CN101788585B - 直流电位差计 - Google Patents
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Abstract
一种用于直流电压测量的有0.01μV分辨率的电压测量仪，它的三只步进盘与一只滑线盘，三只测量盘与一只测量盘滑线间用导线直接连接，不通过开关切换，使电压测量仪测量时不存在变差及热电势影响，每只盘都由阻值相同的电阻组成测量盘与代换盘，都不用辅助盘，使整台仪器体积缩小；通过分流电阻，获得四个量程变换，最小分辨率为0.01μV。
Description
技术领域
本发明涉及测量直流电压的仪器。
背景技术
申请号200510062369.6等公开了有三个步进盘、一个双滑线盘的直流电位差计，它的第二、第三步进盘各有测量盘、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，当第二步进盘置第0点时，第二步进盘与第三步进盘并联部分电阻相等，当第三步进盘置不同示值时，电路阻值不变。当第二步进盘不置在“0”时，第三步进盘置不同示值，电路阻值在没有第Ⅲ”辅助盘时阻值是变化的，第三步进盘每增加一个步进，电路阻值会增加每个步进电阻一半的阻值，为了保持电路总阻不变，在第Ⅲ”辅助盘每个步进减少同样阻值，当第二步进盘置第0点时阻值最小，这时让第Ⅲ”辅助盘电阻全部串入电路，使电路阻值不变。由于第一步进盘及双滑线盘均由阻值相同的测量盘及代换盘组成，所以四个盘无论置何示值，电路总阻不变。为此第二步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置第0点及不置第0点两种情况的电路连接，第三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。四个测量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，四个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；也解决了开关的热电势与接触可变热电势影响。
由于第二、第三步进盘都有辅助盘，增加了第二、第三步进盘开关的层数，从而增大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂，特别是仪器检定过程中如果发现第二、第三步进盘测量数据超差，要修正第二、第三步进盘开关的内层电阻是非常麻烦的。
发明内容
本发明的目的是设计一种采用滑线盘的直流电位差计，在四个测量盘的连接上不通过开关切换，三个步进盘、一个双滑线盘都取消辅助盘，这能减小仪器的体积，降低生产成本。
本发明的技术方案这样采取：电流从直流电位差计4.5V工作电源的正极经过三个步进盘、一个双滑线盘上的电阻网络到926Ω调定电阻RN和调节范围在0～2Ω的可调电阻RP3，再到190Ω固定电阻R0，经过0～35Ω的可调电阻RP2及22×30Ω的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成直流电位差计的工作回路；从标准电池EN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RN及可锁定的可调电阻RP3，再到标准电池负极组成直流电位差计的标准回路；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，从正极端钮经过三个测量盘、一个测量盘滑线的电阻网络后，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到负极端钮组成直流电位差计的补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20×1000/11Ω的第Ⅰ测量盘与第Ⅰ′代换盘组成，第二步进盘由各有10×11Ω的第Ⅱ测量盘与第Ⅱ′代换盘组成，在第二步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过12.1Ω电阻R2连接， 第三步进盘由各有10×10Ω的第Ⅲ测量盘与第Ⅲ′代换盘组成，在第三步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过导线连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0～11Ω，即始端为0Ω，末端为11Ω，其中一根为第Ⅳ测量盘滑线，另一根为第Ⅳ′代换盘滑线，双滑线盘的刻度盘标有0、1、2、……10十一个示值点的10大格，每大格有不标数字均匀分布的10小格，每大格对应阻值为1.1Ω，双滑线盘刻度盘的“0”示值，也就是第Ⅳ′代换盘滑线及第Ⅳ测量盘滑线第0触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的始端，双滑线盘的刻度盘“10”示值，也就是第Ⅳ′代换盘滑线及第Ⅳ测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的末端；两根滑线电阻上的电刷是同一片金属片；第Ⅰ′代换盘第20触点连接第Ⅱ′代换盘第10触点，第Ⅱ′代换盘第0触点连接第Ⅳ′代换盘滑线第10触点，第Ⅳ测量盘滑线第0触点连接第Ⅱ测量盘第10触点，第Ⅱ测量盘第0触点经过一只2000/11Ω电阻R1后与第Ⅰ测量盘第0触点连接，第Ⅰ′代换盘第0触点经过一只212210/11Ω电阻R3后与第Ⅲ′代换盘第0触点连接，第Ⅲ测量盘第10触点与第Ⅰ测量盘第20触点连接；第Ⅰ′代换盘电刷通过8490/11Ω电阻R4后与300Ω电阻r1的一端及30Ω电阻r3的一端并联在直流电位差计工作电源正极，电阻r1的另一端连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×1量程触点，电阻r3的另一端连