CN103777050A

CN103777050A - 三量程电压测量仪器

Info

Publication number: CN103777050A
Application number: CN201110459600.0A
Authority: CN
Inventors: 孙笑声
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2014-05-07

Abstract

一种用于直流电压测量的三量程电压测量仪器，它的第一步进盘由18只10Ω电阻构成测量盘，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘与代换盘组成，第三、第四、五步进盘的各个触点与第二步进盘中测量盘上的对应触点连接，使第三、第四、五步进盘步进盘都不需电阻，使电压测量仪器内部引线电阻上总电压降几乎为零，电压测量仪器测量时能够忽略零电势及热电势影响。

Description

三量程电压测量仪器

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

当前对于有五个步进盘的电压测量仪器，在五个步进盘之间的连接上，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；申请号200810121910.X公开了有五个步进盘的电压测量仪器解决开关接触电阻变差的新方法，它的五个步进盘都由测量盘及代换盘组成，不含辅助盘，每个测量盘及代换盘上都有电阻，它的五个步进盘上的测量盘与代换盘在电路中组成了桥式线路，它最大的毛病在于误差不独立，一旦测量盘某点示值超差，就无法确定是哪只电阻超差引起的，这对鉴定与维修带来不便。

发明内容

本发明的目的是设计一种有五个步进盘的三量程电压测量仪器，它不采用桥式线路，误差可以独立，且后三个步进盘只有测量盘，测量盘上没有电阻，这可以降低成本，减小仪器体积。

本发明的技术方案这样采取：从三量程电压测量仪器3V工作电源正极经过43Ω电阻R₀、由22只2.5Ω电阻构成的可调电阻R_P1、调节范围在0～2.7Ω之间的可调电阻R_P2、调节范围在0～0.1Ω之间的可调电阻R_P3，再经过五个步进盘，又经过92.6Ω调定电阻R_N和调节范围在0～0.2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4回到三量程电压测量仪器工作电源的负极组成三量程电压测量仪器工作回路；不饱和标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂到92.6Ω调定电阻R_N和调节范围在0～0.2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4，再经过820KΩ电阻R₁₅到不饱和标准电池E_N负极组成三量程电压测量仪器标准回路；用于连接被测量“U_X”的两个端钮，负极端钮经过依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂，再经过五个测量盘连接正极端钮组成三量程电压测量仪器补偿回路；运算放大器ICL7650通过正反连接的两只二极管D₁、D₂对运算放大器ICL7650输入端进行保护；330Ω电阻R₁₂与双刀双掷开关K₂的常闭触点连接点为运算放大器ICL7650同相输入端并通过100Ω温度补偿电阻R₁₆接地，双刀双掷开关K₁中K_1-2层的金属接触环通过100Ω电阻R₁₅连接运算放大器ICL7650反相输入端，运算放大器ICL7650输出端一路通过1MΩ反馈电阻R₁₇连接100Ω电阻R₁₅与运算放大器ICL7650反相输入端间的连接点，另一路通过电流表G后接地；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……18共19个档位，上面有18只10Ω电阻，除第0、第1触点外，各档触点间连接10Ω电阻一只，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘II与代换盘II′组成，第三步进盘的测量盘III，第四步进盘的测量盘IV、第五步进盘的测量盘V上的各个触点与第二步进盘中测量盘II上的对应触点连接，可调电阻R_P3的低电位一端为电路节点C，节点C一路经过2Ω电阻R₁到节点D后又分成两路，一路连接第一个步进盘测量盘I上的第18触点，测量盘I上第1触点经过一只10Ω电阻后与第二步进盘中测量盘II的第0触点连接点为电路节点A，测量盘I上第0触点也与节点A连接；节点D另一路经过20Ω电阻R₂后连接电路节点A，测量盘V的金属接触环经过1000KΩ电阻R₃、测量盘IV的金属接触环经100KΩ电阻R₄、测量盘III的金属接触环经过10KΩ电阻R₅都连接于电路节点B，代换盘II′的第10触点经过990Ω电阻R₆与电路节点B连接，电路节点A经过112.4986Ω电阻R₇连接电路节点B，节点B与1080Ω电阻R₁₁的一端连接于双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×10量程触点，1080Ω电阻R₁₁的另一端及108Ω电阻R₁₀的一端连接于双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×1量程触点，节点C另一路经过12Ω电阻R₈连接108Ω电阻R₁₀的另一端后再经过97.2Ω电阻R₉与双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×0.1量程触点连接，双刀三掷开关K₁中K_1-1层的金属接触环连接调定电阻R_N高电位一端，用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极端钮与测量盘I的金属接触环连接，负极端钮经过两个常闭触点之间依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂后与测量盘II的第10触点连接。

