[科普中国]-伏安法

伏安法是一种电化学式分析方法，根据指示电极电位与通过电解池的电流之间的关系，而获得分析结果。是一种较为普遍的测量电阻的方法。因为是用电压除以电流，所以叫伏安法。

定义伏安法（又称伏特测量法、安培测量法）是一种较为普遍的测量电阻的方法，通过利用：R=U/I来测出电阻值。因为是用电压除以电流，所以叫伏安法。1

实验原理欧姆定律或由I=U/R，得R=U/I；电阻=电压除以电流。

R为导体的电阻（单位欧姆Ω），U为导体两端的电压（单位伏特V），I为通过导体的电流（单位安培A）。1

应用用电压表并联来测量电阻两端的电压，用电流表串联来测量电阻通过的电流强度。但由于电表的内阻往往对测量结果有影响，所以这种方法常带来明显的系统误差。

有两种接法：外接法和内接法。所谓外接内接，即为电流表接在电压表的外面或里面。

接在外面，测得的是电压表和电阻并联的电流，而电压值是准确的，根据欧姆定律并联时的电流分配与电阻成反比，这种接法适合于测量阻值较小的电阻；接在里面，电流表准确，但电压表测量得到的是电流表和电阻共同的电压，根据欧姆定律，串联时的电压分配与电阻成正比，这种接法适合于测量阻值较大的电阻。

另外，人们为了消除电压表、电流表的影响，还有各种伏安法测电阻的补偿电路，但都需要用到电流计，且电路十分繁琐。

伏安法测电阻虽然精度不很高，但所用的测量仪器比较简单，而且使用也方便。是最基本的测电阻的方法，测电阻的方法还有替代法、惠斯通电桥法等多种。

滑动变阻器的作用：

1）保护电路；

2）调节被测电阻两端的电压与电路中的电流，从而改变电路电压，多次实验使实验更准确。（但一般忽略灯泡电阻的变化，学习中不要求）；

3）改变电路中的总电阻，相当于增加了电路中导线的长度，起到分压的作用；

4）减小误差，得到更准确的结果。1

伏安法测电阻基本原理伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律 ，只要测出元件两端电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。

控制电路的安全及偶然误差根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择。

选用分压式或限流式的一般原则：

通常情况下（满足安全条件），由于限流电路能耗少，且结构简单，所以一般优先考虑限流式接法。

以下三种情况，必须选择分压接法。

（1）要使某部分电压或电流从0开始连续调节。

（2）若实验提供的电压（流）表的量程，或电阻元件允许的最大电流（压）较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中的实际电流（压）都会超过允许的最大值，为保证电路安全，必须保证分压式接法。

（3）在伏安法测电阻实验中，若所用变阻器的阻值，小于待测电阻的阻值，采用限流接法时，待测电阻上电流（压）变化很小，不利于多次测量取平均值，为了在变阻器阻值小于待测电阻的阻值，能大范围的调节待测电阻上的电流（压）。应选用分压式接法。2

伏安法测电阻基本情景变式1. 无电流表。根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电流表时只要找到能够等效替代电流表的其他器材即可，比如：

（1）已知电阻与理想电表并联替代电流表；

（2）用已知内阻的电压表替代电流表；

（3）无电表时的替代法；

（4）无电流表时的半偏法（测量电压表内阻）。

2. 无电压表。根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电压表时只要找到能够等效替代电压表的其他器材即可，比如：

（1）已知电阻与理想电流表串联替代电压表；

（2）无电压表时的等效替代法；

（3）无电压表时的半偏法（测表头内阻）。

3、器材选择

选择原则：

滑动变阻器采用阻值变化范围较小，而额定电流较大，电压表的选择，满足量程要求的前提下，采用内阻较大的电流表的选择应根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定。2

由欧姆定律所推公式串联电路I总=I1=I2(串联电路中，各处电流相等)

U总=U1+U2（串联电路中，总电压等于各处电压的总和）

R总=R1+R2+......+Rn

U1：U2=R1：R2

并联电路I总=I1+I2（并联电路中，干路电流等于各支路电流的和）

U总=U1=U2 （并联电路中，各处电压相等）

1/R总=1/R1+1/R2

I1：I2=R2：R1

R总=R1·R2\（R1+R2）

R总=R1·R2·R3：R1·R2+R2·R3+R1·R3

即1/R总=1/R1+1/R2+……+1/Rn

I=Q/T 电流=电荷量/时间 (单位均为国际单位制）

也就是说：电流=电压/ 电阻

或者 电压=电阻×电流（只能用于计算电压、电阻，并不代表电阻和电压或电流有变化关系）

欧姆定律通常只适用于线性电阻，如金属、电解液（酸、碱、盐的水溶液）。1

伏安法测定汽轮机油抗氧剂含量汽轮机油主要具有为汽轮机提供润滑、冷却和调速等作用，是一种长周期运行的润滑油，可以分为蒸汽轮机油、燃气轮机油，燃气/蒸汽联合循环汽轮机油等品种。随着汽轮机向大功率、高蒸汽参数方向发展，汽轮机的轴承温度越来越高，而汽轮机的输出功率/油箱体积却不断增加，即汽轮机油的循环系数不断提高，这些都要求汽轮机油具有更好的氧化安定性，这也成为近年来汽轮机油的发展趋势。

为了提高汽轮机油的氧化安定性，市售汽轮机油越来越多的采用加氢基础油生产，加氢基础油饱和烃含量高（>90%），芳胺型抗氧剂在其中的感受性非常好。油品中添加的抗氧剂不仅限于受阻酚型抗氧剂，如BHT（2，6-二叔丁基对甲酚），芳胺型和受阻酚型抗氧剂的复配应用逐渐成为主流。因此，检测芳胺型和受阻酚型抗氧剂含量对研究汽轮机油抗氧剂的含量变化，监测在用油剩余氧化寿命，评估在用油换油时机都具有十分重要的意义。

目前，伏安分析法是测量抗氧剂含量的有效手段之一，通过在电解池中待测物质溶液通过测定电解过程中电压-电流参数的变化来进行定量、定性分析。当给电极施加一个足够大的电压时，抗氧剂和其他电化学活性物质在惰性的玻璃碳电极上发生电化学氧化-还原反应。受阻酚型和芳胺型抗氧剂在电极上发生氧化反应，向电极释放电子从而得到电压-电流曲线，不同类型抗氧剂的氧化电位值可相互区别，电流强度和溶液中的抗氧剂浓度成线性关系。

随着电化学方法研究的深入，许多人在应用电化学方法检测润滑油中抗氧剂含量方面也做了许多相关工作。王德岩等采用伏安法测定润滑油中抗氧剂含量，测定胺型抗氧剂时，一般用丙酮作溶剂，电解质用高氯酸锂；酚型抗氧剂的测定，溶剂用水/乙醇体系，电解质用氢氧化锂，用伏安法测定新油和旧油抗氧剂氧化特征伏安峰的峰高测定润滑油中残留的抗氧剂含量；采用0.1mol/L高氯酸锂的水/乙醇1:1的混合液作为电解液，用伏安法测定润滑油中ZDDP的含量。熊英等采用差分脉冲伏安法在0.1mol/L的氢氧化钾乙醇溶液为电解液，测定变压器油中的抗氧剂含量。史永刚等采用0.1～0.5mol/L高氯酸锂的水/乙醇1:1的混合液作为电解液，用循环伏安法分析抗氧剂氧化特征伏安峰的峰高测定润滑油中受阻酚型抗氧剂的含量。3

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所