專利名稱：四量程直流電位差計的制作方法
技術領域：
本發明涉及對直流電壓進行測量的儀器。
背景技術：
當前對于有三個測量盤的電位差計，在三個測量盤之間的連接上，中間盤普遍采用開關切換，這樣就產生接觸電阻的變差，給分辨率帶來限制。為了克服該問題，一般采用大電刷以增大接觸面積，并采用銀—銅復合材料；專利號ZL200520101772.0公布了有三個測量盤的電位差計解決開關接觸電阻變差的新方法，它的第一、第二步進盤各有測量盤、代換盤與輔助盤組成，測量盤與代換盤上的電阻阻值相同，測量盤每增加一個電阻，代換盤就減小相同電阻，由于第一步進盤不置在0時，第二步進盤置不同示值時電路總阻是變化的，第一步進盤置在0時，第二步進盤置不同示值時電路總阻不變，為此第一步進盤除有測量盤、代換盤外，增加了輔助盤來區別步進盤置0及不置0兩種情況的電路連接，第二步進盤也增加了輔助盤，上面有10只電阻來分別接入或切出若干個電阻使電路總阻不變。兩個測量盤連接后與滑線盤連接在兩個測量端鈕間，使步進盤開關上的電刷排除在測量回路之外，三個測量盤上的電阻之間不存在開關切換，也就不產生變差；由于第一、第二步進盤都有代換盤，增加了第一、第二步進盤開關焊有電阻的層數，從而增大了儀器的體積，也使開關及儀器結構變得復雜。
發明內容
本發明的目的是設計一種有三個測量盤的四量程直流電位差計，在三個測量盤的連接上中間盤不通過開關切換，第一、第二步進盤取消代換盤，且有四個量程變換，使分辨率達0.1μV。
本發明的技術方案這樣采取電流從電位差計4.5V工作電源的正極經過由兩個步進盤、一個雙滑線盤及量程轉換電阻組成的電阻測量網絡到509Ω的調定電阻RN及0～1Ω可鎖定的可調電阻RP3再經過420Ω可調電阻R0，0～20Ω可調電阻RP2及22×17Ω可調電阻RP1回到工作電源的負極組成電位差計工作回路；標準電池EN正極經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到調定電阻RN及可鎖定的可調電阻RP3，再經過100KΩ限流電阻R到標準電池EN負極組成電位差計標準回路；用于連接被測量的“Ux”兩個端鈕，正極端鈕經過兩個測量盤及一個雙滑線盤的電阻網絡后，再經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到負極端鈕組成電位差計測量回路；第一步進盤有測量盤I，它有0、1、2……22共23個檔位，除0、1觸點間直接連接外，其余各檔觸點間連接100Ω電阻一只，另有輔助盤I’及輔助盤I”，輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷用導線連接，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余所有觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是5Ω，其中一根為測量滑線III，另一根為輔助滑線III′，雙滑線盤的刻度盤分10大格，每大格對應的阻值為0.5Ω，每大格分10小格，兩根滑線電阻上的電刷是同一片金屬刷片；第二步進盤由測量盤II與輔助盤II′組成，測量盤II有0、1、2、……10共11個檔位，上面有11個110Ω的電阻，第1個電阻R1一端焊接第2個電阻R2一端，電阻R2另一端焊接第3個電阻R3一端……依次焊接，第10個電阻R10另一端與第11個電阻R11的一端連接的為電路節點A，第11個電阻R11另一端與第1個電阻R1的另一端連接于測量滑線III的0點，測量滑線III的0點為電路節點B，電阻R1與電阻R2的連接點經過200Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過120Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過60Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點經過20Ω電阻與第4觸點連接，電阻R5與電阻R6的連接點與第5觸點連接，電阻R6與電阻R7的連接點與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經過20Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點經過60Ω電阻與第8觸點連接，電阻R9與電阻R10的連接點經過120Ω電阻與第9觸點連接，電阻R10與電阻R11的連接點經過200Ω電阻與第10觸點連接，電阻R1與電阻R11連接的節點B點經過300Ω電阻與0觸點連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