CN100547409C

CN100547409C - 二量程直流电位差计

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Publication number: CN100547409C
Application number: CNB2007100677002A
Authority: CN
Inventors: 方勇; 张春雷; 程军; 李顺定
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CN101029909A

Abstract

一种用于直流电压测量有三个测量盘的二量程直流电位差计，它的第一步进盘由测量盘与辅助盘组成，第二步进盘由11×11Ω环形电阻网构成测量盘，由10只0.5Ω电阻构成辅助盘，第三盘为双滑线盘，两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电位差计测量时不存在变差及热电势影响，在×0.1量程时分辨率达1μV，且省去了第一及第二步进盘的代换盘。

Description

二量程直流电位差计

技术领域

本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。

背景技术

当前对于有三个测量盘的电位差计，在三个测量盘之间的连接上，中间盘普遍采用开关切换，这样就产生接触电阻的变差，给分辨率带来限制。为了克服该问题，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料；专利号ZL200520101772.0公布了有三个测量盘的电位差计解决开关接触电阻的变差新方法，它的第一、第二步进盘各有测量盘、代换盘与辅助盘组成，测量盘与代换盘上的电阻阻值相同，测量盘每增加一个电阻，代换盘就减小相同电阻，由于第一步进盘不置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第一步进盘置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻不变，为此第一步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置0及不置0两种情况的电路连接，第二步进盘也增加了辅助盘，上面有10只电阻来分别接入或切出若干个电阻使电路总阻不变。两个测量盘连接后与滑线盘连接在两个测量端钮间，使步进盘开关上的电刷排除在测量回路之外，三个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于第一、第二步进盘都有代换盘，增加了第一、第二步进盘开关焊有电阻的层数，从而增大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂。

发明内容

本发明的目的是设计一种有三个测量盘的二量程直流电位差计，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，第一、第二步进盘取消代换盘，且有两个量程变换。

本发明的技术方案这样采取：电流从电位差计1.5V工作电源的正极经过两个步进盘及一个双滑线盘上的电阻测量网络到509Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到75Ω电阻R₀，经过0～123Ω可调电阻R_P1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到调定电阻R_N及可锁定的可调电阻R_P2，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘的电阻网络后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电位差计测量回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0～22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接10Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’的0触点及辅助盘I”的0触点孤立，其余所有触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是0.5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.05Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0～10共11个档位，上面有11个11Ω的电阻，第1个电阻R₁一端焊接第2个电阻R₂一端，电阻R₂另一端焊接第3个电阻R₃一端，电阻R₃另一端焊接第4个电阻R₄一端，电阻R₄另一端焊接第5个电阻R₅一端，电阻R₅另一端焊接第6个电阻R₆一端，电阻R₆另一端焊接第7个电阻R₇一端，电阻R₇另一端焊接第8个电阻R₈一端，电阻R₈另一端焊接第9个电阻R₉一端，电阻R₉另一端焊接第10个电阻R₁₀一端，第10个电阻R₁₀另一端与第11个电阻R₁₁的一端连接点为电路节点A，第11个电阻R₁₁另一端与第1个电阻R₁的另一端连接于测量滑线III的0点，测量滑线III的0点为电路节点B；在测量盘II上，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过20Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过12Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过6Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₆的连接点经过2Ω电阻与第4触点连接，电阻R₅与电阻R₆的连接点与第5触点连接，电阻R₆与电阻R₇的连接点与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过2Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过6Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过12Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₁₁的连接点经过20Ω电阻与第10触点连接，电阻R₁与电阻R₁₁连接的节点B点经过30Ω电阻后与测量盘II的0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10个阻值为0.5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R₁₄的一端连接于电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端与量程转换开关K_1-1的×0.1量程触点连接，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过190Ω电阻R₁₂后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点A连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过1.5Ω量程转换电阻R₁₃后与量程转换开关K_1-1的×1量程触点连接，量程转换开关K_1-1的×1量程触点与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点用导线连接，105.3Ω辅助电阻R₁₅的一端与量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接，双刀双掷开关K₁的两层：K_1-1层与K_1-2层的常闭触点用导线连接，量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接调定电阻R_N高电位一端；用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极与测量盘I电刷连接，负极经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线III′连接。

