專利名稱：有五個測量盤采用換位支路的三量程直流電位差計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量直流電壓的儀器。
背景技術：
當前生產的電位差計，當測量盤有三個以上時，兩個測量端鈕間存在開關接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開關的電刷及觸點不僅采用銀銅復合材料，接觸面積也做得挺大，來減小測量開關步進切換時變差帶來影響，這就使儀器體積變大，即便如此，也不能使電位差計分辨率小到0.1μv，另外還存在開關的熱電勢與接觸可變熱電勢影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是，當電位差計內用于測量部分的步進開關有五個時，測量開關步進切換的接觸電阻及變差，開關熱電勢不影響測量結果，使儀器分辨率達0.1μv。在量程轉換時，量程轉換用電阻是一位數(shù)或二位數(shù)乘10的整數(shù)次冪的阻值。
本發(fā)明的技術方案是這樣的工作電流調節(jié)電阻RP1、RP2、RP3及用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標準時取樣用調定電阻和溫度補償盤RP4以及五個測量步進開關上的電阻網絡串聯(lián)在電位差計工作回路中，工作電流在標準化時為0.55mA；其特征在于第一步盤由第I測量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×200Ω，第二步進盤由“0”、“1”兩觸點間無電阻，1～10觸點有9×44Ω電阻的第II測量盤，10×44Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點獨立，其余觸點相連的第II”輔助盤組成，第三步進盤由“9”、“10”兩觸點間無電阻，0～9觸點間是9×44Ω電阻的第III測量盤，10×44Ω的第III’代換盤及第10點獨立其余各點連接的第III”輔助盤組成，第四步進盤由都是10×0.44Ω電阻的第IV測量盤與第IV’代換盤及阻值是10×0.22Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進盤由阻值是10×0.44Ω的第V測量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.22Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進盤外，其余四個步進盤的代換盤與測量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測量電路正極，第I’代換盤第20點連接855.58Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點，第IV”輔助盤0點連接第II”輔助盤0點；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點外的觸點，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經過435.6Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點連接，另一路連接第II’代換盤第10點，第II測量盤第1點經過39.6Ω電阻R3后第IV測量盤第10點連接，第II測量盤0點和第IV測量盤0點都與422.22Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測量盤0點連接；第I’代換盤0點連接50777.8Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點連接，第V”輔助盤第10點連接第III”輔助盤第10點，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點外其余各觸點，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經過435.6Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點，另一路連接第III’代換盤0點，第III測量盤第9點連接39.6Ω電阻R7后與第V測量盤0點連接，第III測量盤第10點與第V盤測量第10點均與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與500Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部分正極，電阻r1，按順序串聯(lián)4500Ω電阻r245000Ω電阻r3，電阻r1與電阻r2的連接處，焊接4050Ω電阻r4與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，電阻r2與電阻r3的連接點與×1量程觸點連接，電阻r3與第1測量盤電刷與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的常閉觸點連接在電位差計測量部份負極；測量盤兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負極通過檢流計切換開關K2與第III測量盤0點連接；通過以上技術方案，五個步進盤用于測量部分的測量盤是用導線連接的，接觸電阻及變差，不在測量回路內，影響的只是電位差計工作回路總阻，由于總阻阻值很大，所以變差可以忽略，幾個μV的熱電勢影響的是電源電壓，電源電壓是伏，熱電勢是多少μV，兩者相差10的6次方數(shù)量級，因此影響可以忽略，退一步講，即使接觸電阻變差及熱電勢大到不可忽略程度，可通過對標準來調整RP2的阻值得到修正，零電勢可增大第V測量盤與第I測量盤之間引線電阻來修正，正因為如此，降低了對開關的要求，采用小型測量步進開關后，整臺儀器外型尺寸減小許多，并且本儀器分辨率為0.1μV時，能得到很好的重復性。由于量程轉換用電阻是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，可用過渡標準電阻對量程轉換用電阻阻值進行修正，提高了電位差計量程比的準確度。