14的一端并聯于節點C，節點C連接電位差計工作電源的正極，輔助盤II′的0觸點連接輔助盤I”的0觸點，輔助盤II′的電刷連接輔助盤I”除0觸點外的其它觸點，測量盤II的電刷經過1900Ω電阻后連接輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷連接的連接點，該連接點為電路節點D，輔助盤I’除0觸點外的其他觸點連接測量盤I第22觸點，測量盤I第0、1觸點與節點A連接，輔助盤I’的0觸點經過2200Ω電阻后與節點B連接，測量滑線III第10點經過15Ω電阻R13后與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點連接，117Ω量程轉換電阻R15的一端連接量程轉換開關K1-1的×1量程觸點，另一端與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接后與量程轉換電阻R14的另一端連接于量程轉換開關K1-1的×0.01量程觸點；量程轉換開關K1-2的×1量程觸點與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點用導線連接，量程轉換開關K1-2的×1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點經過117Ω量程轉換電阻R16連接，量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.01量程觸點經過11700Ω量程轉換電阻R17連接，量程轉換開關K1-3的×10量程觸點與量程轉換開關K1-3的×1量程觸點經過1053Ω輔助電阻R18連接，量程轉換開關K1-3的×1量程觸點與量程轉換開關K1-3的×0.1量程觸點經過104.13Ω輔助電阻R19連接，104.013Ω輔助電阻R20的一端連接量程轉換開關K1-3的×1量程觸點，另一端與量程轉換開關K1-3的×0.01量程觸點連接，三刀四擲開關K1的三層K1-1層、K1-2層及K1-3層的三個常閉觸點用導線連接，量程轉換開關K1-3的×10量程觸點連接調定電阻RN高電位一端；電位差計用于連接被測量的“UX”兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2后與輔助滑線III′連接。
通過以上技術方案，第一步進盤不用代換盤，兩層輔助盤上都沒有電阻，可以裝在開關里層，測量盤I裝在開關外層；第二步進盤不用代換盤，開關每個步進轉動15°角，每層分布24個觸點，減去兩檔定位，第二步進盤的輔助盤II′及測量盤II各11個觸點正好分布在開關的同一層，各占半周，電阻裝在開關外層，電阻超差時卸下裝上容易，這給調試與維修帶來方便；這樣使電位差計結構簡單，體積縮小，也降低了生產成本；在電位差計內部測量回路與工作回路共有部份的線路上沒有開關，所以不存在變差影響，當電位差計三個測量盤置“0”時，電位差計工作電流在B點匯合，零電勢測量的是B點電位，在測量回路中，不存在工作電流流過引線電阻，所以本電位差計零電勢很小；兩根滑線電阻粗細材質相同，產生的熱電勢大小相等、方向相反，所以本電位差計熱電勢也很小，因此，在×0.01量程、分辨率為0.1μV時，本電位差計測量也能得到很好的重復性。
附圖是本發明原理電路。
具體實施例方式
圖中，測量盤II在節點A與節點B之間是十一只110Ω首尾相連的電阻環，當測量盤II置“5”或置“6”時，測量盤II的電刷到節點B之間是5只110Ω電阻與6只110Ω電阻并聯，并聯后阻值最大為300Ω，測量盤II的其它觸點到節點B之間的電阻值都連接到300Ω為準，5、6觸點與電阻環上對應點直接連接；當測量盤II置“4”或置“7”時，測量盤II的電刷到節點B之間是4只110Ω電阻與7只110Ω電阻并聯，并聯后阻值為280Ω，所以4、7觸點經過20Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“3”或置“8”時，測量盤II的電刷到節點B之間是3只110Ω電阻與8只110Ω電阻并聯，并聯后阻值為240Ω，所以3、8觸點經過60Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“2”或置“9”時，測量盤II的電刷到節點B之間是2只110Ω電阻與9只110Ω電阻并聯，并聯后阻值為180Ω，所以2、9觸點經過120Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“1”或置“10”時，測量盤II的電刷到節點B之間是1只110Ω電阻與10只110Ω電阻并聯，并聯后阻值為100Ω，所以1、10觸點經過200Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“0”，測量盤II的電刷到節點B之間是300Ω電阻連接。
