CN105548649A - 有六个步进盘的电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量的有六个步进盘的电位差计，当六个步进盘置“0”触点时，电位差计内部引线电阻产生的电势都集中在一个点，因此六个步进盘的电位差计零电势为“0”，后面三个步进盘测量盘与代换盘上的触点与第三步进盘测量盘与代换盘上的对应触点连接，它使电位差计的开关接触电阻及变差、热电势对仪器影响都很小；本电位差计可以用于测量微小电压。

Description

有六个步进盘的电位差计

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

当前对于有多个步进盘的电位差计，在多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，并采用银一铜复合材料；申请号200510062236.9、200810121910.X等发明专利公开了有多个步进盘的电位差计解决开关接触电阻变差的新方法，它的多个步进盘都由测量盘及代换盘组成，每个测量盘及代换盘上都有电阻，它的多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六个步进盘的电位差计，它不采用桥式线路，这样误差可以独立，且后三个步进盘触点间没有电阻，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：从电位差计3V工作电源的正极经过700Ω电阻R_M、由22只30Ω电阻串联构成的可调电阻R_P1、由22只1.5Ω电阻串联构成的可调电阻R_P2、及调节范围在0～1.6Ω之间的可调电阻R_P3，经过六个步进盘，到1018Ω调定电阻R_N，再经过0～2Ω可锁定滑动触点的可调电阻R_P4回到电位差计3V工作电源的负极组成电位差计工作回路；从不饱和标准电池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K到1018Ω调定电阻R_N和调节范围在0～2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4，再经过200KΩ电阻R₀到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过六个测量盘后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K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有0、1、2、……20共21个档位的测量盘I组成，除“0”触点独立，第一只电阻一只脚焊第一触点，另一只脚悬空外，测量盘I其余各档触点间连接阻值是1Ω的电阻一只，第二步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘II′组成，除“0”触点独立，第一只电阻一只脚焊第一触点，另一只脚悬空外，测量盘II各档触点间连接阻值是0.1Ω的电阻一只，代换盘II′各档触点间连接阻值也是0.1Ω的电阻一只，第三步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘III′组成，测量盘III各档触点间连接阻值是0.01111Ω的电阻一只，代换盘III′各档触点间连接阻值也是0.01111Ω的电阻一只，测量盘III的第“0”触点为电路节点A，代换盘III′的第“10”触点为电路节点B，第四步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘IV′组成，第五步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘V′组成，第六步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘VI′组成，第四步进盘中测量盘IV与代换盘IV′上的各个触点，第五步进盘中测量盘V与代换盘V′上的各个触点，第六步进盘中测量盘VI与代换盘VI′上的各个触点，与第三步进盘中测量盘III与代换盘III′对应触点连接；第三步进盘测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环间用999.889Ω的电阻R₁连接，第四步进盘测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环间用9999.89Ω的电阻R₂连接，第五步进盘测量盘V的金属接触环与代换盘V′的金属接触环间用100KΩ的电阻R₃连接，第六步进盘测量盘VI的金属接触环与代换盘VI′的金属接触环间用1MΩ的电阻R₄连接；每个步进盘测量盘上的电刷与代换盘上的电刷转动时同步；测量盘I的第“20”触点连接可调电阻R_P3的低电位端，测量盘I的第“0”触点连接测量盘II的第“10”触点，测量盘I的第一只电阻悬空脚连接测量盘II的金属接触环，测量盘II的第“0”触点连接节点A，测量盘II的第一只电阻悬空脚也连接节点A，节点B连接代换盘II′第“10”触点，代换盘II′第“0”触点连接代换盘II′的金属接触环，代换盘II′的金属接触环，连接1018Ω调定电阻R_N的高电位端，1018Ω调定电阻R_N，再经过0～2Ω可锁定滑动触点的可调电阻R_P4连接电位差计3V工作电源的负极；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接有检流计G的双刀双掷开关K后与测量盘III的第“10”触点连接。

通过以上技术方案，第四、第五、第六步进盘触点间都没有电阻，且六个步进盘误差独立，后四个步进盘相同步进的误差一致，这给调试与维修带来方便，也使电位差计结构简单，体积缩小，从而降低了生产成本；电位差计虽然有六个步进盘，但通过第一、第二步进盘的特殊结构及本仪器线路连接方式，使电位差计六个测量盘置“0”时，电位差计的内部线路总电势是A点电位，一点电位为“0”，所以本电位差计的零电势很小，后四个步进盘各个支路几个μV的热电势都串联在以伏为单位的电压降上，因此热电势对“U_X”的两个测量端钮影响可以忽略。

