專利名稱：有四盤測量盤采用換位支路的四量程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(chǎn)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有四個步進盤時，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及RP2，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RN及測量步進開關上的電阻串聯(lián)在電位差計工作回路中，調定電阻上的電壓降與電位差計內附標準相等時，其工作電流等于5.5mA；其待征在于第一步進盤由各有20×20Ω的第I測量盤與第I′代換盤組成，第二步進盤由各有10×2.2Ω的第II測量盤與第II′代換盤組成，第三步進盤由9點與10點之間無電阻，這二個觸點斷開，其余觸點由電阻連接的9×4.4Ω的第III測量盤，有10×4.4Ω的第III′代換盤及不焊有電阻、10點獨立、其余觸點連接的第III″輔助盤組成，第四步進盤由同為10×0.44Ω電阻組成的第IV測量盤和第IV′代換盤及有10×0.22Ω電阻的第IV″輔助盤組成，除第一步進盤外，其余各盤測量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點通過85.58Ω電阻連接第II′代換盤第10點，第II測量盤0點連接一只42.42Ω電阻后與第I測量盤0點連接；第I′代換盤0點連接一只5075.8Ω電阻后連接第IV″輔助盤0點，第IV″輔助盤第10點與第III″輔助盤第10觸點連接，第IV″輔助盤電刷連接第III″輔助盤除第10觸點以外所有觸點，第III′輔助盤電刷一路連接第III′代換盤0點，另一路連接39.6Ω電阻后與第IV′代換盤0點連接，第III測量盤第10點直接與第I測量盤第20點連接；第III測量盤第9點連接第IV測量盤0點，第IV測量盤第10點與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與5Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部份正極，電阻r1另一端與電阻r3連接在三刀四擲量程轉換開關K1-1的×0.01量程觸點連接，44.55Ω電阻r2連接在三刀四擲開關K1-2的×0.01及×0.1量程觸點，45電阻r3與電阻r5連接在K1-1×0.1量程觸點，405電阻r4連接在K1-2×1量程觸點，該觸點與K1-2×10量程觸點連接在測量電路負極，電阻r4的另一端與電阻r2連接，450Ω電阻r5連接在K1-2×1量程觸點，另一端與電阻r3連接，4500Ω電阻r6與第一測量盤電刷連接在三刀四擲開關K1-1×10量程觸點，電阻r6另一端連接電阻r5，三刀四擲開關K1-1及K1-2的兩個常閉觸點短接，兩個測量端鈕正極與第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，四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，零電勢可以通過增大第IV測量盤與第I測量盤之間引線電阻來修正，因此本儀器分辨率為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
由“Ux”正極經(jīng)過各個測量盤，再經(jīng)過切換開關K2到“Ux”負極是測量回路，由電源正極經(jīng)過測量步進開關到調定電阻RN及RP3，然后到電阻R0，可調電阻RP2及RP1后，回到電源負極是工作回路，從標準電池EN正極經(jīng)過切換開關K2，到調定電阻RN及RP3，再到標準電池負極是標準回路。當四只盤都擲“0”時，第一步進盤兩把電刷間左邊電阻是550Ω，右邊電阻等于5500Ω，第一步進盤兩把電刷間總阻為500Ω，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)谌P擲第10點時，第四盤與第三盤并聯(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)谌P不擲在第10點時，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，電路阻值會減少每個步進電阻一半的阻值，為了保持電路總阻不變，在第IV″輔助盤中每個步進增加同樣阻值，當?shù)谌竭M盤擲第10點時阻值最小，這時讓第IV″輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變。由于第二盤及第一盤均由阻值相同的測量盤及代換盤組成，所以四個盤無論擲何示值，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r3、電阻r5、r6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、r3、r5、r6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r6后10倍于互相串聯(lián)的電阻r1，和電阻r3、電阻r5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r6與r5后與電阻r1串聯(lián)r3后并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻是r1加r3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，該量程減少的阻值，通過串入電阻r4后來保持電路總阻不變。在×0.01量程時，第一步進盤兩把電刷間的電阻串聯(lián)了電阻r6、電阻r5、電阻r3后與電阻r1并聯(lián)，串聯(lián)后的阻值是電阻r1的1099倍，使流過第一步進盤兩把電刷間的電流為電位差計工作電流的1/1100，使量限降低到×10量程時的千分之一，該量程減少的阻值，通過電阻r2串聯(lián)電阻r4后來保持電路總阻不變。
