黃緒光

摘要：直流電位差計(jì)作為一種非常精密的測(cè)量?jī)x器，在齡測(cè)量過(guò)程中不會(huì)消耗被測(cè)對(duì)象的能量，而且測(cè)量具有較高的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。但在直流電位差計(jì)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其對(duì)測(cè)量具有嚴(yán)格的要求，需要考慮較多的因素，因此在測(cè)量過(guò)程中也容易導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，因此針對(duì)于直流電位差計(jì)的工作原理進(jìn)行分析，并對(duì)直流電位差計(jì)誤差產(chǎn)生的原因及消除方法具體的闡述。

關(guān)鍵詞：直流電位差計(jì)；工作原理；誤差；消除方法

1直流電位差計(jì)的工作原理

電位差計(jì)是測(cè)量電位差的精密儀器，其得合同比較測(cè)量法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，以被測(cè)電位與已知電位相互補(bǔ)償作為其工作原理。直流電位差計(jì)結(jié)構(gòu)主要是由三部分共同組成，即輔助電路、標(biāo)準(zhǔn)回路及未知回路。其中輔助回路由工作電源、調(diào)節(jié)工作電流的變阻器及補(bǔ)償電阻組成。標(biāo)準(zhǔn)回路由標(biāo)準(zhǔn)電池、雙刀雙擲開(kāi)關(guān)、檢流計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)電阻組成。未知回路由待測(cè)電源、雙刀雙擲開(kāi)關(guān)、檢流計(jì)和補(bǔ)償電阻的一部分或是全部組成在電位差計(jì)使用過(guò)程中，當(dāng)其與檢流計(jì)、電池和被測(cè)電壓等連接時(shí)，會(huì)構(gòu)成不同金屬的接觸點(diǎn)，當(dāng)兩種不同的金屬相接觸時(shí)，接觸端與不接觸端會(huì)有溫度差產(chǎn)生，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。熱電勢(shì)產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致誤差出現(xiàn)，因此盡量采用一些相互間熱勢(shì)小的金屬來(lái)做端鈕，也可以采用換向測(cè)量法來(lái)消除熱電勢(shì)的影響。

2直流電位差計(jì)誤差及消除方法分析

2.1消除寄生干擾

對(duì)于直流電位差計(jì)來(lái)講，其測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)部件的絕緣電阻都會(huì)存在阻值的限制，而且絕緣不良的情況也無(wú)法避免，這種情況下會(huì)有電位差產(chǎn)生，造成泄漏電流通過(guò)，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差不。這種情況下，可以采用金屬箔和絕緣板來(lái)進(jìn)行屏蔽，檢流計(jì)屏蔽端鈕要進(jìn)行接地處理，這樣可以對(duì)泄漏電流進(jìn)入到電位差計(jì)工作回路和檢流計(jì)中起到有效的預(yù)防。對(duì)于測(cè)量回路熱電勢(shì)的影響也要給予必要的考慮，這主要是由于電位差計(jì)內(nèi)部線路和外接設(shè)備中存在較多的金屬接觸摸點(diǎn)，不同金屬接觸時(shí)，金屬中的自由電子會(huì)向密度小的金屬擴(kuò)散，失去電子的金屬帶電電，而得到電子的金屬則帶負(fù)電，在結(jié)點(diǎn)處會(huì)有電位差產(chǎn)生。另外，基于環(huán)境溫場(chǎng)的原因，電位差計(jì)內(nèi)部溫度會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況，如人手的熱傳導(dǎo)，這其中主要是涉及到使用光電放大器，在燈光熱源作用下會(huì)導(dǎo)致電位差計(jì)所處溫場(chǎng)不均勻現(xiàn)象發(fā)生。這種情況下，電位差計(jì)同一導(dǎo)向兩端溫度不同情況下時(shí)，溫度高的部分會(huì)失去電子而帶正電，溫度底的部分得到電子帶負(fù)電，形成溫差電勢(shì)。在實(shí)際電位差計(jì)測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)測(cè)量盤值為0時(shí)，在沒(méi)有任何輸入信號(hào)的情況下，檢流計(jì)仍發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，則要考慮熱電勢(shì)的影響。在對(duì)熱電勢(shì)消除時(shí)，可以通過(guò)經(jīng)常對(duì)零電位進(jìn)行校對(duì)，或是利用電流換向法，以此來(lái)消除熱電勢(shì)，避免直流電位差計(jì)誤差的產(chǎn)生。

2.2工作電流不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差及消除方法

輔助因路中電源電壓不穩(wěn)定情況下，工作電流會(huì)處于不斷變化的狀態(tài)，當(dāng)變化值超出允許范圍時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。因此要選擇足夠容量的電源，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。通常情況下要求輔助回路中電源容量為電位差計(jì)工作電流的1000倍，當(dāng)電池容量達(dá)不到這個(gè)要求時(shí)，可以采用多個(gè)電動(dòng)勢(shì)值較為接近的單個(gè)電池并聯(lián)，同時(shí)在檢定之前實(shí)現(xiàn)有效連接，各端鈕要進(jìn)行堅(jiān)固，確保電源的穩(wěn)定性。在齡測(cè)量過(guò)程中，需要每隔一段時(shí)間表利用標(biāo)準(zhǔn)電池來(lái)對(duì)工作電流進(jìn)行檢查和校正，避免由于工作電流不準(zhǔn)確而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

