淺析直流電位差計(jì)誤差及消除方法

黃緒光

摘要：直流電位差計(jì)作為一種非常精密的測量儀器，在齡測量過程中不會(huì)消耗被測對象的能量，而且測量具有較高的準(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)用過程中，其對測量具有嚴(yán)格的要求，需要考慮較多的因素，因此在測量過程中也容易導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，因此針對于直流電位差計(jì)的工作原理進(jìn)行分析，并對直流電位差計(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)是測量電位差的精密儀器，其得合同比較測量法來進(jìn)行測量，以被測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、雙刀雙擲開關(guān)、檢流計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)電阻組成。未知回路由待測電源、雙刀雙擲開關(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)使用過程中，當(dāng)其與檢流計(jì)、電池和被測電壓等連接時(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。熱電勢產(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小的金屬來做端鈕，也可以采用換向測量法來消除熱電勢的影響。

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

對于直流電位差計(jì)來講，其測量系統(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，從而導(dǎo)致測量結(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。對于測量回路熱電勢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。在實(shí)際電位差計(jì)測量過程中，當(dāng)測量盤值為0時(shí)，在沒有任何輸入信號的情況下，檢流計(jì)仍發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，則要考慮熱電勢的影響。在對熱電勢消除時(shí)，可以通過經(jīng)常對零電位進(jìn)行校對，或是利用電流換向法，以此來消除熱電勢，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。在齡測量過程中，需要每隔一段時(shí)間表利用標(biāo)準(zhǔn)電池來對工作電流進(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)確與否直接決定測量的準(zhǔn)確性。在實(shí)際測量時(shí)因標(biāo)準(zhǔn)電阻中有電流通過，電阻中勢必產(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，測量結(jié)果就會(huì)更準(zhǔn)確。

2.4轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸電阻帶來的誤差及消除方法

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)，保證測量的準(zhǔn)確性。

2.5標(biāo)準(zhǔn)電池電勢的變化帶來誤差及消除

環(huán)境溫度對電位差計(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用表這類內(nèi)阻小而取用電流大的設(shè)備來測量電池的電動(dòng)勢。

2.6電阻比值K帶來的誤差及消除

由電位差計(jì)原理可知，測量的準(zhǔn)確除受標(biāo)準(zhǔn)電池的影響外，就與調(diào)定電阻與測量電阻的比值K最為密切。由于測量電阻與調(diào)定電阻都是利用轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和測量，因此電刷必須接觸良好，不能懸空，尤其電刷長期不使用就會(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)測量線路的不同，電刷的接觸電阻對電位差計(jì)的影響也不同，一般來說電流疊加式測量線路比電壓疊加式測量線路中電刷的接觸電阻影響相對要小。

2.7檢流計(jì)帶來的誤差及消除

光電放大式檢流計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對微小電勢檢測，因此在熱電偶檢定工作中應(yīng)用較為廣泛。在具體應(yīng)用過程中，主要是依托于光電補(bǔ)償原理來進(jìn)行測量。在具體測量開始之前，需要對零位調(diào)節(jié)旋鈕和次級檢流計(jì)的零位調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)無法調(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水酒精擦拭反射鏡或是動(dòng)鏡。

3結(jié)束語

隨著測量精度的提高，對于直流電位差計(jì)的誤差要求也越來越嚴(yán)格。作為精神測量儀器，要對直流電位差計(jì)測量時(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量，從而獲取到精準(zhǔn)的測量結(jié)果。

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