常用的电学量具

1．4．3　常用的电学量具

1）标准电池

标准电池是一种可逆性化学原电池，正极是汞，负极是硫酸镉饱和溶液。标准电池的电动势一般为1．018 5～1．019 5V。在25℃时，两个极的标准电位是1．018 4V。按硫酸镉溶液的浓度划分为饱和式和不饱和式标准电池。饱和式标准电池的优点是电动势稳定性好，缺点是内阻大、温度系数大，需要在恒温状态下使用。饱和式标准电池可以做成准确度等级较高的标准电池。不饱和式的优点是内阻小、温度系数小，使用时一般不需要进行随温校正；缺点是电动势稳定性差。不饱和式标准电池只能做成准确度等级较低的标准电池。标准电池的等级是按年电动势变化率划分为若干等级。饱和型分为0．000 2，0．000 5，0．001，0．002，0．005，0．01级。不饱和型分为0．002，0．005，0．01级。

一等标准电池常用于省级计量机构作为传递标准，二等标准电池常用于地市级计量部门和大型科研生产单位作为传递标准，0．001级以下标准电池属于工作量等级，主要用于一般生产、科研的现场测量。

标准电池使用时应注意：

（1）根据标准电池的级别，使用、存放的温度和湿度应符合有关要求，避开光源、热源、冷源的直接作用。

（2）通入或流出的电流不得大于各级标准电池规定的数值。标准电池在1min内允许通过的电流很小，一般不超过10μA。不能让人体同时接触标准电池的正极和负极。

（3）极性不能接反。

（4）标准电池不能过载，严禁用普通的电压表或万用表测量标准电池的电动势。

（5）标准电池禁止摇晃和振动，严禁倒置，经运输后要放置足够时间后再使用。

（6）检定证书和历年的检定数据是衡量一只标准电池好坏的依据，应注意保存。

2）标准电阻器

制作标准电阻器的最佳材料是锰铜电阻丝，它是一种铜、锰、镍的合金材料。由于锰铜丝电阻系数高，电阻温度系数小，又采用了适当工艺处理和绕制方法，所示标准电阻器的电阻值稳定，结构简单，热电效应、残余电感、寄生电容小，能够准确地复现欧姆量值。

为了消除接触电阻和引线电阻的影响，电阻值低于10Ω的电阻器通常是四端钮结构，即分别有电流端钮和电位端钮，如图1．2所示。图中：C、C′是电流端钮，位于外侧，供接入电路构成电流通路；P、P′是电位端钮，位于内侧，仅供测量电阻器两端电压用。测量时必须保证电流端钮和电压端钮正确接入电路，否则，不能消除接触电阻和引线电阻的影响。

图1．2　四端标准电阻

按上述结构，四端电阻器的电阻值R的定义为：P、P′的开路电压U与C、C′流过的电流I之比，即

也就是说，电阻R是A、B两点之间的电阻。电阻器上的电流不流过电位端钮，减小了端钮接触电阻对标准电阻器电阻值的影响。

任何不符合上述规定的测量都会带来误差，这里所讲的误差主要是指接触电阻和引线电阻所引起的误差。电阻的四端接法在工程上也有广泛应用，如测量大电流时用的采样电阻器，就是四端电阻，标准电阻器分为直流标准电阻器和交流标准电阻器，前者可用于直流测量电路中，后者用于交流测量电路中。

保存和使用标准电阻器应注意以下几个问题：

（1）不允许超过规定的额定功率。

（2）标准电阻器应在规定的技术条件（如温度、湿度等）下使用，否则会导致电阻器变形，引起电阻值的变化。

（3）在一定频率下使用。

标准电阻器除上述四端固定式以外，还有可变标准电阻器，即标准电阻箱。标准电阻箱是由多个固定标准电阻器按一定结构组合而成，由活动触头改变其电阻值。标准电阻箱分为直流电阻箱和交流电阻箱。交流电阻箱为防止电磁干扰，装有屏蔽层，故在交流电阻箱上有三个端钮，其中一个是屏蔽端。可变标准电阻器由于其结构特点，使得准确度、稳定度较固定标准电阻器要低。

3）标准电感器

标准电感器是保存和传递电感单位“亨利”的标准量具。对标准电感器的要求是准确度高、稳定性好、线性度好、品质因数高。标准电感器通常是由绝缘铜导线在大理石或陶瓷框架上绕制而成。在制作标准电感器时，除要求等值电阻小以外，还要求骨架材料绝缘性能好、膨胀系数小。在电磁测量中，作为电感的标准量具，也常在材料磁特性测量中作为磁通的标准量具。

标准电感器使用时应注意：

（1）不能超过标准电感器的额定电流。

（2）在规定的频率范围内使用。

（3）标准电感器附近不能有铁磁物质和干扰磁场。

（4）标准电感器应在规定的技术条件（如温度、湿度等）下使用。

4）标准电容器

标准电容器是保存电容单位“法拉”的。对标准电容器的要求是准确度高、稳定性好、线性度好、损耗因数小。它是由两组铝或铜的薄片作为电极，电极间以空气或云母相隔而制成。

由于电容器两个极板对地存在杂散电容，而且杂散电容的大小受周围物体、环境温度、湿度等因素的影响，导致标准电容器的准确度降低。因此，标准电容器通常做成三端形式，给两端电容器加一个金属屏蔽罩，从屏蔽罩引出第三端即屏蔽端。使用时通常使屏蔽端的电位为0或固定某一数值上，可以消除杂散电容的影响。

保存和使用标准电容器应注意以下几个问题：

（1）应在规定的技术条件（如温度、湿度等）下使用。

（2）正确赋以屏蔽端电位。

（3）不得超过额定电压。

（4）注意引线电容带来的误差。