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×0.1及×0.01量程触点，第Ⅰ测量盘电刷连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×10量程触点后连接K1-2层的×1量程触点，三刀四掷量程转换开关K1的K1-2层的×1量程触点与×0.1量程触点间通过270Ω电阻r4连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-2层的×0.01量程触点与×0.1量程触点间通过27000Ω电阻r5连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×0.01量程触点与×0.1量程触点间通过0.27Ω电阻r6连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×0.01量程触点通过240.03Ω电阻r7连接K1-3层的×1量程触点间，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×1量程触点与K1-3层的×10量程触点间通过2430Ω电阻r2连接，K1-3层的×10量程触点与926Ω的调定电阻RN的高电位端连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层、K1-2层、K1-3层的三个常闭触点短接；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮与第Ⅳ测量盘滑线第10触点连接，负极端钮通过检流计切换开关K2与第Ⅲ测量盘第0触点连接。
通过以上技术方案，三个步进盘与一个双滑线盘都不用辅助盘，这使直流电位差计结构简单，体积缩小，整台仪器外型尺寸减小许多，也降低了生产成本；仪器用于测量部分的测量盘是用导线连接的，接触电阻及变差不在补偿回路内，影响的只是直流电位差计工作回路总阻，由于总阻阻值很大，所以变差可以忽略，几个μV的热电势影响的是电源电压，因此影响可以忽略，零电势大可增大第Ⅰ测量盘与右边测量盘之间引线电阻来修正，零电势小可增大第Ⅰ测量盘与左边测量盘之间引线电阻来修正。
附图说明
图1是本发明的一种原理电路。
在图1中，22×30Ω可调电阻阻Rp1，表示可调电阻阻Rp1由22只30Ω电阻阻成，同理，20×1000/11Ω表示由20只1000/11Ω电阻组成，10×11Ω表示由10只11Ω电阻组成。
具体实施方式
实施例1，在图1中，当三个步进盘与一个双滑线盘都置“0”时，第一步进盘两把电刷 间左边电阻等于2121Ω，右边电阻等于21210Ω，因此第一步进盘两把电刷间总电流的10/11在左边流动，1/11在右边流动。当三个步进盘与一个双滑线盘置其它示值时，测量盘增加的电阻等于代换盘减少的电阻，所以三个步进盘与一个双滑线盘无论置何示值，电路总阻不变。
在×1量程时，阻值为电阻R4加第一步进盘两把电刷间电阻的1/9阻值的电阻r1与两把电刷并联，使流过第一步进盘两把电刷间的电流减小到×10量程时的1/10，使量限降低到1/10，电阻r1与电阻R4加第一步进盘两把电刷间电阻并联后使电阻值减小，因此在直流电位差计电路中串入电阻r2来保持总电阻值不变。在×0.1量程，电阻R4加第一步进盘两把电刷间电阻的总电阻串联电阻r4后，以99倍于电阻r3的阻值与电阻r3并联，使流过测量盘电流减小到×10量程时的1/100，使量限降低到×10量程的1/100，并联使阻值减小，通过在直流电位差计电路中再串联进电阻r6加电阻r7来保持总电阻不变。在×0.01量程，阻值为电阻R4加第一步进盘两把电刷间电阻串联电阻r4与电阻r5后，以999倍于电阻r3的阻值与电阻r3并联，使流过测量盘电流减小到×10量程时的千分之一，并联后使电路减小了电阻值，通过在直流电位差计电路中串入电阻r7来保持电路阻值不变。
直流电位差计标准工作电流为1.1mA，第一步进盘两把电刷间左边电流1mA，右边电流0.1mA，左边电流流到与第Ⅱ′代换盘电刷接触的触点后分成两个支路，一路经过第Ⅱ′代换盘电刷、电阻12.1Ω电阻R2、到与第Ⅱ测量盘电刷接触的触点，这一路阻值是12.1Ω，另一路经过双滑线盘后到与第Ⅱ测量盘电刷接触的触点，这一路阻值是121Ω，因此，12.1Ω电阻R2上的电流是10/11mA，双滑线盘上的电流是1/11mA。
当工作电流标准化后，第Ⅰ测量盘置n1，第Ⅱ测量盘置n2，第Ⅲ测量盘置n3，双滑线盘置n4(n为某大格示值)，开关K2掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为：UX＝1/11×1.1n4+1/11×110+10/11×11n2+1×R1+1×1000n1/11-0.1×(20-n1)×1000/11-0.1(10-n3)×10 (mV)＝0.1n4+10+10n2+2000/11+1000n1/11-2000/11+100n1/11-10+n3(mV)＝1000n1/11+100n1/11+10n2+n3+0.1n4+10+2000/11-2000/11-10(mV)＝100n1+10n2+n3+0.1n4(mV)
以上是×10量程时的示值，
在×1量程时，三个步进盘与一个双滑线盘的示值表达为10n1+n2+0.1n3+0.01n4(mv)
在×0.1量程时，三个步进盘与一个双滑线盘的示值表达为n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4(mv)
在×0.01量程时，三个步进盘与一个双滑线盘的示值表达为0.1n1+0.01n2+0.001n3+0.0001n4(mv)
直流电位差计工作电压为1.5V，由于干电池每节稳定电动势在1.4V～1.65V之间，为实现电源电压在4.2V～4.95V均能把直流电位差计工作电流调整到标准状态，取固定电阻R0＝190Ω，可调电阻RP1＝22×30Ω，可调电阻RP2调节范围在0～35Ω之间。