通过以上技术方案，第一步进盘不用代换盘，两层辅助盘上都没有电阻，可以装在开关里层，测量盘I装在开关外层；第二步进盘不用代换盘，开关每个步进转动15°角，每层分布24个触点，减去两档定位，第二步进盘的辅助盘II′及测量盘II各11个触点正好分布在开关的同一层，各占半周，电阻装在开关外层，电阻超差时卸下装上容易，这给调试与维修带来方便；这样使电位差计结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电位差计内部测量回路与工作回路共有部份的线路上没有开关，所以不存在变差影响，当电位差计三个测量盘置“0”时，电位差计工作电流在B点汇合，零电势测量的是B点电位，在测量回路中，不存在工作电流流过引线电阻，所以本电位差计零电势很小；两根滑线电阻粗细材质相同，产生的热电势大小相等、方向相反，所以本电位差计热电势也很小，因此，在×0.1量程本电位差计测量时也能得到很好的重复性。

附图说明

图1是本发明原理电路。

具体实施方式

在图1中，测量盘II在节点A与节点B之间是十一只11Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“5”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只11Ω电阻与6只11Ω电阻并联，并联后阻值最大为30Ω，测量盘II的其它触点到节点B之间的电阻值都连接到30Ω为准，5、6触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点B之间是4只11Ω电阻与7只11Ω电阻并联，并联后阻值为28Ω，所以4、7触点经过2Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“3”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只11Ω电阻与8只11Ω电阻并联，并联后阻值为24Ω，所以3、8触点经过6Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“9”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只11Ω电阻与9只11Ω电阻并联，并联后阻值为18Ω，所以2、9触点经过12Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“10”时，测量盘II的电刷到节点B之间是1只11Ω电阻与10只11Ω电阻并联，并联后阻值为10Ω，所以1、10触点经过20Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“0”，测量盘II的电刷到节点B之间是30Ω电阻连接。

第一步进盘置“0”、第二步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……10)时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。

第一步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。

当第一、第二步进盘都不置“0”时，除第二步进盘置“10”外，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值的计算需要进行三角形一星形变换。

第二步进盘置“1”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₂+R₃+…+R₉+R₁₀)与电阻R₁₁两边阻值等效于电阻r₁，电阻R₁₁与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁’电阻(R₂+R₃+…+R₉+R₁₀)与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁”，等效于电阻r₁、r₁’、r₁”交点为Q₁：

则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

辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值等于(210Ω+r₁)×(190Ω+20Ω+r₁”)/(2×219)Ω+r₁’＝219Ω/2+1Ω＝109.5Ω+1Ω＝110.5Ω

第二步进盘置“2”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₃+R₄+…+R₉+R₁₀)与电阻R₁₁两边阻值等效于电阻r₂，电阻R₁₁与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂’电阻(R₃+R₄+…+R₉+R₁₀)与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂”，等效于电阻r₂、r₂’、r₂”交点为Q₂：

则r₂＝8Ω r₂’＝2Ω r₂”＝16Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(210Ω+r₂)×(190Ω+12Ω+r₂”)/(2×218)Ω+r₂’＝218Ω/2+2Ω＝109Ω+2Ω＝111Ω。

同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是111.5Ω，

第二步进盘置“4”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是112Ω，

第二步进盘置“5”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是112.5Ω，

……

第二步进盘置“10”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是115Ω。由于测量盘II每步进增加0.5Ω，因此辅助盘II′每步进减少0.5Ω，使电路总阻不变；当第一或第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是110Ω，辅助盘II′的10×0.5Ω电阻全部进入电路。

电位差计工作电流标准化时的电流是2mA，在×1量程时，2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线ⅡI第10点，测量盘II置“n”(n＝1，2，3…9)时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到等效于电阻r_n、r_n’、r_n”的交点Q_n(n＝1、2、3…9)与经过190Ω电阻R₁₂到交点Q_n电阻相等，测量盘II置“10”时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到节点A的电阻值与经过190Ω电阻R₁₂到节点A的电阻值都等于210Ω，所以流过测量盘I与190Ω电阻R₁₂的电流各为1mA。