基本量程電位差計標準工作電流為5.5mA，第一步進盤兩把電刷間左邊電流50/11mA，右邊電流為5/11mA，右邊電流流過第III″輔助盤電刷后分成相等的兩個支路，當?shù)谌P擲第10點時，流過第III測量盤及第IV測量盤的兩個支路是分開的，當?shù)贗II測量盤不擲第10點時，流過第III測量盤支路電流全部流過第IV量盤電阻，第IV測量盤10只電阻起到第III測量盤第10只電阻的作用，當?shù)贗V測量盤擲n4時，n4～10電阻上的電流雖然就是右邊電流，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；標準工作電流是這樣確定的，在“UX”兩端的兩個測量端鈕按極性接上接近滿量程的標準電壓，開關K2擲向左邊，測量盤示值與標準電壓值相同，通過調節(jié)工作電流調節(jié)電阻RP1及RP2，使檢流計指零，再將開關K2擲向右邊，取樣用調定電阻RN的阻值是185Ω，串聯(lián)了0～0.5Ω可調電阻RP3，調節(jié)RP3，使檢流計再次指零，再將開關K2擲向左邊，調節(jié)RP2使檢流計指零，又將開關K2擲向右邊調節(jié)RP3使檢流計指零，當開關指向左邊及右邊不作調節(jié)檢流計均指零時，說明電位差計工作電流已標準化，即調定電阻上的壓降與不飽和標準電池EN的電動勢已經(jīng)相等，這時將RP3鎖定，該電位差計今后就以此為標準。當工作電流標準化后，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，開關K2擲向左邊，這時位于測量的兩個端鈕間電壓為Ux＝50/11×2.2n2+50/11×(40+2.2+0.22)+50/11×20n1-5/11×(20-n1)×20-5/22×(10-n4)×0.44-5/22×(10-n3)×4.4(mv)＝10n2+2000/11+10+1+1000n1/11-2000/11+100n1/11-1+0.1n4-10+1n3(mv)＝100n1+10n2+1n3+0.1n4(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＝123Ω，可調電阻RP1＝20×6.8Ω，RP2為0～7.2Ω。
放大器輸入端正反連接的二極管D1及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R1與R2要相等，這里取1MΩ，電阻R3取200Ω，放大后信號用電流表G顯示，電阻R用于標準回路限流，三刀四擲量程開關中K1-3用于輸入放大器的信號進行衰減，電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7上的信號電壓在×0.01量程時，全部進入放大電路，在×0.1量程時，輸入信號電壓為(R5+R6+R7)/(R4+R5+R6+R7)，在×1量程時輸入信號電壓為(R6+R7)/(R4+R5+R6+R7)，在×10量程時，輸入信號電壓為R7/(R4+R5+R6+R7)。
權利要求
一種有四盤測量盤采用換位支路的四量程電位差計，它有工作電流調節(jié)電阻RP1及RP2，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RN及測量步進開關上的電阻串聯(lián)在電位差計工作回路中，調定電阻上的電壓降與電位差計內附標準相等時，其工作電流等于5.5mA；其待征在于第一步進盤由各有20×20Ω的第I測量盤與第I′代換盤組成，第二步進盤由各有10×2.2Ω的第II測量盤與第II′代換盤組成，第三步進盤由9點與10點之間無電阻，這二個觸點斷開，其余觸點由電阻連接的9×4.4Ω的第III測量盤，有10×4.4Ω的第III′代換盤及不焊有電阻、10點獨立、其余觸點連接的第III″輔助盤組成，第四步進盤由同為10×0.44Ω電阻組成的第IV測量盤和第IV′代換盤及有10×0.22Ω電阻的第IV″輔助盤組成，除第一步進盤外，其余各盤測量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點通過85.58Ω電阻連接第II′代換盤第10點，第II測量盤0點連接一只42.42Ω電阻后與第I測量盤0點連接；第I′代換盤0點連接一只5075.8Ω電阻后連接第IV″輔助盤0點，第IV″輔助盤第10點與第III″輔助盤第10觸點連接，第IV″輔助盤電刷連接第III″輔助盤除第10觸點以外所有觸點，第III′輔助盤電刷一路連接第III′代換盤0點，另一路連接39.6Ω電阻后與第IV′代換盤0點連接，第III測量盤第10點直接與第I測量盤第20點連接；第III測量盤第9點連接第IV測量盤0點，第IV測量盤第10點與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與5Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部份正極，電阻r1另一端與電阻r3連接在三刀四擲量程轉換開關K1-1的×0.01量程觸點連接，44.55Ω電阻r2連接在三刀四擲開關K1-2的×0.01及×0.1量程觸點，45電阻r3與電阻r5連接在K1-1×0.1量程觸點，405電阻r4連接在K1-2×1量程觸點，該觸點與K1-2×10量程觸點連接在測量電路負極，電阻r4的另一端與電阻r2連接，450Ω電阻r5連接在K1-2×1量程觸點，另一端與電阻r3連接，4500Ω電阻r6與第一測量盤電刷連接在三刀四擲開關K1-1×10量程觸點，電阻r6另一端連接電阻r5，三刀四擲開關K1-1及K1-2的兩個常閉觸點短接，兩個測量端鈕正極與第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。
全文摘要
一種用于電壓測量的有四盤測量盤采用換位支路的四量程電位差計，它用20×20Ω作第I測量盤，10×2.2Ω作第II測量盤，9×4.4Ω作第III測量盤，10×0.44Ω作第IV測量盤，除了不影響測量結果的轉換開關外，電位差計兩個測量端鈕與四個測量盤之間用導線直接連接的，測量步進開關的接觸電阻，變差及熱電勢排除在測量結果之外，零電勢大也可增大負電勢來進行補償，用四個阻值為一位數(shù)或二位數(shù)乘10的整數(shù)次冪的電阻進行量程轉換。
文檔編號G01R17/20GK1991384SQ20051006235
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權日2005年12月30日
發(fā)明者駱乃光 申請人:駱乃光