附圖是本發(fā)明原理電路。
具體實施例方式
在圖中，由“Ux”正極經過各個測量盤，再經過切換開關K2到“Ux”負極是測量回路，由電源正極經過測量步進開關到調定電阻RN及溫度補償盤RP4，然后到電阻R0，可調電阻RP3、RP2及RP1后，回到電源負極是工作回路，從標準電池EN正極經過切換開關K2，到調定電阻RN及溫度補償盤RP4，再到標準電池負極是標準回路。當五只盤都擲“0”時，第一步進盤兩把電刷間左邊電阻等于5500Ω，右邊電阻等于55000Ω，第一步進盤兩把電刷間總阻為5000Ω，因此第一盤兩把電刷間總電流的10/11在左邊流動，1/11在右邊流動。當?shù)诙P擲0點時，第二盤與第四盤并聯(lián)部份電阻相等，當?shù)谒谋P擲不同示值時，電路阻值不變。當?shù)诙P不擲在0時，第四盤擲不同示值，電路阻值在沒有第IV”輔助盤時阻值是變化的，第四盤每增加一個步進，電路阻值會增大每個步進電阻一半的阻值，為了保持電路總阻不變，在第IV”輔助盤中每個步進減小同樣阻值，當?shù)诙竭M盤擲0時，阻值最小，這時讓第IV”輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變，同理，右邊電路設置第III”輔助盤及第V”輔助盤是為了第三步進盤及第五步進盤開關切換到任何示值保持電路總阻不變，由于第一盤由阻值相同的測量盤及代換盤組成，所以五個盤無論擲何示值，電路總阻不變；在×10量程，第一步進盤兩把電刷間電阻被10倍于自身阻值的電阻r1、電阻r2、電阻r3串聯(lián)后并聯(lián)，因此流過第一步進盤兩把電刷間總電流為電位差計電流的10/11，流過電阻r1、r2、r3的電流為電位差計工作電流的1/11；在×1量程時，第一步進盤兩把電刷間的電阻串聯(lián)電阻r3后10倍于互相串聯(lián)的電阻r1和電阻r2相并聯(lián)，使流過測量盤電流減小到×10量程的1/10；在×0.1量程時，第一步進盤兩把電刷間總阻串聯(lián)了電阻r2與r3后與電阻r1并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻是r1的109倍，因此流過第一步進盤兩把電刷間總電流是電位差計工作電流的1/110，該電流是×10量程時的電流的1/100。
電位差計工作電流為0.55mA，第一步進盤兩把電刷間左邊電流5/11mA，右邊電流為0.5/11mA，左邊電流流過第II″輔助盤電刷后分成相等的兩個支路，當?shù)诙P擲0點時，流過第II測量盤及第IV測量盤的兩個支路是分開的，當?shù)贗I測量盤不擲0時，流過第II測量盤支路電流全部流過第IV測量盤電阻，第IV測量盤10只電阻加上電阻R3起到第II測量盤第1只電阻的作用，當?shù)贗V測量盤擲n4時，n4～0電阻上的電流雖然就是左邊電流，但可以看成是兩個支路電流疊加而成，因此計算時可以以分開計算；同理，第一步進盤兩把電刷間右邊電流在第五盤擲n5時，10～n5的電流看成二個支路電流疊加，計算時采取分開計算。取樣用調定電阻RN阻值是2036Ω，在工作電流標準化時，調定電阻上的壓降是1.018V，電位差計檢定在恒溫室中進行，在20℃時標準電池電動勢是1.0186V，溫度偏離20℃時，每度可按-40μV進行補償，溫度補償盤RP4為20×0.1Ω，滿足0.02級電位差計每個步值補償50μV的國家標準。
在調定電阻RN串聯(lián)溫度補償盤后的兩端并聯(lián)了10倍阻值20380Ω電阻R，是為了分流掉總工作電流的1/11的電流，可避免溫度補償盤每個步進電阻值為無限循環(huán)小數(shù)，這對電阻值測量帶來方便。
標準電池EN上的溫度計最小分度是0.1℃，根據(jù)溫度值對溫度補償盤進行調節(jié)后，開關K2指向右邊，調節(jié)可調電阻RP1、RP2及PR3后，使檢流計G指零，這時電位差計工作電流已標準化，這時，第I測量盤擲n1，第I測量盤擲n1，第II測量盤擲n2，第III測量盤擲n3第IV測量盤擲n4、第V測量盤擲n5。
Ux＝5/22×44n2+5/22×0.44n4+5/11×(400+22+0.22)+5/11×200n1-0.5/11×(20-n1)×200-(0.5/22)×(10-n5)×0.44-0.5/22×(10-n3)×44(mv)＝10n2+0.4n4+2000/11+10+0.1+1000n1/11-2000/11+100n1/11-0.1+0.01n5-10+1n3(mv)＝100n1+10n2+1n3+0.1n4+0.01n5(mv)以上是×10量程五個測量盤示值，在×0.1量程時，五個測量盤示值表達為n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4+0.0001n5(mv)。
電位差計工作電壓為4.5V，由于干電池每節(jié)穩(wěn)定電動勢在1.4V～1.65V之間，為實現(xiàn)電源電壓在4.2V～4.95V均能把電位差計工作電流調整到標準狀態(tài)，取固定電阻R0＝1238Ω，可調電阻RP1＝20×68Ω，RP2為20×3.5Ω，RP3為20×0.2Ω。
雙刀雙擲開關K1-2對×10、×1量程進行輸入信號的衰減，在×0.1量程全部信號進入放大器，在×1量程輸入信號為全部信號的(R10+R9)/(R8+R9+R10)，在×10量程時，輸入信號為全部信號的R10/(R8+R9+R10)放大器輸入端正反連接的二極管D1和D2用于輸入保護，兩塊集成放大器OPA128進行差動輸入差動輸出，反饋電阻R11與R12要相等，這里取1MΩ，電阻R13取200Ω，放大后信號用電流表G顯示。