第一步進盤置“0”、第二步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……10)時，節點D與節點B之間的電阻值是兩個同是2200Ω的電阻并聯，因此是1100Ω。
第一步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步進盤置“0”時，節點D與節點B之間的電阻值是兩個同是2200Ω的電阻并聯，因此是1100Ω。
當第一、第二步進盤都不置“0”時，除第二步進盤置“10”外，節點D與節點B之間的電阻值的計算需要進行三角形—星形變換。
第二步進盤置“1”時，節點D與節點B之間電阻值的計算設電阻(R2+R3+…+R9+R10)與電阻R11兩邊阻值等效于電阻r1，電阻R11與電阻R1兩邊阻值等效于電阻r1’電阻(R2+R3+…+R9+R10)與電阻R1兩邊阻值等效于電阻r1”，等效于電阻r1、r1’、r1”交點為Q1則r1＝(R2+R3+…+R9+R10)×R11/(R1+R2+…+R10+R11)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ωr1’＝R1×R11/(R1+R2+…+R10+R11)＝110×110/11×110Ω＝10Ωr1”＝(R2+R3+…+R9+R10)×R1/(R1+R2+…+R10+R11)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ω節點D與節點B之間電阻值等于(2100Ω+r1)×(1900Ω+200Ω+r1”)/(2×2190)Ω+r1’＝2190Ω/2+10Ω＝1095Ω+10Ω＝1105Ω第二步進盤置“2”時，節點D與節點B之間電阻值的計算設電阻(R3+R4+…+R9+R10)與電阻R11兩邊阻值等效于電阻r2，電阻R11與電阻(R1+R2)兩邊阻值等效于電阻r2’電阻(R3+R4+…+R9+R10)與電阻(R1+R2)兩邊阻值等效于電阻r2”，等效于電阻r2、r2’、r2”交點為Q2則r2＝80Ωr2’＝20Ωr2”＝160Ω節點D與節點B之間電阻值等于(2100Ω+r2)×(1900Ω+120Ω+r2”)/(2×2180)Ω+r2’＝2180Ω/2+20Ω＝1090Ω+20Ω＝1110Ω。
同理，第二步進盤置“3”時，節點D與節點B之間電阻值是1115Ω，第二步進盤置“4”時，節點D與節點B之間電阻值是1120Ω，第二步進盤置“5”時，節點D與節點B之間電阻值是1125Ω，……第二步進盤置“10”時，節點D與節點B之間電阻值是1150Ω。由于測量盤II每步進增加5Ω，因此輔助盤II′每步進減少5Ω，使電路總阻不變；當第一或第二步進盤置“0”時，輔助盤I′的電刷與節點B之間的電阻值是1100Ω，輔助盤II′的10×5Ω電阻全部進入電路。
在×10量程，電位差計工作電流標準化時的電流是2mA，2mA電流流過輔助盤II′的第10點經過節點D、節點B到測量滑線III第10點，測量盤II置“n”(n＝1，2，3…8，9)時，輔助盤I′的電刷經過測量盤I到等效于電阻rn、rn’、rn”的交點Qn(n＝1、2、3…8，9)與經過1900Ω電阻R12到交點Qn電阻值相等，所以流過測量盤I與1900Ω電阻R12的電流各為1mA；測量盤II置“10”時，節點D經過測量盤I到節點A的電阻值與節點D經過1900Ω電阻R12到節點A的電阻值都等于2100Ω，所以流過測量盤I與1900Ω電阻R12的電流也各為1mA。
當測量盤I置“0”時，對于測量盤II在節點A與節點B之間的十一只110Ω首尾相連的電阻環而言，測量盤II置“1”時電阻R1與10只阻值同為110Ω電阻并聯，流過電阻R11的電流為1/11mA，節點A與節點B之間的電壓UAB＝1/11×110mV＝10mV；測量盤II置“2”時電阻(R1+R2)與9只阻值同為110Ω電阻并聯，流過電阻R11的電流為2/11mA，節點A與節點B之間的電壓UAB＝2/11×110mV＝20mV；同理，測量盤II置“n”時(n＝1、2、3…10)電阻節點A與節點B之間的電壓UAB＝n×10mV；當測量盤I及測量盤II置“0”時，電流不經過電阻R11，UAB＝0mV；當測量盤I不置“0”時，流過測量盤I的電流在節點A、B之間的100mV電壓疊加在測量盤II上，代替0、1觸點間的電阻，工作電流標準化時，第一步進盤置n1、第二步進盤置n2、第三盤置n3(n3表示大格示值)這時“Ux”兩個測量端鈕間電壓為
