專利名稱：電壓測量儀器的制作方法
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：
日前對于有三個測量盤的電壓測量儀器，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200720109906.2、200720107582.9、200720107585.2公開了有三個測量盤三量程的電壓測量儀器解決開關接觸電阻的變差新方法，它的第一步進盤有一只測量盤與兩只輔助盤組成，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；由于第一步進盤有三層，使開關及儀器結構變得復雜，同時增加了儀器的高度。
發明內容
本發明的目的是設計一種三量程電壓測量儀器，在三個測量盤的連接上中間盤不通過開關切換，而且第一步進盤取消兩只輔助盤。
本發明的技術方案這樣采取 電流從電壓測量儀器1.5V工作電源正極經過節點C、B之間的二個步進盤與一個雙滑線盤上的電阻，量程轉換開關K1上的電阻組成的電阻網絡，經過調定電阻到66Ω電阻R0，再連接0～12000Ω可調電阻RP1的一端，可調電阻RP1的滑動觸點連接0～1000Ω可調電阻RP2的一端，可調電阻RP2的滑動觸點連接0～82Ω可調電阻RP3的一端，可調電阻RP3的滑動觸點與可調電阻RP3、可調電阻RP2、可調電阻RP1的另一端并聯在工作電源負極，組成電壓測量儀器工作回路；其特征在于節點C、B之間的第一步進盤只有測量盤I，它有0、1、2、……22共23個檔位，各檔觸點間連接10Ω電阻一個，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11Ω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，電阻R3另一端焊接第4個電阻R4一端，電阻R4另一端焊接第5個電阻R5一端，電阻R5另一端焊接第6個電阻R6一端，電阻R6另一端焊接第7個電阻R7一端，電阻R7另一端焊接第8個電阻R8一端，電阻R8另一端焊接第9個電阻R9一端，電阻R9另一端焊接第10個電阻R10一端，電阻R10另一端焊接第11個電阻R11一端，第11個電阻R11另一端與第1個電阻R1的另一端連接，電阻R1與電阻R2的連接點經過20Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過12Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過6Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點經過2Ω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2Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點經過6Ω電阻與第8觸點連接，電阻R9與電阻R10的連接點經過12Ω電阻與第9觸點連接，電阻R10與電阻R11的連接點為電路節點A，節點A經過20Ω電阻與第10觸點連接，電阻R1與電阻R11連接的點為節點B，節點B經過30Ω電阻與第0觸點連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10只0.5Ω的電阻，第二步進盤測量盤II的電刷與輔助盤II′的電刷之間通過200Ω電阻R12連接，第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是10Ω，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1Ω，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；輔助盤II′第10觸點與2300Ω電阻R13的一端并聯點為節點C，節點C連接電壓測量儀器工作電源正極，輔助盤II′的電刷連接測量盤I第22觸點連接，測量盤I的第0觸點連接節點A，電阻R13的另一端連接測量滑線III的始端“0”點，測量滑線III的末端“10”點經過90Ω電阻R14后連接電路節點B；節點B連接雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-2層的常閉觸點，K1-2層的×0.1量程觸點與×1量程觸點間通過43655Ω調定電阻RN3及0～58Ω可調電阻RP4連接，K1-2層的×1量程觸點與×10量程觸點間通過4364Ω調定電阻RN2及0～8Ω可調電阻RP5連接，K1-2層的×10量程觸點與雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-1層的常閉觸點間通過485Ω調定電阻RN1及0～1Ω可調電阻RP6連接，K1-1層的常閉觸點連接標準電池EN負極，K1-1層的×10量程觸點通過66Ω電阻R0及可調電阻RP1、RP2、RP3到工作電源負極，K1-1層的×10量程觸點與K1-1層的×1量程觸點間通過1628Ω電阻Ra連接，K1-1層的×1量程觸點與K1-1層的×0.1量程觸點間通過16250Ω電阻Rb連接，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與雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-2層常閉觸點連接；電壓測量儀器用于連接被測量“UX”的兩個端鈕，正極端鈕與測量盤I的電刷連接，負極端鈕通過檢流計的切換開關K2與輔助滑線III′連接。