通过以上技术方案，第一、第三、第四、第五步进盘都没有代换盘，且第三、第四、第五步进盘的测量盘上都没有电阻，五个步进盘误差独立，后四个步进盘相同步进误差一致，这给调试与维修带来方便；也使电压测量仪器结构简单，体积缩小，从而降低了生产成本；当电压测量仪器五个测量盘置“0”时，电压测量仪器的内部线路总电势是A点电位，一点电位为“0”，所以本电压测量仪器的零电势为零；后四个步进盘各个支路几个μV的热电势都串联在1V电压降上，因此热电势对“U_X”的两个测量端钮影响可以忽略；补偿回路电阻几乎不变，能有效保证检流计在正常阻尼下工作，即使信号电压很小，也能获取较大的信号电流。

附图说明

附图是本发明原理电路。

在图1中，第一步进盘测量盘I上18×10Ω，的表示测量盘I由18只10Ω电阻组成，同理，可调电阻R_P1上22×2.5Ω的表示可调电阻R_P1由22只2.5Ω电阻构成。

在图1中，步进盘及温度补偿盘上粗黑线条表示金属接触环，空心小圆圈表示金属触点，双向箭头表示金属电刷。

具体实施方式

图1中，在×10量程，从节点C到节点A的阻值是20Ω，节点A、B之间阻值为100Ω，从节点C经过节点A到节点B的电阻值是120Ω，从节点C经过电阻R₈、R₁₀、R₁₁到双刀三掷开关K₁的K_1-1层×10量程触点间的电阻值是1200Ω，三量程电压测量仪器工作电流标准化时的电流是11mA，10mA电流流过五个步进盘到量程转换开关K₁的K_1-1层×10量程触点，1mA流过电阻R₈、R₁₀、R₁₁到双刀三掷开关K₁的K_1-1层×10量程触点。

在×1量程，从节点C到节点A再到节点B的电阻值是120Ω，加上电阻R₁₁电阻值共1200Ω，从节点C经过电阻R₈、R₁₀到双刀三掷开关K₁的K_1-1层×1量程触点间的电阻值共120Ω，所以1mA电流流过五个步进盘到量程转换开关K₁的K_1-1层×1量程触点，10mA流过电阻R₈、R₁₀、到双刀三掷开关K₁的K_1-1层×1量程触点。

在×0.1量程时，从节点C到节点A再到节点B的电阻值是120Ω，加上电阻R₁₀、电阻R₁₁电阻值共1308Ω，是电阻R₈的109倍，因此流过五个步进盘电流是三量程电压测量仪器工作电流标准化时电流的1/110，即0.1mA。并联减小的阻值通过串联97.2Ω电阻R₉来保持电路阻值不变。

在×10量程，10mA工作电流在节点D分成两路，一路经过第一个步进盘的测量盘I上的电阻180Ω，另一路经过电阻R₂为20Ω，所以，流过测量盘I电阻上的电流是1mA流过电阻R₂上的电流为9mA，电压测量仪器10mA工作电流经过节点A后分成五路：一路经过测量盘III，一路经过测量盘IV，一路经过测量盘V，另一路经过第二步进盘，再一路经过112.4986Ω电阻R₇，四路电流汇合于节点B。除经过电阻R₇支路外，节点A、节点B之间各支路电阻比：测量盘V∶测量盘IV∶测量盘III∶第二步进盘＝1000∶100∶10∶1，所以，除流过电阻R₇支路外，流过节点A、节点B之间各支路电流比为：测量盘V∶测量盘IV∶测量盘III∶第二步进盘＝1∶10∶100∶1000，除电阻R₇支路外，节点A、节点B之间电阻是1000KΩ/1111，让流过测量盘V、测量盘IV、测量盘III与第二步进盘的总电流是1.111mA，流过电阻R₇的电流为8.889mA，则8.889mA×R₇＝1000KΩ/1111×1.111mA，电阻R₇＝112.4986Ω。电压测量仪器10mA工作电流经过电阻R₇分流，使得流过测量盘V电流为0.001mA，测量盘IV电流为0.01mA，第三步进盘电流为0.1mA，第二步进盘电流为1mA；

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，第IV测量盘掷n₄，第V测量盘掷n₅，开关K₂掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为：

U_X＝1×10n₁+1×n₂+0.1×n₃+0.01×n₄+0.001×n₅(mv)

＝10n₁+n₂+0.1n₃+0.01n₄+0.001n₅(mv)

在×1量程时，第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三步进盘置n₃、第四步进盘置n₄、第五步进盘置n₅，“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_X＝0.1×10n₁+0.1×n₂+0.01×n₃+0.001×n₄+0.0001×n₅(mv)

＝n₁+0.1n₂+0.01n₃+0.001n₄+0.0001n₅(mv)

在×0.1量程时，第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三步进盘置n₃、第四步进盘置n₄、第五步进盘置n₅，“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_X＝0.01×10n₁+0.01×n₂+0.001×n₃+0.0001×n₄+0.00001×n₅(mv)

＝0.1n₁+0.01n₂+0.001n₃+0.0001n₄+0.00001n₅(mv)

