定義
伏安法(又稱伏特測量法、安培測量法)是一種較為普遍的測量電阻的方法,通過利用:R=U/I來測出電阻值。因為是用電壓除以電流,所以叫伏安法。
實驗原理
歐姆定律或由I=U/R,得R=U/I;電阻=電壓除以電流。
R為導體的電阻(單位歐姆Ω),U為導體兩端的電壓(單位伏特V),I為通過導體的電流(單位安培A)。
套用
用電壓表並聯來測量電阻兩端的電壓,用電流表串聯來測量電阻通過的電流強度。但由於電錶的內阻往往對測量結果有影響,所以這種方法常帶來明顯的系統誤差。
有兩種接法:外接法和內接法。所謂外接內接,即為電流表接在電壓表的外面或裡面。
接在外面,測得的是電壓表和電阻並聯的電流,而電壓值是準確的,根據歐姆定律並聯時的電流分配與電阻成反比,這種接法適合於測量阻值較小的電阻;接在裡面,電流表準確,但電壓表測量得到的是電流表和電阻共同的電壓,根據歐姆定律,串聯時的電壓分配與電阻成正比,這種接法適合於測量阻值較大的電阻。
另外,人們為了消除電壓表、電流表的影響,還有各種伏安法測電阻的補償電路,但都需要用到電流計,且電路十分繁瑣。
伏安法測電阻雖然精度不很高,但所用的測量儀器比較簡單,而且使用也方便。是最基本的測電阻的方法,測電阻的方法還有替代法、惠斯通電橋法等多種。
滑動變阻器的作用:
1)保護電路;
2)調節被測電阻兩端的電壓與電路中的電流,從而改變電路電壓,多次實驗使實驗更準確。(但一般忽略燈泡電阻的變化,學習中不要求);
3)改變電路中的總電阻,相當於增加了電路中導線的長度,起到分壓的作用;
4)減小誤差,得到更準確的結果。
伏安法測電阻
基本原理
伏安法測電阻的基本原理是歐姆定律 ,只要測出元件兩端電壓和通過的電流,即可由歐姆定律計算出該元件的阻值。
控制電路的安全及偶然誤差
根據電路中各元件的安全要求及電壓調節的範圍不同,滑動變阻器有限流接法與分壓接法兩種選擇。
選用分壓式或限流式的一般原則:
通常情況下(滿足安全條件),由於限流電路能耗少,且結構簡單,所以一般優先考慮限流式接法。
以下三種情況,必須選擇分壓接法。
(1)要使某部分電壓或電流從0開始連續調節。
(2)若實驗提供的電壓(流)表的量程,或電阻元件允許的最大電流(壓)較小,採用限流接法時,無論怎樣調節,電路中的實際電流(壓)都會超過允許的最大值,為保證電路安全,必須保證分壓式接法。
(3)在伏安法測電阻實驗中,若所用變阻器的阻值,小於待測電阻的阻值,採用限流接法時,待測電阻上電流(壓)變化很小,不利於多次測量取平均值,為了在變阻器阻值小於待測電阻的阻值,能大範圍的調節待測電阻上的電流(壓)。應選用分壓式接法。
伏安法測電阻基本情景變式
1. 無電流表。根據伏安法測電阻的基本原理可知,無電流表時只要找到能夠等效替代電流表的其他器材即可,比如:
(1)已知電阻與理想電錶並聯替代電流表;
(2)用已知內阻的電壓表替代電流表;
(3)無電錶時的替代法;
(4)無電流表時的半偏法(測量電壓表內阻)。
2. 無電壓表。根據伏安法測電阻的基本原理可知,無電壓表時只要找到能夠等效替代電壓表的其他器材即可,比如:
(1)已知電阻與理想電流表串聯替代電壓表;
(2)無電壓表時的等效替代法;
(3)無電壓表時的半偏法(測表頭內阻)。
3、器材選擇
選擇原則:
滑動變阻器採用阻值變化範圍較小,而額定電流較大,電壓表的選擇,滿足量程要求的前提下,採用內阻較大的電流表的選擇應根據電源電動勢和選用的滑動變阻器來確定。
由歐姆定律所推公式
串聯電路
I總=I1=I2(串聯電路中,各處電流相等)
U總=U1+U2(串聯電路中,總電壓等於各處電壓的總和)
R總=R1+R2+......+Rn
U1:U2=R1:R2
並聯電路
I總=I1+I2(並聯電路中,幹路電流等於各支路電流的和)
U總=U1=U2 (並聯電路中,各處電壓相等)
1/R總=1/R1+1/R2
I1:I2=R2:R1
R總=R1·R2\(R1+R2)
R總=R1·R2·R3:R1·R2+R2·R3+R1·R3
即1/R總=1/R1+1/R2+……+1/Rn
I=Q/T 電流=電荷量/時間 (單位均為國際單位制)
也就是說:電流=電壓/ 電阻
或者 電壓=電阻×電流(只能用於計算電壓、電阻,並不代表電阻和電壓或電流有變化關係)
歐姆定律通常只適用於線性電阻,如金屬、電解液(酸、鹼、鹽的水溶液)。
伏安法測定汽輪機油抗氧劑含量
汽輪機油主要具有為汽輪機提供潤滑、冷卻和調速等作用,是一種長周期運行的潤滑油,可以分為蒸汽輪機油、燃氣輪機油,燃氣/蒸汽聯合循環汽輪機油等品種。隨著汽輪機向大功率、高蒸汽參數方向發展,汽輪機的軸承溫度越來越高,而汽輪機的輸出功率/油箱體積卻不斷增加,即汽輪機油的循環係數不斷提高,這些都要求汽輪機油具有更好的氧化安定性,這也成為近年來汽輪機油的發展趨勢。
為了提高汽輪機油的氧化安定性,市售汽輪機油越來越多的採用加氫基礎油生產,加氫基礎油飽和烴含量高(>90%),芳胺型抗氧劑在其中的感受性非常好。油品中添加的抗氧劑不僅限於受阻酚型抗氧劑,如BHT(2,6-二叔丁基對甲酚),芳胺型和受阻酚型抗氧劑的復配套用逐漸成為主流。因此,檢測芳胺型和受阻酚型抗氧劑含量對研究汽輪機油抗氧劑的含量變化,監測在用油剩餘氧化壽命,評估在用油換油時機都具有十分重要的意義。
目前,伏安分析法是測量抗氧劑含量的有效手段之一,通過在電解池中待測物質溶液通過測定電解過程中電壓-電流參數的變化來進行定量、定性分析。當給電極施加一個足夠大的電壓時,抗氧劑和其他電化學活性物質在惰性的玻璃碳電極上發生電化學氧化-還原反應。受阻酚型和芳胺型抗氧劑在電極上發生氧化反應,向電極釋放電子從而得到電壓-電流曲線,不同類型抗氧劑的氧化電位值可相互區別,電流強度和溶液中的抗氧劑濃度成線性關係。
隨著電化學方法研究的深入,許多人在套用電化學方法檢測潤滑油中抗氧劑含量方面也做了許多相關工作。王德岩等採用伏安法測定潤滑油中抗氧劑含量,測定胺型抗氧劑時,一般用丙酮作溶劑,電解質用高氯酸鋰;酚型抗氧劑的測定,溶劑用水/乙醇體系,電解質用氫氧化鋰,用伏安法測定新油和舊油抗氧劑氧化特徵伏安峰的峰高測定潤滑油中殘留的抗氧劑含量;採用0.1mol/L高氯酸鋰的水/乙醇1:1的混合液作為電解液,用伏安法測定潤滑油中ZDDP的含量。熊英等採用差分脈衝伏安法在0.1mol/L的氫氧化鉀乙醇溶液為電解液,測定變壓器油中的抗氧劑含量。史永剛等採用0.1~0.5mol/L高氯酸鋰的水/乙醇1:1的混合液作為電解液,用循環伏安法分析抗氧劑氧化特徵伏安峰的峰高測定潤滑油中受阻酚型抗氧劑的含量。