本电位差计分辨率达0.01μV，检流计G采用AC12型光电放大式检流计。
内附标准是这样校准的：在“Ux”两端的两个测量端钮按极性接上2V标准电压信号，开关K2掷向左边，测量盘示值与标准电压值相同，通过调节工作电流调节电阻RP1及RP2，使检流计指零，再将开关K2掷向右边，不饱和标准电池的电动势在生产厂出厂时是离散的，在1.0188～1.0196V之间，取样用调定电阻RN的阻值是926Ω，串联了0～2Ω可调电阻RP3，调节可调电阻RP3，使检流计再次指零，再将开关K2掷向左边，调节可调电阻RP2，使检流计指零，又将开关K2掷向右边，调节可调电阻RP3，使检流计指零，当开关K2掷向左边及掷向右边不作调节，检流计均指零时，说明直流电位差计的工作电流已标准化，即调定电阻上的压降与不饱和标准电池EN的电动势已经相等，这时将可调电阻RP3锁定，这台直流电位差计今后就以此为标准。
Claims (1)
1.一种直流电位差计，电流从直流电位差计4.5V工作电源的正极经过三个步进盘、一个双滑线盘上的电阻网络到926Ω调定电阻RN和调节范围在0～2Ω的可调电阻RP3，再到190Ω固定电阻R0，经过0～35Ω的可调电阻RP2及22×30Ω的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成直流电位差计的工作回路；从标准电池EN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RN及可锁定的可调电阻RP3，再到标准电池负极组成直流电位差计的标准回路；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，从正极端钮经过三个测量盘、一个测量盘滑线的电阻网络后，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到负极端钮组成直流电位差计的补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20×1000/11Ω的第Ⅰ测量盘与第Ⅰ′代换盘组成，第二步进盘由各有10×11Ω的第Ⅱ测量盘与第Ⅱ′代换盘组成，在第二步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过12.1Ω电阻R2连接，第三步进盘由各有10×10Ω的第Ⅲ测量盘与第Ⅲ′代换盘组成，在第三步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过导线连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0～11Ω，即始端为0Ω，末端为11Ω，其中一根为第Ⅳ测量盘滑线，另一根为第Ⅳ′代换盘滑线，双滑线盘的刻度盘标有0、1、2、……10十一个示值点的10大格，每大格有不标数字均匀分布的10小格，每大格对应阻值为1.1Ω，双滑线盘刻度盘的“0”示值，也就是第Ⅳ′代换盘滑线及第Ⅳ测量盘滑线第0触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的始端，双滑线盘的刻度盘“10”示值，也就是第Ⅳ′代换盘滑线及第Ⅳ测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的末端；两根滑线电阻上的电刷是同一片金属片；第Ⅰ′代换盘第20触点连接第Ⅱ′代换盘第10触点，第Ⅱ′代换盘第0触点连接第Ⅳ′代换盘滑线第10触点，第Ⅳ测量盘滑线第0触点连接第Ⅱ测量盘第10触点，第Ⅱ测量盘第0触点经过一只2000/11Ω电阻R1后与第Ⅰ测量盘第0触点连接，第Ⅰ′代换盘第0触点经过一只212210/11Ω电阻R3后与第Ⅲ′代换盘第0触点连接，第Ⅲ测量盘第10触点与第Ⅰ测量盘第20触点连接；第Ⅰ′代换盘电刷通过8490/11Ω电阻R4后与300Ω电阻r1的一端及30Ω电阻r3的一端并联在直流电位差计工作电源正极，电阻r1的另一端连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×1量程触点，电阻r3的另一端连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×0.1及×0.01量程触点，第Ⅰ测量盘电刷连接三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层的×10量程触点后连接K1-2层的×1量程触点，三刀四掷量程转换开关K1的K1-2层的×1量程触点与×0.1量程触点间通过270Ω电阻r4连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-2层的×0.01量程触点与×0.1量程触点间通过27000Ω电阻r5连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×0.01量程触点与×0.1量程触点间通过0.27Ω电阻r6连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×0.01量程触点通过240.03Ω电阻r7连接K1-3层的×1量程触点间，三刀四掷量程转换开关K1的K1-3层的×1量程触点与K1-3层的×10量程触点间通过2430Ω电阻r2连接，K1-3层的×10量程触点与926Ω的调定电阻RN的高电位端连接，三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层、K1-2层、K1-3层的三个常闭触点短接；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮与第Ⅳ测量盘滑线第10触点连接，负极端钮通过检流计切换开关K2与第Ⅲ测量盘第0触点连接。
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