CN101813722B - 三量程直流电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量的三量程电位差计，它的三只步进盘与一只双滑线盘，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，使电位差计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；通过两个分流电阻，获得三个量程变换，最小分辨率为0.1μV。

Description

三量程直流电位差计

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200510062271.0公布了有三个步进盘、一个双滑线盘的三量程直流电位差计，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触点时，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触点时阻值最小，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。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有三个步进盘与一个双滑线盘的三量程直流电位差计，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R_N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R_P2及22×30Ω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，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点连接第II′代换盘第10点，第II′代换盘第0点连接第IV′代换盘滑线第10点，第IV测量盘滑线第0点连接第II测量盘第10点，第II测量盘第0点经过一只2000/11Ω电阻R₁后与第I测量盘第0点连接，第I′代换盘第0点经过一只212210/11Ω电阻R₃后与第III′代换盘第0点连接，第III测量盘第10点与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷经过8490/11Ω电阻R₄后与300Ω电阻r₁并联在直流电位差计工作电源正极，电阻r₁的另一端连接量程转换开关K₁的K_1-1层的×1量程触点，K_1-2层的×1量程触点与K_1-1层的×10量程触点连接，K_1-3层的×1量程触点通过2430Ω电阻r₂与K_1-3层的×10量程触点连接，连接后再接在调定电阻R_N的高电位端，三刀三掷开关K_1-1层的×10量程触点连接第I测量盘电刷；30Ω电阻r₃连接直流电位差计工作电源正极，电阻r₃的另一端连接K_1-1层的×0.1量程触点，K_1-2层的×0.1量程触点通过270Ω电阻r₄与K_1-1层的×10量程触点连接，K_1-3层的×0.1量程触点与K_1-3层的×1量程触点通过240.3Ω电阻r₅连接，三刀三掷量程转换开关K₁的K_1-1层、K_1-2层、K_1-3层的三个常闭触点短接；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IV测量盘滑线第10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III测量盘第0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是本发明的原理电路。

在图1中，22×30Ω可调电阻R_p1，表示可调电阻R_p1由22只30Ω电阻组成，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

在图1中，×10量程时，当三个步进盘、一个滑线盘都置“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。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，阻值为第一步进盘两把电刷间的电阻加电阻R₄总阻值的1/9的电阻r₁与第一步进盘两把电刷间的电阻加电阻R₄总阻并联，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与两把电刷并联后使电阻值减小，因此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，第一步进盘两把电刷间的电阻加电阻R₄总阻串联电阻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少到×10量程的1/100，使量限降低到×10量程的1/100，并联使阻值减少，通过在直流电位差计电路中串联进电阻r₅加电阻r₂来保持总阻值不变。

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＝1/11×1.1n₄+1/11×110+10/11×11n₂+1×R₁+1X1000n₁/11-0.1×(20-n₁)X1000/11-0.1(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)

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R_P1＝22×30Ω，可调电阻R_P2调节范围在0～35Ω之间。

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926Ω，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EN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。

Claims (1)

1.一种采用滑线盘的三个量程直流电位差计，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R_N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R_P2及22×30Ω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，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点连接第II′代换盘第10点，第II′代换盘第0点连接第IV′代换盘滑线第10点，第IV测量盘滑线第0点连接第II测量盘第10点，第II测量盘第0点经过一只2000/11Ω电阻R₁后与第I测量盘第0点连接，第I′代换盘第0点经过一只212210/11Ω电阻R₃后与第III′代换盘第0点连接，第III测量盘第10点与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷经过8490/11Ω电阻R₄后与300Ω电阻r₁并联在直流电位差计工作电源正极，电阻r₁的另一端连接量程转换开关K₁的K_1-1层的×1量程触点，K_1-2层的×1量程触点与K_1-1层的×10量程触点连接，K_1-3层的×1量程触点通过2430Ω电阻r₂与K_1-3层的×10量程触点连接，连接后再接在调定电阻R_N的高电位端，三刀三掷开关K_1-1层的×10量程触点连接第I测量盘电刷；30Ω电阻r₃连接直流电位差计工作电源正极，电阻r₃的另一端连接K_1-1层的×0.1量程触点，K_1-2层的×0.1量程触点通过270Ω电阻r₄与K_1-1层的×10量程触点连接，K_1-3层的×0.1量程触点与K_1-3层的×1量程触点通过240.3Ω电阻r₅连接，三刀三掷量程转换开关K₁的K_1-1层、K_1-2层、K_1-3层的三个常闭触点短接；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IV测量盘滑线第10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III测量盘第0点连接。

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