电位计电压表：以最小负载效应实现精确电压测量

零件与材料

电位器阻值可在 1kΩ 至 100kΩ 之间灵活选择。如果您已按本章早期内容制作了精密电位器，它将非常适合本实验。同样，更大的电阻值能提高精度；两个电阻无需完全相同。

若尚未制作高灵敏度电压检测器，建议先完成。自制检测器成本低廉，却能演示如何在无昂贵设备情况下进行精确电压测量。数字万用表的直流毫伏档可作替代，但基于耳机的检测器更利于教学理解。

《电路课程》第一卷，第八章："DC Metering Circuits"（直流测量电路）

电位计电压表：以最小负载效应实现精确电压测量

1. 按原理图左侧搭建双电阻分压电路。

2. 若两高阻电阻阻值相等，6V 电池电压应均分为两个 3V 压降。

3. 用电压表测量电池总电压，再分别测量每个电阻上的压降。

您可能会发现差异：两个分压降之和不等于电池总电压。这并非违反基尔霍夫电压定律，而是典型的电压表负载效应。

类比：胎压计接上时会放出少量气体，导致胎压略微下降。同理，电压表接入电路会提供电流通路，略微改变被测元件两端的电压。

本电路因测试电阻阻值极高，负载效应尤为明显。尝试将电阻更换为 100kΩ、再换为 10kΩ，观察读数变化。降低电阻可减轻负载影响，但会牺牲测量精度。

改用数字电压表测量各电阻。数字表输入阻抗通常 >10MΩ，分流电流极小，读数更接近真实电压。

更精确的方法是采用电位计（零位平衡）法。该技术将待测电压与可调电压源（电位器）平衡，利用高灵敏度零位检测器指示平衡点。平衡时，电位器输出电压（用电压表读取）即等于待测电压，完全消除负载误差。

电位计电压表：以最小负载效应实现精确电压测量

图中标记 "null" 的圆圈代表零位检测器。任何高灵敏度电流表头或电压指示器均可胜任，其唯一作用是指示零电压差。

按图搭建电路，用于测量某高阻电阻上的压降。初学时可用普通万用表作零位检测器；若使用耳机式检测器，短暂接触测试点，聆听特征咔哒声直至平衡时归于寂静。

注意：单圈电位器调节可能过于粗糙，难以精确平衡。建议使用多圈电位器或本章早期介绍的精密电位器电路。

带节点编号的 SPICE 原理图：

电位计电压表：以最小负载效应实现精确电压测量

网表（复制以下内容到名为 potentiometric.cir 的文本文件）：

 Potentiometric voltmeter
v1 1 0 dc 6
v2 3 0
r1 1 2 1meg
r2 2 0 1meg
rnull 2 3 10k
rmeter 3 0 50k
.dc v2 0 6 0.5
.print dc v(2,0) v(2,3) v(3,0)
.end

仿真表明：仅当零位检测器读数为零（即电位器完美平衡）时，测试电压才准确。此时可调电压源读数恰为 3.000V，与测试电阻上的真实压降完全吻合。