權利要求
1.一種有五個測量盤采用換位支路的三量程直流電位差計，它有工作電流調節(jié)電阻RP1、RP2、RP3及用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標準時取樣用調定電阻和溫度補償盤RP4以及五個測量步進開關上的電阻網絡串聯(lián)在電位差計工作回路中，工作電流在標準化時為0.55mA；其特征在于第一步盤由第I測量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×200Ω，第二步進盤由“0”、“1”兩觸點間無電阻，1～10觸點有9×44Ω電阻的第II測量盤，10×44Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點獨立，其余觸點相連的第II”輔助盤組成，第三步進盤由“9”、“10”兩觸點間無電阻，0～9觸點間是9×44Ω電阻的第III測量盤，10×44Ω的第III’代換盤及第10點獨立其余各點連接的第III”輔助盤組成，第四步進盤由都是10×0.44Ω電阻的第IV測量盤與第IV’代換盤及阻值是10×0.22Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進盤由阻值是10×0.44Ω的第V測量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.22Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進盤外，其余四個步進盤的代換盤與測量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測量電路正極，第I’代換盤第20點連接855.58Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點，第IV”輔助盤0點連接第II”輔助盤0點；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點外的觸點，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經過435.6Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點連接，另一路連接第II’代換盤第10點，第II測量盤第1點經過39.6Ω電阻R3后第工V測量盤第10點連接，第II測量盤0點和第IV測量盤0點都與422.22Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測量盤0點連接；第I’代換盤0點連接50777.8Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點連接，第V”輔助盤第10點連接第III”輔助盤第10點，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點外其余各觸點，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經過435.6Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點，另一路連接第III’代換盤0點，第III測量盤第9點連接39.6Ω電阻R7后與第V測量盤0點連接，第III測量盤第10點與第V盤測量第10點均與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與500Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部分正極，電阻r1，按順序串聯(lián)4500Ω電阻r2、45000Ω電阻r3，電阻r1與電阻r2的連接處，焊接4050Ω電阻r4與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，電阻r2與電阻r3的連接點與×1量程觸點連接，電阻r3與第1測量盤電刷與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的常閉觸點連接在電位差計測量部份負極；測量盤兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負極通過檢流計切換開關K2與第III測量盤0點連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種有五個測量盤采用換位支路的三量程直流電位差計其特征在于2036Ω調定電阻RN串聯(lián)了20×0.1Ω溫度補償盤后的兩端，并聯(lián)其10倍阻值20380Ω附加電阻R進行分流，避免了0.02級電位差計溫度補償最小步值50μV的步進電阻的阻值為無限循環(huán)小數(shù)。
全文摘要
一種用于直流電壓的有五個測量盤采用換位支路的三量程直流電位差計，它用20×200Ω作第I測量盤，用9×44Ω作第II、第III測量盤，用10×0.44Ω作第IV、第V測量盤，兩個測量端鈕間所有測量盤上的電阻是用導線連接的，排除了測量開關在步進切換時的接觸電阻變差、熱電勢對測量結果的影響，在分辨率為0.1μV時，也有很好的重復性，量程轉換用電阻采用的阻值是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，以利于電位差計量程比的準確性。
文檔編號G01R17/00GK1811466SQ20051006223
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2005年12月27日
發(fā)明者駱乃光 申請人:駱乃光