(zhǔn)”位置，檢流計和校準(zhǔn)回路聯(lián)接，RT取一預(yù)定值，其大小由標(biāo)準(zhǔn)電池En的電動勢確定（根據(jù)溫度而定）；調(diào)節(jié)RP，使檢流計G指零，即En=IRT，此時測量電路的工作電流已調(diào)好為I=En/RT。

RU 測量回路 標(biāo) 準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 回路 K 未知 圖1 G En

- + Ex-

校準(zhǔn)工作電流的目的：使測量回路中的RU流過一個已知的標(biāo)準(zhǔn)電流I，以保證測量盤上精密電阻RU的電壓示值（刻度值）與加在其上的實際電壓值相一致。

（二）測量

將K2打向“未知”位置，檢流計和被測電路聯(lián)接，保持I不變（即RP不變），調(diào)節(jié)測量盤RU（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三個電阻轉(zhuǎn)盤），使檢流計G指零，即有Ex?Ux?IRU。 由此可得

Ex?EnRTRU

由于箱式電位差計面板上的測量盤是根據(jù)RU電阻值標(biāo)出其對應(yīng)的電壓刻度值，因此只要讀出RU電阻盤刻度的電壓讀數(shù)，即為被測電動勢Ex的測量值。所以，電位差計使用時，一定要先“校準(zhǔn)”，后“測量”，兩者不能倒置。

三、UJ31型電位差計面板結(jié)構(gòu)名稱與作用

?

Ⅰ、Ⅱ——步進(jìn)測量盤，Ⅲ——滑線式測量盤：

RU被分成Ⅰ（?1）、Ⅱ（?0.1）和Ⅲ（?0.001）三個電阻測量盤，并在測量盤上標(biāo)

出對應(yīng)RU的電壓值，電位差計處于補償平衡狀態(tài)時可以從這三個轉(zhuǎn)盤上直接讀出未知電動勢或未知電壓值。

?

RT——溫度補償盤：

圖2 面板結(jié)構(gòu)示意圖

RT是為了適應(yīng)溫度不同時標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的變化而設(shè)置的，當(dāng)溫度不同引起標(biāo)準(zhǔn)電池

電動勢變化時，通過調(diào)節(jié)RT，使工作電流保持不變。

?

K1——量程轉(zhuǎn)換開關(guān)。

圖3 面板結(jié)構(gòu)圖

? ? ? ? ?

K2——測量選擇開關(guān)，為標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電動勢的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

K3——標(biāo)準(zhǔn)電池外接、內(nèi)附轉(zhuǎn)換開關(guān)。

K4——工作電源外接、內(nèi)附轉(zhuǎn)換開關(guān)。

K5——檢流計靈敏度選擇開關(guān)。

P1、P2、P3——工作電流粗、中、細(xì)調(diào)節(jié)盤。

RRp2調(diào)節(jié)工作電流，即“校準(zhǔn)”時，分別調(diào)節(jié)p1（粗調(diào)）、三個電阻轉(zhuǎn)盤，以保證迅速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)工作電流。

?

P4——檢流計調(diào)零旋鈕。

（中調(diào)）和

Rp3（細(xì)調(diào)）

? G——檢流計 ? “粗”、“細(xì)”和“短路”按鈕 左下方的“粗”、“細(xì)”和“短路”按鈕的作用是：按下“粗”按鈕，保護(hù)電阻和靈敏電流計串聯(lián)，此時檢流計的靈敏度降低；按下“細(xì)”按鈕，保護(hù)電阻被短路，此時檢流計的靈敏度提高；按下“短路”按鈕，檢流計被短路，此時檢流計指針不偏轉(zhuǎn)。

四、UJ31型電位差計測量電壓方法：

（1）將K2置到“斷”，K1置于“?1”檔或“?10”檔（視被測量值而定），根據(jù)室內(nèi)溫度情況，計算標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢

En(t)的值，調(diào)節(jié)RT的示值與其相等，被測電動勢（或

KK電壓）接于“未知1”（或“未知2”），將3、K4打至“內(nèi)附”，5靈敏度打至較低檔，在初步完成測量后再提高靈敏度并再次進(jìn)行測量。

如果不使用市電供電，可在儀器相應(yīng)的接線柱上分別接上“標(biāo)準(zhǔn)電池”、“檢流計”、“工作電源”，并將

K3、K4打至“外接”。

Rp1（2）將K2置“標(biāo)準(zhǔn)”檔，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)針指零，再按下“細(xì)”按鈕，用為“校準(zhǔn)”。

