电势差计:测量电压的便捷工具
电势差计原理
在电路中引入一个电阻为零的电势差计,即可实现对电路中存在的电压进行测量。在电路中,电势差计即被视作一个理想电路中的一个电压源,其电压值Vc即为需测量的电压值,源内阻为零,源外阻为无穷大,设计如下:

在图中,A、B点间引入一个理想电势差计,若电源电动势为E,则A、B点间的电压可表示为U=Vc=E*I/(R+∞),此处I为A、B间的电流强度,R为A、B间外加电阻的电阻值,∞为电势差计的阻值,由于电势差计内部无电阻,故其阻值可视作无限大,将R+∞的结果仍为无穷大,对电路中电流的影响忽略不计,故U=Vc=E,可将电势差计内的电气原理简化为如下图示:

即为一个仅由电动势和电势差计构成的“单电池”电路。当电势差计输入电压V等于电势差计本身输出电压Vc,则此时电路中各分支电路中的电流强度为0,电动势E=Vc+V,此时电路稳定,电势差计输出电压Vc等于待测电压V。)
电势差计的使用实验
在对电路中一些元件或部分元件进行测试调整时,使用电势差计是一种经济方便的方法。在实验过程中,需要注意以下几点:
1. 测量前需要确保电路处于一定量级上的工作状态(如接通电源、较高电压下),可以确保电势差计起到的不是微弱的电压信号。
2. 需要注意待测元件在电路中的方向,以正确注意极性。
3. 测量过程中应确保电路处于稳定状态,以避免在未测量待测元件的情况下调整电势差计输出方向。
电势差计的分析与思考
电势差计除了可用于电压测量外,还可用于电阻测量。当待测元件在电路中较低时,可使用如下图所示的方法对其电阻值进行测量:

即在接入元件的电路环节之外,在电路中添加一个电阻,使用电势差计来测量该电阻上的电压值,功率借鉴欧姆定律简易计算即可得到元件的电阻值。
电势差计测量电压时的精度可简单地分为分辨率精度和绝对精度。分辨率精度取决于电位差计本身的精度,即最小可分辨电压差值的大小;绝对精度取决于电势差计结合待测元件的整合误差。要提高电势差计的精度,常常需要使用内部电阻的电势差计,该电势差计的内部电阻可视作一个可调节的简单电阻,当内部电阻等于待测元件的内部电阻时,此时电势差计输出电压仍为零,故可以通过不断地微调电势差计内部电阻值,使其尽可能地与待测元件的单位值相近,以提高测量精度。
在使用电势差计时,需要注意电路中各元件的导电性及其容易受到时效性、温度以及振动等集成因素的影响,导致测量结果有较大的误差。此时需要对电路进行修整或使用高精度的电势差计来减小误差值。
在多数情况下,电势差计是一种常见的电学测试工具,常用于电路调整、电子设备维修,以及科学研究领域中的一些实验、观测等操作。在使用电势差计时,需要具有一定的电学基础及实验经验,以保证测量结果的准确性和可靠性。