Ux＝1×100n1+1×n2/11×110+2×0.5n3(mV)＝100n1+10n2+n3(mV)×1量程時，節點C經過節點B到測量滑線III第10點之間的1155Ω電阻串聯了電阻R13之和是1170Ω與其并聯的電阻R14與電阻R15的阻值和是130Ω，1170Ω是130Ω的9倍，因此，1/10的工作電流即0.2mA電流流過節點D經過節點B到測量滑線III第10點，并聯后減小的電阻值通過串聯進1053Ω輔助電阻R18來保持電路總阻不變。當第一步進盤置n1、第二步進盤置n2、第三盤置n3(n3表示大格示值)這時“Ux”兩個測量端鈕間電壓為Ux＝10n1+n2+0.1n3(mV)×0.1量程時，節點C經過節點B到測量滑線III第10點之間的1155Ω電阻串聯了電阻R13及電阻R16之和是1287Ω與其并聯的電阻R14是13Ω，1287Ω是13Ω的99倍，因此，1/100的工作電流即0.02mA電流流過節點D經過節點B到測量滑線III第10點，并聯后減小的電阻值通過串聯進104.13Ω輔助電阻R19和1053Ω輔助電阻R18來保持電路總阻不變。當第一步進盤置n1、第二步進盤置n2、第三盤置n3(n3表示大格示值)這時“Ux”兩個測量端鈕間電壓為Ux＝n1+0.1n2+0.01n3(mV)×0.01量程時，節點C經過節點B到測量滑線III第10點之間的1155Ω電阻串聯了電阻R13、電阻R16及電阻R17之和是12987Ω與其并聯的電阻R14是13Ω，12987Ω是13Ω的999倍，因此，1/1000的工作電流即0.002mA電流流過節點D經過節點B到測量滑線III第10點，并聯后減小的電阻值通過串聯進104.013Ω輔助電阻R20和1053Ω輔助電阻R18來保持電路總阻不變。當第一步進盤置n1、第二步進盤置n2、第三盤置n3(n3表示大格示值)這時“Ux”兩個測量端鈕間電壓為Ux＝0.1n1+0.01n2+0.001n3(mV)第三盤n3的1μV為1大格值，每小格為0.1μV。
每批生產的標準電池的電動勢是離散的，在1.0188V～1.0196V之間，標準化的工作電流為2mA，因此調定電阻RN取509Ω，外加0～1Ω可鎖定的可調電阻RP3，可以覆蓋標準電池電動勢的變化范圍。
電位差計采用3組干電池供電，干電池新的時候電動勢約為1.65V，用舊到1.4V以下時，電流不穩，為了使干電池在新、舊情況下都能使電位差計的工作電流調節到標準化，為此電阻R0取420Ω。取可調電阻RP1為22×17Ω，可調電阻RP2為0～20Ω。
標準電流是這樣確定的把2V標準信號電壓按極性與電位差計“Ux”兩個測量端鈕連接，電位差計各盤總示值與標準信號電壓值相同，雙刀雙擲開關K2擲向左邊，調節可調電阻RP1及可調電阻RP2，使檢流計G指零；再將雙刀雙擲開關K2擲向右邊，調節可調電阻RP3，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP3鎖定；電位差計今后使用時依此為標準。
權利要求
1.一種四量程直流電位差計，電流從電位差計4.5V工作電源的正極經過由兩個步進盤、一個雙滑線盤及量程轉換電阻組成的電阻測量網絡到509Ω的調定電阻RN及0～1Ω可鎖定的可調電阻RP3再經過420Ω可調電阻R0，0～20Ω可調電阻RP2及22×17Ω可調電阻RP1回到工作電源的負極組成電位差計工作回路；標準電池EN正極經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到調定電阻RN及可鎖定的可調電阻RP3，再經過100KΩ限流電阻R到標準電池EN負極組成電位差計標準回路；連接被測量的“UX”兩個端鈕，正極端鈕經過兩個測量盤及一個雙滑線盤后，再經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到負極端鈕組成電位差計測量回路；其特征在于第一步進盤有測量盤I，它有0、1、2……22共23個檔位，除0、1觸點間直接連接外，其余各檔觸點間連接100Ω電阻一只，另有輔助盤I’及輔助盤I”，輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷用導線連接，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余所有觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是5Ω，其中一根為測量滑線III，另一根為輔助滑線III′，雙滑線盤的刻度盤分10大格，每大格對應的阻值為0.5Ω，每大格分10小格，兩根滑線電阻