Rp2、

Rp2和

Rp3，使靈敏電流計指

和

Rp3調(diào)節(jié)至靈敏電流計指針指零。此操作過程稱

（3）將K2置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按鈕，調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅰ、Ⅱ使靈敏電流計指零，再按下“細(xì)”按鈕，調(diào)節(jié)讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅲ使靈敏電流計指零。讀數(shù)轉(zhuǎn)盤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的示值乘以相應(yīng)的倍率后相加，再乘以K1所用的倍率，即為被測電動勢（或電壓）

Ex。此操作過程稱作“測量”。

（4）儀器使用完畢后，將開關(guān)K2置于“斷”的位置，切斷電源，拔掉電源插頭。

五、注意事項

1．電位差計在使用前，應(yīng)將所有旋鈕及標(biāo)度盤轉(zhuǎn)動數(shù)次，以使所有接觸部分能保持良好接觸。

2．接線路時注意各電源及未知電壓的極性。

3．為防止工作電流的波動，每次測電壓前都應(yīng)校準(zhǔn)。并且測量時，必須保持標(biāo)準(zhǔn)的工作電流不變，即當(dāng)K2置“未知1”或“未知2”測量待測電壓時，不能調(diào)節(jié)RP之“粗”、“中”、“細(xì)”三個旋鈕。

4．測量前，必須預(yù)先估算被測電壓值，并將測量盤Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ調(diào)到估算值。

5．調(diào)節(jié)微調(diào)刻度盤Ⅲ時，其刻度線缺口內(nèi)不屬于讀數(shù)范圍，進(jìn)入這一范圍時測量電路已經(jīng)斷開，此時檢流計指針雖然回到中間平衡位置，亦不是電路達(dá)到平衡狀態(tài)的指示。

6．注意檢流計靈敏度的用法。

7．實驗結(jié)束之后，必須將開關(guān)K2置于“斷”的位置！

六、思考題

1．箱式電位差計的工作原理是什么？使用箱式電位差計時，為什么要“先校準(zhǔn)，后測量”？

2．為什么要使工作電流標(biāo)準(zhǔn)化？

3．電位差計的面板上的粗、中、細(xì)三個旋鈕的作用是什么？ 4．在接線、拆線或調(diào)節(jié)未知電壓Ux之前，必須先把K2置“斷”處，其目的是什么？ 5．箱式電位差計左下角之“粗”、“細(xì)”兩個按鈕的作用是什么？如何使用？

6．測量時為什么要估算并預(yù)置測量盤的電位差值？接線時為什么要特別注意電壓極性是否正確？

7．校準(zhǔn)（或測量）時如果無論怎樣調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)盤（或測量盤），電流計總是偏向一側(cè)，可能有哪幾種原因？

8．什么是“補償法”？用這種方法測電動勢有什么特點？

七、技術(shù)數(shù)據(jù)

1．準(zhǔn)確度等級：0.05級

2．工作電源電壓為直流5.7~6.4V 3．電壓測量范圍 量限 “×10”檔 “×1”檔 測量范圍 小步進(jìn)值 10μV 1μV 10μV~171mV 1μV~17.1mV 4．允許基本誤差： 本實驗室使用的UJ31電位差計的準(zhǔn)確度等級為0.05級，在保證準(zhǔn)確溫度為20±5℃，相對濕度≤80℅，且沒有腐蝕性氣體和有害雜質(zhì)的環(huán)境中，其允許基本誤差應(yīng)符合以下計算式：

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

式中的?U為電位差計的小分度值，即當(dāng)倍率取“?10”檔時?U為10μV，當(dāng)倍率取“?1”檔時?U為1μV；

Ux為測量盤讀數(shù)示值；“

0.05%Ux”中的0.05是電位差

計的準(zhǔn)確度等級；?U前的“0.5”值，對實驗室型電位差計取0.5，對攜帶型的取1。

5．溫度補償范圍為1.0176~1.0198V，其溫度補償盤的補進(jìn)值為100μV，且各示值相對其參考值1.0186V的相對誤差≤±0.005℅。

6．未知測量回路的熱（接觸）電勢﹤1μV。 7．在使用溫度20±15℃，相對濕度≤80℅，其線路對金屬外殼之間的絕緣電阻≥100MΩ。 8．應(yīng)能耐受頻率為50HZ，實際正弦波行交流電壓為500V歷時1分鐘的試驗而不擊穿。