CN101788589A - 二量程电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量的二量程电位差计，它有三只步进盘与一只双滑线盘，每只盘都由阻值相同的电阻组成测量盘与代换盘，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，使电位差计测量时不存在变差及热电势影响；通过改变工作电流的大小，获得两个量程变换，最小分辨率为1μV。

Description

二量程电位差计

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200510062262.1及200510062220.8公布了有三只步进盘与一只双滑线盘的电位差计，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，由于第二步进盘不置在第0触点时，第三步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第二步进盘置在第0触点时，第三步进盘置不同示值时电路总阻不变，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第二步进盘置第0触点及不置第0触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。三只测量盘与一只测量盘滑线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，三只测量盘与一只测量盘滑线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，是设计一种有三只步进盘与一只双滑线盘的电位差计，它测量开关步进切换的接触电阻及变差，开关热电势不影响测量结果；并且三只步进盘与一只滑线盘都不用辅助盘。它有二个量程，最小分辨率为1μV。

本发明用的技术方案是：电流从电位差计4.5V工作电源的正极经过三只步进盘与一只双滑线盘上的电阻网络到调定电阻R_N，再到可调电阻及电阻R₀后回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；从标准电池EN正极经过两个常闭触点间接有检流计G双刀双掷开关K₂，到调定电阻RN及可锁定的可调电阻，再到标准电池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到负极端钮组成电位差计补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20只1000/11Ω电阻组成的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10只11Ω电阻组成的第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22Ω电阻R₂连接，第三步进盘由各有10只11Ω电阻组成的第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0～10Ω，即始端为0Ω，末端为10Ω，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个大格，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，双滑线盘刻度盘的“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刷片；第I′代换盘电刷连接电位差计工作电源正极，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III′代换盘第10触点，第III测量盘第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1901/11Ω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213200/11Ω电阻R₃后与第IV′代换盘滑线第0触点连接，第IV测量盘滑线第10触点连接第I测量盘第20触点，第I测量盘电刷连接双刀双掷量程转换开关K₁的K_1-2层的常闭触点，K_1-2层的×10量程触点连接926Ω的调定电阻R_N1，再经过0～2Ω可锁定的可调电阻R_P3，与标准电池E_N负极连接，K_1-2层的×1量程触点连接9260Ω的调定电阻R_N2，再经过0～20Ω可锁定的可调电阻R_P5，与标准电池E_N负极连接，标准电池E_N负极连接双刀双掷量程转换开关K₁的K_1-1层的常闭触点，K_1-1层的×10量程触点连接由22只30Ω电阻组成的可调电阻R_P1与由20只310Ω电阻组成的可调电阻R_P4的连接点，可调电阻R_P1的另一端经过0～35Ω可调电阻R_P2、960Ω电阻R₀与工作电源负极连接，可调电阻R_P4的另一端经过26000Ω电阻R_a与K_1-1层的×1量程触点连接；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮连接第III测量盘第10触点，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂后与第IV测量盘滑线第0触点连接。

通过以上技术方案，三只步进盘与一只双滑线盘都不用辅助盘，这使电位差计的开关结构简单，体积缩小，整台仪器外型尺寸也减小许多，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，零电势可增大滑线盘与第I测量盘之间引线电阻来修正。

附图说明

图1是本发明的原理电路。

在图1中，22×30Ω的可调电阻R_P1，表示可调电阻R_P1由22只30Ω的电阻组成，同理，20×310Ω的可调电阻R_P4，表示可调电阻R_P4由20只310Ω的电阻组成，20×1000/11Ω表示由20只1000/11Ω的电阻组成，10×11Ω表示由10只11Ω的电阻组成。

具体实施方式

在图1中，在×10量程，当三只步进盘与一只双滑线盘都置“0”时，第一步进盘两把电刷间左边电阻值等于2121Ω，右边电阻值等于21210Ω，因此，第一步进盘两把电刷间总电流的10/11左边流动，1/11右边流动。当三只步进盘与一只双滑线盘置其它触点时，每只测量盘增加的电阻等于代换盘减少的电阻，所以第一步进盘两把电刷间左、右两边电阻值不变。