2.3標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值變化帶來(lái)的誤差及預(yù)防措施

未知回路標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值準(zhǔn)確與否直接決定測(cè)量的準(zhǔn)確性。在實(shí)際測(cè)量時(shí)因標(biāo)準(zhǔn)電阻中有電流通過(guò)，電阻中勢(shì)必產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生的熱量會(huì)使電阻的溫度升高，而物體的電阻值隨溫度的升高而升高。若將電阻溫度變化因數(shù)考慮在內(nèi)，我們理論上得到的電壓值偏小。為解決此問(wèn)題，應(yīng)該采用阻值較大的標(biāo)準(zhǔn)電阻，使輔助回路中的電流盡量小，這樣電阻產(chǎn)生的熱量就會(huì)小一些，由此引起的阻值變化也會(huì)減小，測(cè)量結(jié)果就會(huì)更準(zhǔn)確。

2.4轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接觸電阻帶來(lái)的誤差及消除方法

直流電位差計(jì)的各個(gè)元件表面不可能都十分光滑，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的電刷與其固定接觸片之間會(huì)存在一定的電阻，這種接觸電阻在開(kāi)關(guān)中的數(shù)值呈現(xiàn)變化性，即每次接觸后數(shù)值都會(huì)發(fā)生變化，將這種變化稱為變差。當(dāng)開(kāi)關(guān)較為劣質(zhì)時(shí)，接觸電阻會(huì)更大。這種情況下工作電流的穩(wěn)定性得不到保證，從而導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。為了消除誤差，可以盡可能的保證與接觸電阻串聯(lián)的回路中電阻大一些，這樣接觸電阻產(chǎn)生的影響則能夠控制在允許的誤差范圍內(nèi)，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.5標(biāo)準(zhǔn)電池電勢(shì)的變化帶來(lái)誤差及消除

環(huán)境溫度對(duì)電位差計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)電池的影響很大，如果環(huán)境溫度突然變化，標(biāo)準(zhǔn)電池就要產(chǎn)生滯后效應(yīng)，這種現(xiàn)象老電池表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。同時(shí)還要求在使用中兩電極溫差很小，保證標(biāo)準(zhǔn)電池溫度系數(shù)是一固定值，因此標(biāo)準(zhǔn)電池都應(yīng)在充分的靜止恒溫后才可使用。標(biāo)準(zhǔn)電池在偏離環(huán)境溫度20℃時(shí)其電動(dòng)勢(shì)值應(yīng)重新確定。標(biāo)準(zhǔn)電池受溫度變化而產(chǎn)生的影響可以使用溫度補(bǔ)償盤補(bǔ)償，由于標(biāo)準(zhǔn)電池充放電的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致極化，使電極電位偏離平衡值，因此應(yīng)盡量避免充放電作用，尤其不要用電壓表或萬(wàn)用表這類內(nèi)阻小而取用電流大的設(shè)備來(lái)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)。

2.6電阻比值K帶來(lái)的誤差及消除

由電位差計(jì)原理可知，測(cè)量的準(zhǔn)確除受標(biāo)準(zhǔn)電池的影響外，就與調(diào)定電阻與測(cè)量電阻的比值K最為密切。由于測(cè)量電阻與調(diào)定電阻都是利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和測(cè)量，因此電刷必須接觸良好，不能懸空，尤其電刷長(zhǎng)期不使用就會(huì)在接觸表面形成一層氧化膜，應(yīng)使用金相砂紙擦除后用酒精清洗并涂上中性凡士林。由于電位差計(jì)測(cè)量線路的不同，電刷的接觸電阻對(duì)電位差計(jì)的影響也不同，一般來(lái)說(shuō)電流疊加式測(cè)量線路比電壓疊加式測(cè)量線路中電刷的接觸電阻影響相對(duì)要小。

2.7檢流計(jì)帶來(lái)的誤差及消除

光電放大式檢流計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微小電勢(shì)檢測(cè)，因此在熱電偶檢定工作中應(yīng)用較為廣泛。在具體應(yīng)用過(guò)程中，主要是依托于光電補(bǔ)償原理來(lái)進(jìn)行測(cè)量。在具體測(cè)量開(kāi)始之前，需要對(duì)零位調(diào)節(jié)旋鈕和次級(jí)檢流計(jì)的零位調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)無(wú)法調(diào)整至零位時(shí)，則要拆下光電池盒，調(diào)換光電池。當(dāng)光束模糊或是顯示不完全時(shí)，則要對(duì)內(nèi)部反射鏡或是表頭的俯仰角度進(jìn)行調(diào)整，定期利用脫指棉球蘸小量無(wú)水酒精擦拭反射鏡或是動(dòng)鏡。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著測(cè)量精度的提高，對(duì)于直流電位差計(jì)的誤差要求也越來(lái)越嚴(yán)格。作為精神測(cè)量?jī)x器，要對(duì)直流電位差計(jì)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析，并積極采取有效的措施加以消除，確保做到直流電位差計(jì)的正確使用和有效測(cè)量，從而獲取到精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊瑛.直流電位差計(jì)精密測(cè)量電阻的探討[J].工業(yè)計(jì)量，2016，07.

[2]慶增宏，陳璟，邵衍昌.直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源檢定直流電位差計(jì)測(cè)量方法及不確定度再分析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2014，05.

[3]莫華榮，黃小雪.直流電位差計(jì)基本誤差合格與否判斷方法的探討[J].中國(guó)計(jì)量，2009，08.