CN101710139B

CN101710139B - 二量程便携式电位差计

Info

Publication number: CN101710139B
Application number: CN2009101554225A
Authority: CN
Inventors: 骆晓英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN101710139A

Abstract

一种用于直流电压测量有三个测量盘的二量程便携式电位差计，它的第一步进盘是22×10Ω的测量盘，第二步进盘由10×10Ω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，分辨率达1μV，且省去了第一步进盘的两只辅助盘。

Description

二量程便携式电位差计

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

日前对于有三个测量盘的电位差计，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200720107584.8、200720109993.1公开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，它的第一步进盘有一只测量盘与两只辅助盘组成，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；由于第一步进盘有三层，使开关及仪器结构变得复杂，同时增加了仪器的高度。

发明内容

本发明的目的是设计一种二量程电位差计，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，而且第一步进盘取消两只辅助盘。

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、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到485Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到66Ω电阻R₀，经过0～120Ω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；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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到负极端阻组成电位差计补偿回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……22共23个档位，各档位触点间连接10Ω电阻一只；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是10Ω，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1Ω，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、1、2、……10共11个档位，0～9档位上面有10个10Ω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，第9个电阻R₉另一端与第10个电阻R₁₀的一端连接点为电路节点A，第10个电阻R₁₀另一端与第1个电阻R₁的另一端的连接点为电路节点B，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过16Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过9Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过4Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过1Ω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的连接点经过1Ω电阻与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过4Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过9Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过16Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₉的连接点节点A经过1Ω电阻R₁₁后到节点C，节点C经过15Ω电阻后与第10触点连接，测量盘II的第0触点经过25Ω电阻与节点B连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10只0.5Ω的电阻，辅助盘II’的电刷经过205Ω电阻R₁₂后连接测量盘Ⅱ的电刷，辅助盘Ⅱ′的电刷连接测量盘I第22个触点连接，测量盘I的第0触点连接电路节点C，辅助盘Ⅱ′第10触点与2300Ω电阻R₁₆的一端并联点为节点D，电阻R₁₆的另一端连接测量滑线Ⅲ的始端第0触点，测量滑线Ⅲ的末端第10触点经过90Ω电阻R₁₃后连接电路节点B；节点D经过2.71429Ω电阻R₁₇后与13Ω量程转换电阻R₁₄一端并联在节点F，节点F连接电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端连接与量程转换开关K_1-1的×0.1量程触点连接，节点B及量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接量程转换开关K_1-1的×1量程触点，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高电位端；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与测量盘I电刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线Ⅲ′连接。

通过以上技术方案，第一步进盘省去了二只辅助盘，使电位差计结构简单，体积缩小，也降低了生产成本，同时在补偿回路内三只测量盘连接的线路上没有经过开关，所以不存在变差及热电势影响；第一步进盘及双滑线盘的电刷切换引起阻值变化不影响测量数值，只影响检流计阻尼，且与整个补偿回路的电阻变化比起来电刷切换引起阻值变化可以忽略。

附图说明

图1是本发明原理电路。

在图1中，22×10Ω的测量盘I，表示测量盘I由22只10Ω的电阻组成；同理，10×0.5Ω的辅助盘Ⅱ′，表示辅助盘II′由10只0.5Ω的电阻组成，测量盘Ⅱ的电阻环形网内有“9×10Ω”，表示测量盘II的电阻环形网内电阻R₁～电阻R₉九只电阻阻值都是10Ω。

具体实施方式

在图1中，测量盘II在1～9触点之间有十只10Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“5”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只10Ω电阻与5只10Ω电阻并联，并联后阻值最大为25Ω，测量盘II其它触点到节点B之间的阻值都要连接到25Ω，测量盘II的第5触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“6”时，测量盘Ⅱ的电刷到节点B之间是4只10Ω电阻与6只10Ω电阻并联，并联后阻值为24Ω，所以第4、6触点经过1Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘Ⅱ置“3”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只10Ω电阻与7只10Ω电阻并联，并联后阻值为21Ω，所以第3、7触点经过4Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只10Ω电阻与8只10Ω电阻并联，并联后阻值为16Ω，所以第2、8触点经过9Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“9”时，测量盘Ⅱ的电刷到节点B之间是1只10Ω电阻与9只10Ω电阻并联，并联后阻值为9Ω，所以第1、9触点经过16Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“0”，测量盘II的第0触点到节点B之间是25Ω电阻连接，当测量盘II置“10”，测量盘II的第10触点到节点B之间是16Ω电阻加9Ω电阻环连接成25Ω电阻。

第二步进盘置“0”时，辅助盘Ⅱ′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是230Ω的电阻并联，因此是115 Ω。

当第二步进盘不置“0”、“9”及“10”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间的电阻值的计算，都需要进行三角形-星形变换。

第二步进盘置“1”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₂+R₃+…+R₉)与电阻R₁₀两边阻值等效于电阻r₁，电阻R₁₀与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁’电阻(R₂+R₃+…+R₉)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/(R₁+R₂+…+R₁₀)＝80×10/100 Ω＝8Ω

r₁’＝R₁×R₁₀/(R₁+R₂+…+R₁₀+R₁₁)＝10×10/10×10Ω＝1Ω

r₁”＝(R₂+R₃+…+R₉)×R₁/(R₁+R₂+…+R₁₀)＝80×10/100Ω＝8Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(221Ω+r₁)×(221Ω+r₁”)/(2×229)Ω