对于测量盘II在节点A与节点B之间的十一只11Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R₁与10只阻值同为11Ω电阻并联，流过电阻R₁₁的电流为1/11mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝1/11×11mV＝1mV；测量盘II置“2”时电阻(R₁+R₂)与9只阻值同为11Ω电阻并联，流过电阻R₁₁的电流为2/11mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝2/11×11mV＝2mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…10)电阻节点A与节点B之间的电压U_AB＝n mV；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R₁₁，U_AB＝0mV；当测量盘I不置“0”时，流过测量盘I的电流在节点A、B之间的10mV电压叠加在测量盘II上，代替0、1触点间的电阻，工作电流标准化时，第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三盘置n₃(n₃表示大格示值)这时“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_x＝1×10n₁+1×n₂/11×11+2×0.05n₃(mV)

＝10n₁+n₂+0.1n₃ (mV)

×0.1量程时，辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点之间的115.5Ω电阻串联了电阻R₁₃之和是117Ω与其并联的电阻R₁₅是13Ω，117Ω是13Ω的9倍，因此，1/10的工作电流即0.2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进105.3Ω辅助电阻R₁₅来保持电路总阻不变。

当第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三盘置n₃(n₃表示大格示值)这时“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_x＝n₁+0.1n₂+0.01n₃ (mV)

每批生产的标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流为2mA，因此调定电阻R_N取509Ω，外加0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.4V以下时，电流不稳，为了使干电池在新、旧情况下都能使电位差计的工作电流调节到标准化，为此电阻R₀取75Ω。取可调电阻R_P1为0～123Ω。

标准电流是这样确定的：把200mV标准信号电压按极性与电位差计“U_x”两个测量端钮连接，电位差计各盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K₂掷向左边，调节可调电阻R_P1，使检流计G指零；再将双刀双掷开关K₂掷向右边，调节可调电阻R_P2，使检流计G指零，这时把可调电阻R_P2锁定；电位差计今后使用时依此为标准。

Claims

1，一种二量程直流电位差计，电流从电位差计1.5V工作电源的正极经过两个步进盘及一个双滑线盘上的电阻测量网络到509Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到75Ω电阻R₀，经过0～123Ω可调电阻R_P1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到调定电阻R_N及可锁定的可调电阻R_P2，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘的电阻网络后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电位差计测量回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0～22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接10Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’的0触点及辅助盘I”的0触点孤立，其余所有触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是0.5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.05Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0～10共11个档位，上面有11个11Ω的电阻，第1个电阻R₁一端焊接第2个电阻R₂一端，电阻R₂另一端焊接第3个电阻R₃一端，电阻R₃另一端焊接第4个电阻R₄一端，电阻R₄另一端焊接第5个电阻R₅一端，电阻R₅另一端焊接第6个电阻R₆一端，电阻R₆另一端焊接第7个电阻R₇一端，电阻R₇另一端焊接第8个电阻R₈一端，电阻R₈另一端焊接第9个电阻R₉一端，电阻R₉另一端焊接第10个电阻R₁₀一端，第10个电阻R₁₀另一端与第11个电阻R₁₁的一端连接点为电路节点A，第11个电阻R₁₁另一端与第1个电阻R₁的另一端连接于测量滑线III的0点，测量滑线III的0点为电路节点B；在测量盘II上，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过20Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过12Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过6Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过2Ω电阻与第4触点连接，电阻R₅与电阻R₆的连接点与第5触点连接，电阻R₆与电阻R₇的连接点与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过2Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过6Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过12Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₁₁的连接点经过20Ω电阻与第10触点连接，电阻R₁与电阻R₁₁连接的节点B点经过30Ω电阻后与测量盘II的0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10个阻值为0.5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R₁₄的一端连接于电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端与量程转换开关K_1-1的×0.1量程触点连接，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过190Ω电阻R₁₂后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点A连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过1.5Ω量程转换电阻R₁₃后与量程转换开关K_1-1的×1量程触点连接，量程转换开关K_1-1的×1量程触点与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点用导线连接，105.3Ω辅助电阻R₁₅的一端与量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接，双刀双掷开关K₁的两层：K_1-1层与K_1-2层的常闭触点用导线连接，量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接调定电阻R_N高电位一端；用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极与测量盘I电刷连接，负极经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线III′连接。