通過以上技術方案，第一步進盤省去了二只輔助盤，使電位差計結構簡單，體積縮小，也降低了生產成本，同時在補償回路內三只測量盤連接的線路上沒有經過開關，所以不存在變差及熱電勢影響；第一步進盤及雙滑線盤的電刷切換引起阻值變化不影響測量數值，只影響檢流計阻尼，且與整個補償回路的電阻變化比起來電刷切換引起阻值變化可以忽略。
圖1是本發明原理電路。
在圖1中，22×10Ω的測量盤I，表示測量盤I由22只10Ω的電阻組成；同理，10×0.5Ω的輔助盤II′，表示輔助盤II′由10只0.5Ω的電阻組成，測量盤II的電阻環形網內有“10×11Ω”，表示測量盤II的電阻環形網內電阻R1～電阻R10十只電阻阻值都是11Ω。
具體實施例方式 在圖1中，測量盤II在節點A與節點B之間是十一只11Ω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11Ω電阻與6只11Ω電阻并聯，并聯后阻值最大為30Ω，測量盤II的其它觸點到節點B之間的電阻值都連接到30Ω為準，第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11Ω電阻與7只11Ω電阻并聯，并聯后阻值為28Ω，所以第4、7觸點經過2Ω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11Ω電阻與8只11Ω電阻并聯，并聯后阻值為24Ω，所以第3、8觸點經過6Ω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11Ω電阻與9只11Ω電阻并聯，并聯后阻值為18Ω，所以第2、9觸點經過12Ω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11Ω電阻與10只11Ω電阻并聯，并聯后阻值為10Ω，所以第1、10觸點經過20Ω電阻與電阻環上對應點連接；當測量盤II置“0”，測量盤II的第0觸點到節點B之間是30Ω電阻連接。
第二步進盤的測量盤II的電刷與輔助盤II′的電刷是同步的，第二步進盤置“0”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間的電阻值是兩個同是230Ω的電阻并聯，因此是115Ω。
第二步進盤置“1”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值的計算需要進行三角形-星形變換，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)＝9×11×11/11×11Ω＝9Ω r1’＝R1×R11/(R1+R2+…+R10+R11)＝11×11/11×11Ω＝1Ω r1”＝(R2+R3+…+R9+R10)×R1/(R1+R2+…+R10+R11)＝9×11×11/11×11Ω＝9Ω 輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值等于(220Ω+r1)×(200Ω+20Ω+r1”)/(2×229)Ω+r1’＝229Ω/2+1Ω＝114.5Ω+1Ω＝115.5Ω 第二步進盤置“2”時，輔助盤II′的電刷與節點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＝8Ωr2’＝2Ωr2”＝16Ω 輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值等于(220Ω+r2)×(200Ω+12Ω+r2”)/ (2×228)Ω+r2’＝228Ω/2+2Ω＝114Ω+2Ω＝116Ω。
同理，第二步進盤置“3”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值是116.5Ω， 第二步進盤置“4”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值是117Ω， 第二步進盤置“5”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值是117.5Ω， …… 第二步進盤置“10”時，輔助盤II′的電刷與節點B之間電阻值是120Ω。
由于測量盤II與測量盤I連接后每步進增加0.5Ω，因此輔助盤II′每步進減少0.5Ω，使電路總阻不變。