+r₁’＝229Ω/2+1Ω＝114.5Ω+1Ω＝115.5Ω

第二步进盘置“2”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₃+R₄+…+R₉)与电阻R₁₀两边阻值等效于电阻r₂，电阻R₁₀与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂’电阻(R₃+R₄+…+R₉)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＝7Ω r₂’＝2Ω r₂”＝14Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(221Ω+r₂)×(205Ω+9Ω+r₂”)/

(2×228)Ω+r₂’＝228Ω/2+2Ω＝114Ω+2Ω＝116Ω。

同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是116.5 Ω，

第二步进盘置“4”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是117Ω，

第二步进盘置“5”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是117.5 Ω，

第二步进盘置“9”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是(221/2+9)Ω＝119.5Ω，第二步进盘置“10”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是(220/2+10)Ω＝120Ω。

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。

电位差计工作电流标准化时的电流是2.1mA，在×1量程时，2mA电流流过辅助盘II′的第10触点经过二个步进盘到节点B，测量盘II置“n”(n＝1，2，3、…8)时，测量盘I的第22触点到等效于电阻r_n、r_n’、r_n”的交点Q_n(n＝1、2、3、…8)与辅助盘II′的电刷经过205Ω电阻R₁₂到交点Q_n电阻值相等，测量盘II置“9”时，辅助盘II′的电刷经过测量盘I到节点A的电阻值与辅助盘II′的电刷经过205Ω电阻R₁₂到节点A的电阻值都等于221Ω，所以流过测量盘I与205Ω电阻R₁₂的电流各为1mA，测量盘II置“10”时，辅助盘II′的电刷经过测量盘I到节点C的电阻值与辅助盘II′的电刷经过205Ω电阻R₁₂到节点C的电阻值都等于220Ω，所以流过测量盘I与205Ω电阻R₁₂的电流各为1mA。

对于测量盘II在1～9触点之间的十只10Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R₁与9只阻值同为10Ω电阻并联，流过电阻R₁₀的电流为1/10mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝1/10×10mV＝1mV；测量盘II置“2”时电阻(R₁+R₂)与8只阻值同为10Ω电阻并联，流过电阻R₁₀的电流为2/10mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝2/10×10mV＝2mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…9)电阻节点A与节点B之间的电压U_AB＝nmV；测量盘II置10”时，节点A与节点B之间9Ω电阻上的电压U_AB＝9mV加1Ω电阻R₁₁上1mV，共10mV；流过测量滑线III的电流是0.1mA，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+1×10+n₂/10×10-0.1×90-0.1×1×(10-n₃)(mV)

＝10n₁+10+n₂-9-1+0.1n₃ (mV)

＝10n₁+n₂+0.1n₃(mV)

×0.1量程时，节点F串联了电阻R₁₇经过节点D到节点B的电阻之和是117Ω与其并联的电阻R₁₄是13Ω，117Ω是13Ω的9倍，因此，1/10的工作电流即0.2mA电流流过二个步进盘到节点B，电流流过测量滑线III的电流是0.01mA，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。

×0.1量程时，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2.1mA，因此调定电阻R_N取485Ω，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66Ω。取可调电阻R_P1为0～120Ω。

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，电位差计步进盘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

1.一种二量程便携式电位差计，电流从电位差计1.5V工作电源的正极经过两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到485Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到66Ω电阻R₀，经过0～120Ω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；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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补偿回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……22共23个档位，各档位触点间连接10Ω电阻一只；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是10Ω，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1Ω，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、1、2、……10共11个档位，0～9档位上面有10个10Ω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，第9个电阻R₉另一端与第10个电阻R₁₀的一端连接点为电路节点A，第10个电阻R₁₀另一端与第1个电阻R₁的另一端的连接点为电路节点B，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过16Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过9Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过4Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过1Ω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的连接点经过1Ω电阻与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过4Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过9Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过16Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₉的连接点节点A经过1Ω电阻R₁₁后到节点C，节点C经过15Ω电阻后与第10触点连接，测量盘II的第0触点经过25Ω电阻与节点B连接，第二步进盘的辅助盘Ⅱ′上是10只0.5Ω的电阻，辅助盘II’的电刷经过205Ω电阻R₁₂后连接测量盘II的电刷，辅助盘II′的电刷连接测量盘I第22个触点连接，测量盘I的第0触点连接电路节点C，辅助盘Ⅱ′第10触点与2300Ω电阻R₁₆的一端并联点为节点D，电阻R₁₆的另一端连接测量滑线Ⅲ的始端第0触点，测量滑线Ⅲ的末端第10触点经过90Ω电阻R₁₃后连接电路节点B；节点D经过2.71429Ω电阻R₁₇后与13Ω量程转换电阻R₁₄一端并联在节点F，节点F连接电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端连接与量程转换开关K_1-1的×0.1量程触点连接，节点B及量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接量程转换开关K_1-1的×1量程触点，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高电位端；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与测量盘I电刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线Ⅲ′连接。