电位差计：原理、应用与维护指南
电位差计：原理、应用与维护指南
电位差计是一种基于补偿原理的高精度电压测量仪器，广泛应用于各种电学量和非电学量的测量。本文将详细介绍电位差计的工作原理、应用领域、选型指南以及使用维护要点，帮助读者全面了解这一重要的测量工具。
电位差计
概述
电位差计具有高的测量准确度，是用补偿原理构造的仪器。补偿方法的特点是不从测量对象中支取电流，因而不干扰被测量的数值，测量结果准确可靠。电位差计用途很广，配以标准电池、标准电阻等器具，不仅能在对准确度要求很高的场合测量电动势、电势差（电压）、电流、电阻等电学量，而且配合以各种换能器，还可用于温度、位移等非电量的测量和控制。
当没有电流流过时，电池的正负极间的电势差等于电池的电动势。如有电流流过，因在电池内阻上有一定电压降（用电压表测量电池两极间的电压，就是这种情形），这时测得的不再是电池电动势，而只能称作端电压。若能在无电流流过时进行测量，就可直接测量电动势了。补偿法就是这样一种方法。
工作原理
电位差计是根据补偿法（或称对消法）测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器。其基本工作原理如图所示。En为标准电池，它的电动势准确测定。Ex是被测电池的电动势。G为灵敏检流计，用来做示零仪表。Rn为标准电池的补偿电阻，其电阻值大小是根据工作电流来选择的。R是被测电池的补偿电阻，它由以知电阻值的各进位盘组成，通过它可以调节不同的电阻值使其电位降与Ex相对消。R是调节工作电流的变阻器，E为工作电源，K为换向开关。
测量时先将开关K合在1的位置上，然后调节R，使G的指示为零点，这时有以下关系：
En = IRn
式中En为标准电池的电动势，I为流过Ran和R的电流，称为电位差计的工作电流，即
工作电流调节好后，将K合至2的位置上，同时旋转各进位盘的触头C，再次使G指示零位。设C处的电阻值为RC
由此可知，用补偿法测量电池电动势的特点是：在完全补偿（G在零位）时，工作回路与被测回路之间并无电流通过，不需要测出工作回路中的电流I的数值，只要测得RC与Rn的比值即可，而这两个补偿电阻的制造精度很高，且En也经过用标准方法精确测定，所以只要用高灵敏度检流计示零，就能准确测出被测电池的电动势。
应用
电位差计又叫电位计，它有多种类型，其中十一线电位差计是一种教学仪器，它结构简单、直观性强，便于学习和掌握；而箱式电位差计是测量电位差的专用仪器，它使用方便、测量准确、稳定性好，在科学实验和工业生产中经常用到。它用途很广泛，不但可以用来精确测量电动势、电压，与标准电阻配合还可以精确测量电流、电阻和功率等，还可以用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表，有些电器仪表厂则用它采确定产品的准确度和定标，而且在非电参量（如温度、压力、位移和速度等）的电测法中也占有极其重要的地位。因此在工业测量自动控制系统的电路中得到普遍的应用。
分类
传统电位差计
电位差计分直流电位差计和交流电位差计。直流电位差计用于测量直流电压，使用时调节标准电压的大小，以达到两个电压的补偿。交流电位差计用于测量工频到声频的正弦交流电压。两同频率正弦交流电压相等时，要求其幅值和相位均相等，因此交流电位差计的线路要复杂一些，并且至少有两个可调量。交流电位差计在市场上只有用于工频的产品，其他频率的交流电位差计均需自行设计制作。
随着直流电流比较仪的理论和技术不断发展和完善，出现了准确度很高的直流电流比较仪式电位差计，其测量误差约为百万分之一数量级。
在用电位差计校准电流表时，是通过用电位差计测量标准电阻上的电压来转化成标准电流，进而对电流表各点进行校正。估算电表校验装置的误差，并判断它是否小于电表基本误差限的1/3，进而得出校验装置是否合理的结论。估算时只要求考虑电位差计的基本误差限及标准电阻的误差。
显然，电表校验装置的误差还应包括标准电动势欠准、工作电流波动、线间绝缘不良等其它因素的影响，但考虑这些因素对教学实验就过于复杂了。式中电位差计测电压的不确定度用上面（5.8.1）式式来估算；级的标准电阻（本实验）的不确定度可用下式简化估算
数字电位差计
数字电位差计/电子电位差计
选型指南
选择电位差计时，主要考虑三个方面：
阻值高低
如果被测电势的内阻比较低，如内阻较小的电动系电压表、热电偶电势、100Ω以下电阻上的压降等，宜采用低阻电位差什.
如果被测电势的内阻较高，如内阻较大的磁电系电压表、标准电池、高电阻上的压降等，宜采用高阻电位差计.