節點C經過兩個步進盤到節點B的電阻是120Ω，節點C經過滑線盤到節點B的電阻是2400Ω，電壓測量儀器作電流標準化時為2.1mA，在×10量程時，120Ω電阻上電流是2mA，2400Ω電阻上電流是0.1mA；根據三角形-星形變換，輔助盤II′電刷經過測量盤I到等效電阻rn、rn’、rn”的交點Qn(n＝1、2、3、……9)的電阻與輔助盤II′電刷經過200Ω電阻R12到交點Qn的電阻相等，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，輔助盤II′電刷經過測量盤I到節點A的電阻與輔助盤II′電刷經過200Ω電阻R12到節點A的電阻都等于220Ω，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在節點A與節點B之間的十一只11Ω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11Ω電阻并聯，在×10量程時，流過電阻R11的電流為1/11mA，節點A與節點B之間的電壓UAB＝1/11×11mV＝1mV；測量盤II置“2”時電阻(R1+R2)與9只阻值同為11Ω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＝2/11×11mV＝2mV；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 mV；測量盤II置“0”時，電流不經過電阻R11，UAB＝0mV。測量盤I、測量盤II、測量滑線III都置“0”時，UAB上的10mV電壓等于測量滑線III的0點到B點的電壓，所以測量滑線III的0點與節點A等電位。
工作電源用1號電池的電動勢在1.4V以下時，電流不夠穩定，新電池的電動勢達1.65V，為實現電源電壓在1.4V～1.65V均能把電壓測量儀器工作電流調整到標準狀態，×10量程時，串入66Ω電阻R0，調節可調電阻RP1、可調電阻RP2、可調電阻RP3使工作回路總阻工作回路總阻約在666～786Ω之間，標準電池EN的電動勢在1.0188～1.0196V之間，通過485Ω調定電阻EN1，校準0～1Ω可調電阻RP6使工作電流等于2.1mA；×1量程時，又串入1628Ω固定電阻Ra，調節可調電阻RP1、可調電阻RP2、可調電阻RP3使工作回路總阻可在6660～7858Ω之間，通過4364Ω調定電阻RN2，校準可調電阻RP5使工作電流等于0.21mA，×0.1量程時，再串入16250Ω固定電阻Rb，調節可調電阻RP1、調節可調電阻RP2、可調電阻RP3使工作回路總阻在66600～78580Ω之間，通過43655Ω調定電阻RN3，校準可調電阻RP4使工作電流等于0.021mA。
在×10量程，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＝1×10n1+1×10+n2/11×11-0.1×90-0.1×1×(10-n3)(mV) ＝10n1+10+n2-9-1+0.1n3(mV) ＝10n1+n2+0.1n3(mV) 在×1量程時，電路中串入了1628Ω電阻Ra，與標準電池RN對應的調定電阻RN為4364Ω，調節可調電阻RP5，標準化時工作電流變為0.21mA；這時第一步進盤置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＝n1+0.1n2+0.01n3(mv) 在×0.1量程時，電路中又串入了16250Ω電阻Rb，與標準電池RN對應的調定電阻RN為43655Ω，調節可調電阻RP5，標準化時工作電流變為0.021mA；三個盤的示值表達為 UX＝0.1n1+0.01n2+0.001n3(mv) 標準工作電流是這樣確定的把200mv標準信號電壓按極性與電壓測量儀器“Ux”兩個測量端鈕連接，電壓測量儀器量程開關K1置“×10”量程，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、可調電阻RP2及可調電阻RP3，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RP6，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP6鎖定；又把量程開關K1置“×1”量程，把20mV標準信號電壓按極性與電壓測量儀器“Ux”兩個測量端鈕連接，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、可調電阻RP2及可調電阻RP3，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RP5，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP5鎖定；再把量程開關K1置“×0.1”量程，把2mV標準信號電壓按極性與電壓測量儀器“Ux”兩個測量端鈕連接，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、可調電阻RP2及可調電阻RP3，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RP4，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP4鎖定；電壓測量儀器今后使用時依此為標準。
權利要求
