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

二、電位差計(jì)的工作原理

如圖1所示，電位差計(jì)的工作原理是根據(jù)電

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

（一）校準(zhǔn)

將K2打向“標(biāo)準(zhǔn)”位置，檢流計(jì)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(dòng)勢(shì)確定（根據(jù)溫度而定）；調(diào)節(jié)RP，使檢流計(jì)G指零，即En=IRT，此時(shí)測(cè)量電路的工作電流已調(diào)好為I=En/RT。

RU 測(cè)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(cè)量回路中的RU流過(guò)一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電流I，以保證測(cè)量盤上精密電阻RU的電壓示值（刻度值）與加在其上的實(shí)際電壓值相一致。

（二）測(cè)量

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

Ex?EnRTRU

由于箱式電位差計(jì)面板上的測(cè)量盤是根據(jù)RU電阻值標(biāo)出其對(duì)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(cè)電動(dòng)勢(shì)Ex的測(cè)量值。所以，電位差計(jì)使用時(shí)，一定要先“校準(zhǔn)”，后“測(cè)量”，兩者不能倒置。

三、UJ31型電位差計(jì)面板結(jié)構(gòu)名稱與作用

?

Ⅰ、Ⅱ——步進(jìn)測(cè)量盤，Ⅲ——滑線式測(cè)量盤：

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

出對(duì)應(yīng)RU的電壓值，電位差計(jì)處于補(bǔ)償平衡狀態(tài)時(shí)可以從這三個(gè)轉(zhuǎn)盤上直接讀出未知電動(dòng)勢(shì)或未知電壓值。

?

RT——溫度補(bǔ)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)的變化而設(shè)置的，當(dāng)溫度不同引起標(biāo)準(zhǔn)電池

電動(dòng)勢(shì)變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)RT，使工作電流保持不變。

?

K1——量程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

圖3 面板結(jié)構(gòu)圖

? ? ? ? ?

K2——測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)，為標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

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

K4——工作電源外接、內(nèi)附轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

K5——檢流計(jì)靈敏度選擇開(kāi)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(shí)，分別調(diào)節(jié)p1（粗調(diào)）、三個(gè)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(jì)調(diào)零旋鈕。

（中調(diào)）和

Rp3（細(xì)調(diào)）

? G——檢流計(jì) ? “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(jì)串聯(lián)，此時(shí)檢流計(jì)的靈敏度降低；按下“細(xì)”按鈕，保護(hù)電阻被短路，此時(shí)檢流計(jì)的靈敏度提高；按下“短路”按鈕，檢流計(jì)被短路，此時(shí)檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)。

四、UJ31型電位差計(jì)測(cè)量電壓方法：

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

En(t)的值，調(diào)節(jié)RT的示值與其相等，被測(cè)電動(dòng)勢(shì)（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(cè)量后再提高靈敏度并再次進(jìn)行測(cè)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(jì)”、“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(jì)指

和

Rp3調(diào)節(jié)至靈敏電流計(jì)指針指零。此操作過(guò)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(jì)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(jì)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(cè)電動(dòng)勢(shì)（或電壓）

Ex。此操作過(guò)程稱作“測(cè)量”。

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

五、注意事項(xiàng)

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

2．接線路時(shí)注意各電源及未知電壓的極性。

3．為防止工作電流的波動(dòng)，每次測(cè)電壓前都應(yīng)校準(zhǔn)。并且測(cè)量時(shí)，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(cè)量待測(cè)電壓時(shí)，不能調(diào)節(jié)RP之“粗”、“中”、“細(xì)”三個(gè)旋鈕。

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

5．調(diào)節(jié)微調(diào)刻度盤Ⅲ時(shí)，其刻度線缺口內(nèi)不屬于讀數(shù)范圍，進(jìn)入這一范圍時(shí)測(cè)量電路已經(jīng)斷開(kāi)，此時(shí)檢流計(jì)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(jì)靈敏度的用法。

7．實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，必須將開(kāi)關(guān)K2置于“斷”的位置！

六、思考題

1．箱式電位差計(jì)的工作原理是什么？使用箱式電位差計(jì)時(shí)，為什么要“先校準(zhǔn)，后測(cè)量”？

2．為什么要使工作電流標(biāo)準(zhǔn)化？

3．電位差計(jì)的面板上的粗、中、細(xì)三個(gè)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(jì)左下角之“粗”、“細(xì)”兩個(gè)按鈕的作用是什么？如何使用？

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

7．校準(zhǔn)（或測(cè)量）時(shí)如果無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)盤（或測(cè)量盤），電流計(jì)總是偏向一側(cè)，可能有哪幾種原因？

8．什么是“補(bǔ)償法”？用這種方法測(cè)電動(dòng)勢(shì)有什么特點(diǎn)？

七、技術(shù)數(shù)據(jù)

1．準(zhǔn)確度等級(jí)：0.05級(jí)

2．工作電源電壓為直流5.7~6.4V 3．電壓測(cè)量范圍 量限 “×10”檔 “×1”檔 測(cè)量范圍 小步進(jìn)值 10μV 1μV 10μV~171mV 1μV~17.1mV 4．允許基本誤差： 本實(shí)驗(yàn)室使用的UJ31電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)，在保證準(zhǔn)確溫度為20±5℃，相對(duì)濕度≤80℅，且沒(méi)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(jì)算式：

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

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

Ux為測(cè)量盤讀數(shù)示值；“

0.05%Ux”中的0.05是電位差

計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)；?U前的“0.5”值，對(duì)實(shí)驗(yàn)室型電位差計(jì)取0.5，對(duì)攜帶型的取1。

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

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