專利名稱：有三個測量盤的二量程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的變差新方法，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二量程電位差計，在三個測量盤的連接上中間盤不通過開關切換，且第一、第二步進盤取消代換盤，并采用分流支路進行兩個量程切換，使分辨率達1μV。
本發明的技術方案這樣采取從電位差計1.5V工作電源的正極經過由兩個步進盤、一個雙滑線盤、量程轉換電阻及量程轉換開關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RP2，再到50Ω電阻R0，經過0～150Ω可調電阻RP1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RP2，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補償回路；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10Ω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”的電刷用導線連接的連接點為電路節點B，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是0.5Ω，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0.05Ω，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，0～8檔位上面有9個9Ω的電阻連接成環狀第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8個電阻R8另一端與第9個電阻R9的一端連接點為電路節點H，第9個電阻R9另一端與第1個電阻R1的另一端與第三盤測量滑線III的0點的連接，測量滑線III的0點為電路節點D，電阻R1與電阻R2的連接點經過12Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過6Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過2Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點與第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的連接點經過2Ω電阻與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經過6Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點即節點H一路經過12Ω電阻與第8觸點連接，另一路經過1Ω電阻后到節點F再經過11Ω電阻與第9觸點連接，節點F經過1Ω電阻到節點C，節點C經過10Ω電阻與第10觸點連接，測量盤II的“0”觸點經過20Ω電阻與節點D連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×0.5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14的一端的連接點為電路節點A，節點A與電位差計工作電源的正極連接，量程轉換電阻R14的另一端連接與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，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200Ω電阻R12后連接節點B，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C連接，輔助盤I’的0觸點經過220Ω電阻后與節點D連接，測量滑線III第10點經過1.5Ω電阻R13后與量程轉換開關K1-1的×1量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的×1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點用導線連接，105.3Ω輔助電阻R15的一端與量程轉換開關K1-2的×1量程觸點連接，另一端與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點連接，雙刀雙擲開關K1的兩層K1-1層與K1-2層的常閉觸點用導線連接，量程轉換開關K1-2的×1量程觸點連接調定電阻RN高電位一端；電位差計兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經過雙刀雙擲開關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；這就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D點匯合，電位差計的零電勢就是D點零電位，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×0.1量程本電位差計測量時也能得到很好重復性。
附圖是本發明原理電路。
具體實施例方式
圖中，量程轉換開關K1-1與開關K1-2是雙刀雙擲開關K1的左右兩層。測量盤II在1～8觸點之間有9只9Ω首尾相連的電阻環，當測量盤II置“4”、“5”時，測量盤II的電刷到節點D之間是5只9Ω電阻與4只9Ω電阻并聯，并聯后阻值最大為20Ω，測量盤II其它觸點到節點D之間的阻值都要連接到20Ω，“4”、“5”觸點與電阻環上對應點直接連接；當測量盤II置“3”或置“6”時，測量盤II的電刷到節點D之間是3只9Ω電阻與6只9Ω電阻并聯，并聯后阻值為18Ω，所以3、6觸點經過2Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“2”或置“7”時，測量盤II的電刷到節點D之間是2只9Ω電阻與7只9Ω電阻并聯，并聯后阻值為14Ω，所以2、7觸點經過6Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“1”或置“8”時，測量盤II的電刷到節點D之間是1只9Ω電阻與8只9Ω電阻并聯，并聯后阻值為8Ω，所以1、8觸點經過12Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“9”時，測量盤II的電刷到節點D之間是11Ω電阻加1Ω電阻再加電阻環上8Ω連接成20Ω電阻，當測量盤II置“10”時，測量盤II的電刷到節點D之間是10Ω電阻加2Ω電阻再加電阻環上8Ω連接成20Ω電阻。當測量盤II置“0”，測量盤II的電刷到節點D之間是20Ω電阻連接，第一步進盤置“0”、第二步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……9，10)時，輔助盤I′的電刷與節點D之間的電阻值是兩個同是220Ω的電阻并聯，因此是110Ω。