1.一種電壓測量儀器，電流從電壓測量儀器1.5V工作電源正極經過節點C、B之間的二個步進盤與一個雙滑線盤上的電阻，量程轉換開關K1上的電阻組成的電阻網絡，經過調定電阻到66Ω電阻R0，再連接0～12000Ω可調電阻RP1的一端，可調電阻RP1的滑動觸點連接0～1000Ω可調電阻RP2的一端，可調電阻RP2的滑動觸點連接0～82Ω可調電阻RP3的一端，可調電阻RP3的滑動觸點與可調電阻RP3、可調電阻RP2、可調電阻RP1的另一端并聯在工作電源負極，組成電壓測量儀器工作回路；其特征在于節點C、B之間的第一步進盤只有測量盤I，它有0、1、2、……22共23個檔位，各檔觸點間連接10Ω電阻一個，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11Ω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，電阻R3另一端焊接第4個電阻R4一端，電阻R4另一端焊接第5個電阻R5一端，電阻R5另一端焊接第6個電阻R6一端，電阻R6另一端焊接第7個電阻R7一端，電阻R7另一端焊接第8個電阻R8一端，電阻R8另一端焊接第9個電阻R9一端，電阻R9另一端焊接第10個電阻R10一端，電阻R10另一端焊接第11個電阻R11一端，第11個電阻R11另一端與第1個電阻R1的另一端連接，電阻R1與電阻R2的連接點經過20Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經過12Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經過6Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點經過2Ω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2Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點經過6Ω電阻與第8觸點連接，電阻R9與電阻R10的連接點經過12Ω電阻與第9觸點連接，電阻R10與電阻R11的連接點為電路節點A，節點A經過20Ω電阻與第10觸點連接，電阻R1與電阻R11連接的點為節點B，節點B經過30Ω電阻與第0觸點連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10只0.5Ω的電阻，第二步進盤測量盤II的電刷與輔助盤II′的電刷之間通過200Ω電阻R12連接，第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是10Ω，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1Ω，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；輔助盤II′第10觸點與2300Ω電阻R13的一端并聯點為節點C，節點C連接電壓測量儀器工作電源正極，輔助盤II′的電刷連接測量盤I第22觸點連接，測量盤I的第0觸點連接節點A，電阻R13的另一端連接測量滑線III的始端“0”點，測量滑線III的末端“10”點經過90Ω電阻R14后連接電路節點B；節點B連接雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-2層的常閉觸點，K1-2層的×0.1量程觸點與×1量程觸點間通過43655Ω調定電阻RN3及0～58Ω可調電阻RP4連接，K1-2層的×1量程觸點與×10量程觸點間通過4364Ω調定電阻RN2及0～8Ω可調電阻RP5連接，K1-2層的×10量程觸點與雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-1層的常閉觸點間通過485Ω調定電阻RN1及0～1Ω可調電阻RP6連接，K1-1層的常閉觸點連接標準電池EN負極，K1-1層的×10量程觸點通過66Ω電阻R0及可調電阻RP1、RP2、RP3到工作電源負極，K1-1層的×10量程觸點與K1-1層的×1量程觸點間通過1628Ω電阻Ra連接，K1-1層的×1量程觸點與K1-1層的×0.1量程觸點間通過16250Ω電阻Rb連接，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與雙刀三擲量程轉換開關K1的K1-2層常閉觸點連接；電壓測量儀器用于連接被測量“UX”的兩個端鈕，正極端鈕與測量盤I的電刷連接，負極端鈕通過檢流計的切換開關K2與輔助滑線III′連接。
全文摘要
一種用于直流電壓測量的電壓測量儀器，它有二個步進盤和一個雙滑線盤組成，電壓測量儀器內部的兩個測量盤與測量滑線間用導線連接，不通過開關切換，使電壓測量儀器測量時不存在變差及熱電勢影響，通過改變工作電流的大小獲得三個量程，最小分辨率達0.1μV，且省去了第一步進盤的兩只輔助盤。
文檔編號G01R17/20GK101710146SQ200910155448
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者駱曉英 申請人:駱曉英