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电流相等的两个支路，一路经过第II′代换盘电刷、22Ω电阻R₂、到与第II测量盘电刷接触的触点，这个支路电阻值是22Ω，另一路经过第三步进盘后到与第II测量盘电刷接触的触点，这个支路电阻值是220Ω，因此，22Ω电阻R₂上的电流是10/11mA，第三步进盘上的电流是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，第IV测量盘置n₄，开关K₂掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为：

U_X＝1/11×11n₃+1/11×11×10+10/11×11×n₂+1×1901/11+1×1000/11×n₁-0.1×

    1000/11×(20-n₁)-0.1×1×(10-n₄)(mv)

  ＝n₃+10+10n₂+1×1901/11+1000n₁/11-2000/11+100n₁/11-1+0.1n₄(mv)

  ＝1000n₁/11+100n₁/11+10n₂+n₃+0.1n₄+10+1901/11-2000/11-1   (mv)

  ＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄(mv)

在×1量程时，电路中串入了20×310Ω可调电阻R_P4及26000Ω电阻R_a，与标准电池RN对应的调定电阻RN为9260Ω，标准化时工作电流变为0.11mA；这时三只步进盘与一只双滑线盘上的示值表达为：

U_X＝10n₁+n₂+0.1n₃+0.01n₄(mv)

标准工作电流是这样确定的：在×10量程，把2V标准信号电压按极性与电压测量装置“U_x”两个测量端钮连接，电压测量装置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及可调电阻R_P2，使检流计G指零；再将双刀双掷开关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R_P3，调节可调电阻R_P3，使检流计G指零，这时把可调电阻R_P3锁定；在×1量程，标准信号电压改成200mV，操作上增加了调节可调电阻R_P4，其余操作同×10量程。

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，仪器采用三组电池串联供电，为实现电源电压在4.2V～4.95V均能把电位差计工作电流调整到标准状态，在×10量程，取电阻R₀＝960Ω，由22只30Ω的电阻组成可调电阻R_P1，可调电阻R_P2调节范围在0～35Ω之间；在×1量程，增加了26000Ω电阻R_a及20只310Ω的电阻组成可调电阻R_P1，调定电阻RN的阻值改成9260Ω。

Claims (1)

1.一种二量程电位差计，电流从电位差计4.5V工作电源的正极经过三只步进盘与一只双滑线盘上的电阻网络到调定电阻R_N，再到可调电阻及电阻R₀后回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；从标准电池EN正极经过两个常闭触点间接有检流计G双刀双掷开关K₂，到调定电阻RN及可锁定的可调电阻，再到标准电池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到负极端钮组成电位差计补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20只1000/11Ω电阻组成的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10只11Ω电阻组成的第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22Ω电阻R₂连接，第三步进盘由各有10只11Ω电阻组成的第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0～10Ω，即始端为0Ω，末端为10Ω，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个大格，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，双滑线盘刻度盘的“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刷片；第I′代换盘电刷连接电位差计工作电源正极，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III′代换盘第10触点，第III测量盘第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1901/11Ω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213200/11Ω电阻R₃后与第IV′代换盘滑线第0触点连接，第IV测量盘滑线第10触点连接第I测量盘第20触点，第I测量盘电刷连接双刀双掷量程转换开关K₁的K_1-2层的常闭触点，K_1-2层的×10量程触点连接926Ω的调定电阻R_N1，再经过0～2Ω可锁定的可调电阻R_P3，与标准电池E_N负极连接，K_1-2层的×1量程触点连接9260Ω的调定电阻R_N2，再经过0～20Ω可锁定的可调电阻R_P5，与标准电池E_N负极连接，标准电池E_N负极连接双刀双掷量程转换开关K₁的K_1-1层的常闭触点，K_1-1层的×10量程触点连接由22只30Ω电阻组成的可调电阻R_P1与由20只310Ω电阻组成的可调电阻R_P4的连接点，可调电阻R_P1的另一端经过0～35Ω可调电阻R_P2、960Ω电阻R₀与工作电源负极连接，可调电阻R_P4的另一端经过26000Ω电阻R_a与K_1-1层的×1量程触点连接；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮连接第III测量盘第10触点，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂后与第IV测量盘滑线第0触点连接。

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