第一步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步進盤置“0”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間的電阻值是兩個同是220Ω的電阻并聯，因此是110Ω。
當第一、第二步進盤都不置“0”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間的電阻值的計算，除第二步進盤置“8，9，10”外，都需要進行三角形—星形變換。
第二步進盤置“1”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值的計算設電阻(R2+R3+…+R8)與電阻R9兩邊阻值等效于電阻r1，電阻R9與電阻R1兩邊阻值等效于電阻r1’電阻(R2+R3+…+R8)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+…+R8)×R9/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ωr1’＝R1×R9/(R1+R2+…+R9)＝9×9/9×9Ω＝1Ωr1”＝(R2+R3+…+R9)×R1/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ω輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值等于(212Ω+r1)×(212Ω+r1”)/(2×219)Ω+r1’＝219Ω/2+1Ω＝109.5Ω+1Ω＝110.5Ω第二步進盤置“2”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值的計算設電阻(R3+R4+…+R8)與電阻R9兩邊阻值等效于電阻r2，電阻R9與電阻(R1+R2)兩邊阻值等效于電阻r2’電阻(R3+R4+…+R8)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＝6Ωr2’＝2Ωr2”＝12Ω輔助盤II′的電刷與節點D之間電阻值等于(212Ω+r2)×(200Ω+6Ω+r2”)/(2×218)Ω+r2’＝218Ω/2+2Ω＝109Ω+2Ω＝111Ω。
同理，第二步進盤置“3”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值是111.5Ω，第二步進盤置“4”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值是112Ω，第二步進盤置“5”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值是112.5Ω，……第二步進盤置“9”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值是(211/2+9)Ω＝114.5Ω，第二步進盤置“10”時，輔助盤I′的電刷與節點D之間電阻值是(210/2+10)Ω＝115Ω。由于測量盤II每步進增加0.5Ω，因此輔助盤II′每步進減少0.5Ω，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D之間的電阻值是110Ω，輔助盤II′的10×0.5Ω電阻全部進入電路，使節點A與節點D之間的電阻值是115Ω保持不變。
電位差計工作電流標準化時的電流是2m A，在×1量程時，2m A電流流過輔助盤II′的第10點經過節點D到測量滑線III第10點，測量盤II置“n”[n＝1，2，3…8(r8＝0)]時，節點B經過測量盤I到等效于電阻rn、rn’、rn”的交點Qn(n＝1、2、3…8)與經過200Ω電阻R12到交點Qn電阻值相等，測量盤II置“9”時，節點B經過測量盤I到節點F的電阻值與經過200Ω電阻R12到節點F的電阻值都等于211Ω，所以流過測量盤I與200Ω電阻R12的電流各為1mA，測量盤II置“10”時，節點B經過測量盤I到節點C的電阻值與經過200Ω電阻R12到節點C的電阻值都等于210Ω，所以流過測量盤I與200Ω電阻R12的電流也各為1mA。
對于測量盤II在1～8觸點之間的9只9Ω首尾相連的電阻環而言，測量盤II置“1”時電阻R1與8只阻值同為9Ω電阻并聯，流過電阻R9的電流為1/9mA，節點H與節點D之間的電壓UHD＝1/9×9mV＝1mV；測量盤II置“2”時電阻(R1+R2)與7只阻值同為9Ω電阻并聯，流過電阻R9的電流為2/9mA，節點H與節點D之間的電壓UHD＝2/9×9mV＝2mV；同理，測量盤II置“n”時(n＝1、2、3…8)電阻節點H與節點D之間的電壓UHD＝n mV；測量盤II置“9”時，節點F與節點D之間8Ω電阻環上的電壓UHD＝8mV加1Ω電阻R10上1mV，共9mV；測量盤II置“10”時，節點C與節點D之間8Ω電阻環上的電壓UHD＝8mV加1Ω電阻R10上1mV及1Ω電阻R11上1mV，共10mV；當測量盤I及測量盤II置“0”時，電流不經過電阻R9，UCD＝0 mV；當測量盤I不置“0”時流過測量盤I的電流在節點C、D之間的10mV電壓疊加在測量盤II上，代替測量盤I的0、1觸點間的電阻，工作電流標準化時，第一步進盤每步進為10mV，第二步進盤每步進為1mV，第三盤上的電流是2mA，每大格阻值是0.05Ω，每大格上的電壓為2×0.05Ω＝0.1mV，因此每小格為10μV；當電位差計的兩個測量端鈕連接被測量，轉動電位差計測量盤使檢流計指零時，電位差計在兩個測量端鈕間的電壓與被測量電壓相等，這時電位差計測量盤上的示值即被測量的電壓值。本電位差計最高測量電壓為230mV，最小分辨率為10μV。