上的電刷是同一片金屬刷片；第二步進盤由測量盤II與輔助盤II′組成，測量盤II有0、1、2、……10共11個檔位，上面有11個110Ω的電阻，第1個電阻R1一端焊接第2個電阻R2一端，電阻R2另一端焊接第3個電阻R3一端……依次焊接，第10個電阻R10另一端與第11個電阻R11的一端連接的點為電路節點A，第11個電阻R11另一端與第1個電阻R1的另一端連接于測量滑線III的0點，測量滑線III的0點為電路節點B，電阻R1與電阻R2的連接點經過200Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過120Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過60Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點經過20Ω電阻與第4觸點連接，電阻R5與電阻R6的連接點與第5觸點連接，電阻R6與電阻R7的連接點與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經過20Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點經過60Ω電阻與第8觸點連接，電阻R9與電阻R10的連接點經過120Ω電阻與第9觸點連接，電阻R10與電阻R11的連接點經過200Ω電阻與第10觸點連接，電阻R1與電阻R11連接的節點B點經過300Ω電阻與0觸點連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14的一端并聯于節點C，節點C連接電位差計工作電源的正極，輔助盤II′的0觸點連接輔助盤I”的0觸點，輔助盤II′的電刷連接輔助盤I”除0觸點外的其它觸點，測量盤II的電刷經過1900Ω電阻后連接輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷連接的連接點，該連接點為電路節點D，輔助盤I’除0觸點外的其他觸點連接測量盤I第22觸點，測量盤I第0、1觸點與節點A連接，輔助盤I’的0觸點經過2200Ω電阻后與節點B連接，測量滑線III第10點經過15Ω電阻R13后與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點連接，117Ω量程轉換電阻R15的一端連接量程轉換開關K1-1的×1量程觸點，另一端與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接后與量程轉換電阻R14的另一端連接于量程轉換開關K1-1的×0.01量程觸點；量程轉換開關K1-2的×1量程觸點與量程轉換開關K1-1的×10量程觸點用導線連接，量程轉換開關K1-2的×1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點經過117Ω量程轉換電阻R16連接，量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.01量程觸點經過11700Ω量程轉換電阻R17連接，量程轉換開關K1-3的×10量程觸點與量程轉換開關K1-3的×1量程觸點經過1053Ω輔助電阻R18連接，量程轉換開關K1-3的×1量程觸點與量程轉換開關K1-3的×0.1量程觸點經過104.13Ω輔助電阻R19連接，104.013Ω輔助電阻R20的一端連接量程轉換開關K1-3的×1量程觸點，另一端與量程轉換開關K1-3的×0.01量程觸點連接，三刀四擲開關K1的三層K1-1層、K1-2層及K1-3層的三個常閉觸點用導線連接，量程轉換開關K1-3的×10量程觸點連接調定電阻RN高電位一端；電位差計用于連接被測量的“UX”兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2后與輔助滑線III′連接。
全文摘要
一種用于直流電壓測量有三個測量盤的四量程直流電位差計，它的第一步進盤由21×100Ω測量盤與無電阻的輔助盤組成，第二步進盤由11×110Ω環形電阻網構成測量盤，由10只5Ω電阻構成輔助盤，第三盤為雙滑線盤，兩個測量盤與測量滑線間用導線連接，不通過開關切換，使電位差計測量時不存在變差及熱電勢影響，分辨率達0.1μV，且省去了第一及第二步進盤的代換盤。
文檔編號G01R19/00GK101029908SQ200710067699
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月3日 優先權日2007年4月3日
發明者張春雷 申請人:張春雷