电势高低
根据被测电势的大小选用电位差计，选用的原则是能用上第一测量盘，被测电势的大小，最好接近电位差计的上量限.
准确度高低
如果被测量要求测量准确度比较高.则要根据其所要，R的误井极限来确定所选用的电位差计。例如:某被测电势要求测准的极限小于0.02%，则应选用0.01级电位差计，而且要用上第一测量盘.若用0.02级电位差计也可以，但必须引用更正值修正测量结果.
在日常测量工作中，对于选用高电势电位差计还是选用低电势电位差计这一点往往不太重视.一般总认为用高准确度的电位差计大测被侧量，一定会比用低准确度的电位派计去测量准确度成。其实并非如此，有时电位差计准确度很高，但测量准确度反而下降了，这是什么原因呢?原因是由于电位差计的准确度等级是用相对误差表示的。
维护保养
在使用和维护直流电位差计时，除了要注意合理选择电位差计和与其配套使用检流计之外，尚须注意以下几点.
(1)电位差计的电源应根据其工作电流的大小进行选择.工作电流小于10mA时，一般可用干电池供电，大于10 mA时应当用蓄电池供电。目前许多晶体管稳压电源性能很好，YJ56型双路直流稳压电源以及WYZ-8型直流稳压电源，可作为电位差计的电源.WYZ-8 型直流稳压电源是由可控硅直流调压装置和晶体管稳压电路组成的，适用于各种测量仪器或设备.
(2)测量时要注意标准电池、辅助电源、被测电势的极性，以及被测量大略数值，因而不接错极性，并选择恰当的量程。
(3)操作时，首先校准工作电流:用手轻轻按下串有大电阻的粗调按钮，若发现差的很多，即校准检流计时，其指针偏转角很大，应当设法判断需增大还是减小工作电流调节电阻.若需要变动较大阻值时，则要断开按钮进行，否则将有持续给标准电池充电或放电的可能，导致标准电池的逐渐损坏。
(4)用于连接蓄电池的导线须专线专用，不得将曾接过蓄电池的一端接到电位差计的任何一个端钮上，以防产生腐蚀作用.如果在未知端钮间含有酸性，就相当于构成了一个小小的化学电池，它所产生的寄生电势往往会引起测最结果的失真，特别是在测量小电势时，会产生不可忽略的影响.
(5)对于便携式检流计都是内附检流计，即内附电池，所以在携带时要注意尽量减少振动。对于辅助电源用的千电池也要注意不用时将其取出，以防电池内化学溶液流出损害电位差计.
(6)日常保养应注意仪器的清洁，特别是各端钮的清洁与防腐蚀.
注意事项
直流电位差计注意事项：
1、按被测电动势大小和测量精度要求，选择所需M和相应准确度的电位差计，
2、选择足够容量的稳走电源供电，以保证工作电流恒走，应满足电源总容量超过1000倍放龟电流值的条件。当工 作电流大于lOmAHt,应选用蓄电池供电e
3、连接线路时必须使标准电池、工作电源和被测电动势(或电压)65极性符合要求，切不可错接，否则在测量时不汉 无法调到平衡，还会引起过载，
4、为防止标准电池短路，应先连接电位差计的"标准电池〃端钮，再将导线按极性接于标准电池上#在测量过程中 若需要变动较大阻值，要断开按钮进行，否则标准电池可能会充电或放电，容易导致损坏#
5、用于连接蓄电池的导线必须专线专用是防止腐蚀，二是避兔引起测量误差s
6、当被测电压大于电位差计上限电压时，可用标准电压箱来扩大
7、测量完毕，应将倍率开关置"断〃位M ,防止电池放电.
故障排除
初步判断故障出在放大器与可逆电机部分时，可对可逆电机进行检查。在可逆电机控制绕组上加6.3V的交流电压，可逆电机正常则能使其转动；把两根导线对调，则可逆电机向相反方向旋转。加入可逆电机控制绕组的交流电压也可从放大器双孔插头A3、B4两脚方便地引出（6.9V）。
在现场，常直接调换放大器加以测试。如调换放大器后，仪表仍无反应，则说明问题在可逆电机部分，应对可逆电机进行检查；若仪表能正常工作，则说明原放大器有问题，应取回作下一步检查。
掌握以上几点，我们就能判断出电子电位差计常见故障所在的部位。
为此，可用万用表电阻"×10"或"×100"挡测连接单元板上的A1、B1（相当于加直流电压），如指针能迅速移动，对调一下表笔位置，指针能反向移动，则说明放大器和可逆电机基本上都是正常的。此时故障出在测量单元、滤波单元、定电压单元、滑线电阻等。
针动作，应检查滤波单元板有无短路现象。若还是不能发现问题，应检查连接单元板上的A1、B1与矩形插座A1、B1之间是否断线，如无断线应检查可逆电机和放大器。
区分故障是在可逆电机还是在放大器部分。