×0.1量程時，輔助盤II′的第10點經過節點D到測量滑線III第10點之間的115.5Ω電阻串聯了電阻R13之和是117Ω與其并聯的電阻R14是13Ω，117Ω是13Ω的9倍，因此，1/10的工作電流即0.2mA電流流過輔助盤II′的第10點經過節點D到測量滑線III第10點，并聯后減小的電阻值通過串聯進105.3Ω輔助電阻R15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＝1n1+0.1n2+0.01n3(mV)這時每小格為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RP2，可以覆蓋標準電池電動勢的變化范圍。
干電池新的時候電動勢約為1.65V，用舊到1.35V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50Ω。取可調電阻RP1為0～150Ω。
標準電流是這樣確定的把200mV標準信號電壓按極性與電位差計“Ux”兩個測量端鈕連接，電位差計步進盤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，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RP2，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP2鎖定；電位差計今后使用時依此為標準。
權利要求
一種有三個測量盤的二量程電位差計，從電位差計1.5V工作電源的正極經過由兩個步進盤、一個雙滑線盤、量程轉換電阻及量程轉換開關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RP2，再到50Ω電阻R0，經過0～150Ω可調電阻RP1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RP2，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補償回路；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10Ω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”的電刷用導線連接的連接點為電路節點B，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是0.5Ω，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0.05Ω，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，0～8檔位上面有9個9Ω的電阻連接成環狀第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8個電阻R8另一端與第9個電阻R9的一端連接點為電路節點H，第9個電阻R9另一端與第1個電阻R1的另一端與第三盤測量滑線III的0點的連接，測量滑線III的0點為電路節點D，電阻R1與電阻R2的連接點經過12Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過6Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過2Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點與第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的連接點經過2Ω電阻與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經過6Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點即節點H一路經過12Ω電阻與第8觸點連接，另一路經過1Ω電阻后到節點F再經過11Ω電阻與第9觸點連接，節點F經過1Ω電阻到節點C，節點C經過10Ω電阻與第10觸點連接，測量盤II的“0”觸點經過20Ω電阻與節點D連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×0.5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14一端的連接點為電路節點A，節點A連接電位差計工作電源的正極，量程轉換電阻R14的另一端連接與量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，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200Ω電阻R12后連接節點B，輔助盤I’除0觸點外的其它觸點連接測量盤I第22觸點，測量盤I第0、1觸點與節點C連接，輔助盤I’的0觸點經過220Ω電阻后與節點D連接，測量滑線III第10點經過1.5Ω電阻R13后與量程轉換開關K1-1的×1量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的×1量程觸點與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點用導線連接，105.3Ω輔助電阻R15的一端與量程轉換開關K1-2的×1量程觸點連接，另一端與量程轉換開關K1-2的×0.1量程觸點連接，雙刀雙擲開關K1的兩層K1-1層與K1-2層的常閉觸點用導線連接，量程轉換開關K1-2的×1量程觸點連接調定電阻RN高電位一端；電位差計兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經過雙刀雙擲開關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二量程電位差計，它的第一步進盤由21×10Ω的測量盤與不含電阻的輔助盤I’、輔助盤I”組成，第二步進盤由9×9Ω環形電阻及二只1Ω電阻網構成測量盤，由10×0.5Ω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，用13Ω電阻分流電流獲得兩個量程，分辨率達1μV，且省去了第一及第二步進盤的代換盤。
文檔編號G01R15/00GK101063692SQ200710068999
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者張春雷, 方李 申請人:張春雷