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，如配用直流標準電阻時，還可以測量直流電流和電阻。若配用各種轉換器時，還可進行非電量的測量。應在周圍空氣溫度20±15℃，相對濕度≤80℅，且沒有腐蝕性氣體和有害雜質的環境下使用。

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電

+ + I E 電源回路 RT - RP 壓補償法，先使標準電池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果。電壓補償原理也可從電勢差計的“校準”和“測量”兩個步驟中理解。

（一）校準

將K2打向“標準”位置，檢流計和校準回路聯接，RT取一預定值，其大小由標準電池En的電動勢確定（根據溫度而定）；調節RP，使檢流計G指零，即En=IRT，此時測量電路的工作電流已調好為I=En/RT。

RU 測量回路 標 準標準 回路 K 未知 圖1 G En

- + Ex-

校準工作電流的目的：使測量回路中的RU流過一個已知的標準電流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接，保持I不變（即RP不變），調節測量盤RU（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三個電阻轉盤），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RU電阻值標出其對應的電壓刻度值，因此只要讀出RU電阻盤刻度的電壓讀數，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”，后“測量”，兩者不能倒置。

三、UJ31型電位差計面板結構名稱與作用

?

Ⅰ、Ⅱ——步進測量盤，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

出對應RU的電壓值，電位差計處于補償平衡狀態時可以從這三個轉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 面板結構示意圖

RT是為了適應溫度不同時標準電池電動勢的變化而設置的，當溫度不同引起標準電池

電動勢變化時，通過調節RT，使工作電流保持不變。

?

K1——量程轉換開關。

圖3 面板結構圖

? ? ? ? ?

K2——測量選擇開關，為標準電池和未知電動勢的轉換開關。

K3——標準電池外接、內附轉換開關。

K4——工作電源外接、內附轉換開關。

K5——檢流計靈敏度選擇開關。

P1、P2、P3——工作電流粗、中、細調節盤。

RRp2調節工作電流，即“校準”時，分別調節p1（粗調）、三個電阻轉盤，以保證迅速準確地調節工作電流。

?

P4——檢流計調零旋鈕。

（中調）和

Rp3（細調）

? G——檢流計 ? “粗”、“細”和“短路”按鈕 左下方的“粗”、“細”和“短路”按鈕的作用是：按下“粗”按鈕，保護電阻和靈敏電流計串聯，此時檢流計的靈敏度降低；按下“細”按鈕，保護電阻被短路，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。

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），根據室內溫度情況，計算標準電池的電動勢

En(t)的值，調節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行測量。

如果不使用市電供電，可在儀器相應的接線柱上分別接上“標準電池”、“檢流計”、“工作電源”，并將

K3、K4打至“外接”。

Rp1（2）將K2置“標準”檔，按下“粗”按鈕，調節針指零，再按下“細”按鈕，用為“校準”。

Rp2、

Rp2和

Rp3，使靈敏電流計指

和

Rp3調節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，調節讀數轉盤Ⅰ、Ⅱ使靈敏電流計指零，再按下“細”按鈕，調節讀數轉盤Ⅲ使靈敏電流計指零。讀數轉盤Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的示值乘以相應的倍率后相加，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，應將所有旋鈕及標度盤轉動數次，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，每次測電壓前都應校準。并且測量時，必須保持標準的工作電流不變，即當K2置“未知1”或“未知2”測量待測電壓時，不能調節RP之“粗”、“中”、“細”三個旋鈕。

4．測量前，必須預先估算被測電壓值，并將測量盤Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ調到估算值。

5．調節微調刻度盤Ⅲ時，其刻度線缺口內不屬于讀數范圍，進入這一范圍時測量電路已經斷開，此時檢流計指針雖然回到中間平衡位置，亦不是電路達到平衡狀態的指示。

6．注意檢流計靈敏度的用法。

7．實驗結束之后，必須將開關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，后測量”？

2．為什么要使工作電流標準化？

3．電位差計的面板上的粗、中、細三個旋鈕的作用是什么？ 4．在接線、拆線或調節未知電壓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”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（或測量）時如果無論怎樣調節電流調節盤（或測量盤），電流計總是偏向一側，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、技術數據

1．準確度等級：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電位差計的準確度等級為0.05級，在保證準確溫度為20±5℃，相對濕度≤80℅，且沒有腐蝕性氣體和有害雜質的環境中，其允許基本誤差應符合以下計算式：

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

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

Ux為測量盤讀數示值；“

0.05%Ux”中的0.05是電位差

計的準確度等級；?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。