双刀双掷开关K₂两个常闭触点之间的330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄对运算放大器ICL7650输入端信号进行分压，在×10量程，双刀双掷开关K₂两个常闭触点之间信号最强，这时运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K₂两个常闭触点之间信号的330/(2000+1000+330)，在×1量程，运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K₂两个常闭触点之间信号的(330+1000)/(2000+1000+330)，在×0.1量程，运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K₂两个常闭触点之间全部信号。

不饱和标准电池每批生产的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流为11mA，因此调定电阻R_N取92.6Ω，外加0～0.2Ω可锁定的可调电阻R_P4可以覆盖不饱和标准电池电动势的变化范围。

甲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，为了使甲电池在新、旧情况下都能使电压测量仪器的工作电流调节到标准化，为此电阻R₀取43Ω，粗调的可调电阻R_P1由22只2.5Ω电阻构成，中调的可调电阻R_P2取调节范围在0～2.7Ω之间、细调的可调电阻R_P3取调节范围在0～0.1Ω之间，这样，当工作电源电压在2.7～3.3V时，都可以通过调节可调电阻，把工作电流调节在11mA。工作电源可用两组甲电池串联供电，也可外接稳压电源。

标准电流是这样确定的：把100mV标准信号电压按极性与电压测量仪器“U_x”两个测量端钮连接，电压测量仪器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，可调电阻R_P2可调电阻R_P3，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_P4，使检流计G指零，再重复一次，这时把可调电阻R_P4锁定；电压测量仪器今后使用时依此为标准。

Claims

1.一种三量程电压测量仪器，从三量程电压测量仪器3V工作电源正极经过43Ω电阻R₀、由22只2.5Ω电阻构成的可调电阻R_P1、调节范围在0～2.7Ω之间的可调电阻R_P2、调节范围在0～0.1Ω之间的可调电阻R_P3，再经过五个步进盘，又经过92.6Ω调定电阻R_N和调节范围在0～0.2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4回到三量程电压测量仪器工作电源的负极组成三量程电压测量仪器工作回路；不饱和标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂到92.6Ω调定电阻R_N和调节范围在0～0.2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4，再经过820KΩ电阻R₁₅到不饱和标准电池E_N负极组成三量程电压测量仪器标准回路；用于连接被测量“U_X”的两个端钮，负极端钮经过依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂，再经过五个测量盘连接正极端钮组成三量程电压测量仪器补偿回路；运算放大器ICL7650通过正反连接的两只二极管D₁、D₂对运算放大器ICL7650输入端进行保护；330Ω电阻R₁₂与双刀双掷开关K₂的常闭触点连接点为运算放大器ICL7650同相输入端并通过100Ω温度补偿电阻R₁₆接地，双刀双掷开关K₁中K_1-2层的金属接触环通过100Ω电阻R₁₅连接运算放大器ICL7650反相输入端，运算放大器ICL7650输出端一路通过1MΩ反馈电阻R₁₇连接100Ω电阻R₁₅与运算放大器ICL7650反相输入端间的连接点，另一路通过电流表G后接地；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……18共19个档位，上面有18只10Ω电阻，除第0、第1触点外，各档触点间连接10Ω电阻一只，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘II与代换盘II′组成，第三步进盘的测量盘III，第四步进盘的测量盘IV、第五步进盘的测量盘V上的各个触点与第二步进盘中测量盘II上的对应触点连接，可调电阻R_P3的低电位一端为电路节点C，节点C一路经过2Ω电阻R₁到节点D后又分成两路，一路连接第一个步进盘测量盘I上的第18触点，测量盘I上第1触点经过一只10Ω电阻后与第二步进盘中测量盘II的第0触点连接点为电路节点A，测量盘I上第0触点也与节点A连接；节点D另一路经过20Ω电阻R₂后连接电路节点A，测量盘V的金属接触环经过1000KΩ电阻R₃、测量盘IV的金属接触环经100KΩ电阻R₄、测量盘III的金属接触环经过10KΩ电阻R₅都连接于电路节点B，代换盘II′的第10触点经过990Ω电阻R₆与电路节点B连接，电路节点A经过112.4986Ω电阻R₇连接电路节点B，节点B与1080Ω电阻R₁₁的一端连接于双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×10量程触点，1080Ω电阻R₁₁的另一端及108Ω电阻R₁₀的一端连接于双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×1量程触点，节点C另一路经过12Ω电阻R₈连接108Ω电阻R₁₀的另一端后再经过97.2Ω电阻R₉与双刀三掷开关K₁中K_1-1层的×0.1量程触点连接，双刀三掷开关K₁中K_1-1层的金属接触环连接调定电阻R_N高电位一端，用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极端钮与测量盘I的金属接触环连接，负极端钮经过两个常闭触点之间依次接有330Ω电阻R₁₂、2KΩ电阻R₁₃、2KΩ电阻R₁₄的双刀双掷开关K₂后与测量盘II的第10触点连接。