CN101788590B

CN101788590B - 直流电位差计

Info

Publication number: CN101788590B
Application number: CN2009102590835A
Authority: CN
Inventors: 骆晓英
Original assignee: 骆晓英
Current assignee: Hangzhou Tianye Communication Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: CN101788590A

Abstract

一种用于测量直流电压的电压测量装置，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，使电压测量装置测量时不存在变差及热电势影响；它有三个量程，最小分辨率为0.1μV。

Description

直流电位差计

本案是以2008年8月28日申请的一项发明，申请号200810120442.4，名称是“采用滑线盘的直流电位差计”为母案的一件分案申请。

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

申请号2005100623569、2005100622674、2005100622903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。

本发明的技术方案是这样的：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841Ω调定电阻R_N和调节范围在0～2Ω的可调电阻R_P3，再到800Ω固定电阻R₀，经过0～33Ω的可调电阻R_P2及20只30Ω电阻组成的可调电阻R_P1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_P3，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“U_X”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10Ω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导线连接，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22Ω电阻R₂连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0～110Ω，即始端为0Ω，末端为110Ω，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11Ω，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′代换盘电刷通过80Ω电阻R₄后与200Ω电阻r₁的一端并联在直流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测量盘第0触点经过一只2132/11Ω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210890/11Ω电阻R₃后与第III′代换盘第0触点连接，第III′代换盘第10触点连接第IV′代换盘滑线第0触点，第IV测量盘滑线第10触点连接第III测量盘第0触点，第III测量盘第10触点与第I测量盘第20触点连接；第I测量盘电刷与18000Ω电阻r₃的一端并联在单刀三掷量程转换开关K₁的×10量程触点，电阻r₃的另一端与1800Ω电阻r₂的一端并联在单刀三掷量程转换开关K₁的×1量程触点，电阻r₂的另一端电阻r₁的另一端连接后，经过1620Ω电阻r₄与单刀三掷量程转换开关K₁的×0.1量程触点连接，量程转换开关K₁的常闭触点与841Ω的调定电阻R_N高电位端连接；直流电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与第II测量盘第10触点连接，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与第IV测量盘滑线第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，20×30Ω可调电阻阻R_p1，表示可调电阻阻R_p1由20只30Ω电阻阻成，同理，20×1000/11Ω表示由20只1000/11Ω的电阻组成，10×10Ω表示由10只10Ω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，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2112Ω，右边电阻等于21120Ω，第一步进盘两把电刷间总电阻为1920Ω，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×10量程，第一步进盘两把电刷间总电阻加上80Ω电阻R₄，共3000Ω，第一步进盘两把电刷间电阻加电阻R₄被10倍于自身阻值的电阻r₁、电阻r₂、电阻r₃串联后并联，因此流过第一步进盘两把电刷间总电流为直流电位差计电流的10/11，流过电阻r₁、电阻r₂、电阻r₃的电流为直流电位差计工作电流的1/11；在×1量程时，第一步进盘两把电刷间的电阻加电阻R₄串联电阻r₃后10倍于互相串联的电阻r₁和电阻r₂相并联，使流过测量盘电流减少到×10量程的1/10；在×0.1量程时，第一步进盘两把电刷间电阻加电阻R₄串联电阻r₂与电阻r₃后与电阻r₁并联，串联后的电阻是电阻r₁的109倍，因此流过第一步进盘两把电刷间总电流是直流电位差计工作电流的1/110，该电流是×10量程时的电流的1/100。

直流电位差计标准工作电流为1.21mA，第一步进盘两把电刷间左边电流1mA，右边电流0.1mA，右边电流流到与第III′代换盘电刷接触的触点后分成两个支路，一路经过第III′代换盘电刷、电阻22Ω电阻R₂、到与第III测量盘电刷接触的触点，这一路阻值是22Ω，另一路经过双滑线盘后到与第III测量盘电刷接触的触点，这一路阻值是220Ω，因此，22Ω电阻R₂上的电流是1/11mA，双滑线盘上的电流是0.1/11mA。

当工作电流标准化后，第I测量盘掷n₁，第II测量盘掷n₂，第III测量盘掷n₃，双滑线盘掷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：

U_X＝1×10n₂+1×R₁+1×1000n₁/11-0.1×(20-n₁)×1000/11-0.1×(10-n₃)×11-0.1/11×11n₃-0.1/11×(10-n₄)×11(mv)＝10n₂+2132/11+1000n₁/11-2000/11+100n₁/11-11+1.1n₃-0.1n₃-1+0.1n₄(mv)＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄+(2000+121+11)/11-2000/11-11-1(mv)＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄(mv)

以上是×10量程时三个步进盘与一个双滑线盘的示值，

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)

内附标准是这样校准的：在“U_x”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R_P1及R_P2，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R_N的阻值是841Ω，串联了0～2Ω可调电阻R_P3，调节可调电阻R_P3，使检流计再次指零，再将开关K₂掷向左边，调节可调电阻R_P2，使检流计指零，又将开关K₂掷向右边，调节可调电阻R_P3，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E_N的电动势已经相等，这时将可调电阻R_P3锁定，这台直流电位差计今后就以此为标准。

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，仪器采用三组电池串联供电，为实现电源电压在4.2V～4.95V均能把直流电位差计工作电流调整到标准状态，取固定电阻R₀＝800Ω，由20只30Ω的电阻阻成可调电阻阻R_p1，可调电阻R_P2调节范围在0～33Ω之间。

Claims

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841Ω调定电阻R_N和调节范围在0～2Ω的可调电阻R_P3，再到800Ω固定电阻R₀，经过0～33Ω的可调电阻R_P2及20只30Ω电阻组成的可调电阻R_P1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_P3，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“U_X”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10Ω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导线连接，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22Ω电阻R₂连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0～110Ω，即始端为0Ω，末端为110Ω，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11Ω，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′代换盘电刷通过80Ω电阻R₄后与200Ω电阻r₁的一端并联在直流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测量盘第0触点经过一只2132/11Ω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210890/11Ω电阻R₃后与第III′代换盘第0触点连接，第III′代换盘第10触点连接第IV′代换盘滑线第0触点，第IV测量盘滑线第10触点连接第III测量盘第0触点，第III测量盘第10触点与第I测量盘第20触点连接；第I测量盘电刷与18000Ω电阻r₃的一端并联在单刀三掷量程转换开关K₁的×10量程触点，电阻r₃的另一端与1800Ω电阻r₂的一端并联在单刀三掷量程转换开关K₁的×1量程触点，电阻r₂的另一端电阻r₁的另一端连接后，经过1620Ω电阻r₄与单刀三掷量程转换开关K₁的×0.1量程触点连接，量程转换开关K₁的常闭触点与841Ω的调定电阻R_N高电位端连接；直流电位差计用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与第II测量盘第10触点连接，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与第IV测量盘滑线第0触点连接。