附图说明

图1是本发明的一种原理电路。

在图1中，22×30Ω的可调电阻R_P1，表示可调电阻R_P1上有22只阻值是30Ω的电阻串联，同理，22×1.5Ω的可调电阻R_P2，表示可调电阻R_P2上有22只阻值是1.5Ω的电阻串联，第一步进盘测量盘I上的20×1Ω表示测量盘I有20只阻值是1Ω的电阻串联。

第二步进盘测量盘II与代换盘II′上的10×0.1Ω，表示测量盘II与代换盘II′上都有10只阻值是0.1Ω的电阻串联。

第三步进盘测量盘II与代换盘II′上的10×0.01111Ω，表示测量盘II与代换盘II′上都有10只阻值是0.01111Ω的电阻串联。

在图1中，步进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

实施例1，在图1中，测量盘I置“0”时，用于连接被测量“U_X”的正极端钮只测量到“A”点电位，把测量盘I与测量盘II之间十几毫欧连线电阻的电压降排除在外，测量盘I置“1”时，测量盘I与测量盘II之间十几毫欧连线电阻会加在第一只电阻上，引起十几微伏的超差，所以第一只电阻比1Ω准确值要小十几毫欧；同理，测量盘II置“0”时，连接被测量“U_X”的正极端钮只测量到“A”点电位，把测量盘III与测量盘II之间十几毫欧连线电阻的电压降排除在外，测量盘II置“1”时，测量盘III与测量盘II之间十几毫欧连线电阻会加在第一只电阻上，引起十几微伏的超差，所以第一只电阻比0.1Ω准确值要小十几毫欧；第二步进盘任意转动，电流流过测量盘II增加的电阻等于电流流过代换盘II′减少的电阻，因此第二步进盘任意转动时，电路总电阻不变。当电位差计六个步进盘都置“0”时，内部线路总电势是A点电位，一点电位为“0”，所以本电位差计的零电势很小，

第三步进盘在节点A、B之间的阻值是1000Ω，测量盘与代换盘的开关接触电阻变差一般小于2×10^-4Ω，变差引起误差可以忽略，第三步进盘往后的三个步进盘，测量盘金属接触环与代换盘的金属接触环间连接的电阻阻值更大，开关接触电阻变差的影响更可以忽略，因此虽然本电位差计有六个步进盘，但可以用来测量微小电压。

节点A、节点B之间的后四个步进盘中任意一个步进盘转动时，电流流过测量盘增加的电阻等于电流流过代换盘减少的电阻，反之也然，所以，后四个步进盘不管置何示值，该步进盘在节点A与节点B之间电阻值不变，这能保证后四个步进盘不管置何示值，各步进盘电阻比值基本不变，也保证各步进盘的电流基本不变。

电位差计标准工作电流设计成1mA，电位差计1mA工作电流经过节点A后分成四路：一路经过测量盘III，一路经过测量盘IV，一路经过测量盘V，一路经过测量盘VI，四路电流汇合于节点B；节点A、节点B之间各支路电阻比：第六步进盘∶第五步进盘∶第四步进∶第三步进盘＝1000∶100∶10∶1，所以，流过节点A、节点B之间各支路电流比为：第六步进盘∶第五步进盘∶第四步进∶第三步进盘＝1∶10∶100∶1000，

当两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K置在左边时，电位差计1mA电流全部流过测量盘III上某一个电阻，这个电阻在连接被测量“U_X”的两个测量端钮间贡献的电压值是0.01111mV，其中，第三步进盘贡献的电压值是1×10^-2mV，第四步进盘贡献的电压值是1×10^-3mV，第五步进盘贡献的电压值是1×10^-4mV，第六步进盘贡献的电压值是1×10^-5mV，电流流过测量盘I时，测量盘I每个步进是1mV，电流流过测量盘II时，测量盘II每个步进是0.1mV。

电位差计工作电压为3V，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1.35V～1.65V均能把电位差计工作电流调整到标准状态，取固定电阻R_M＝700Ω，可调电阻RP₁＝22×30Ω，可调电阻RP₂＝22×1.5Ω，可调电阻R_P3为0～1.6Ω，这样用两组干电池串联起来就可以作为电位差计工作电源，也可以用外接3V稳压电源工作。

在标准回路中，为避免回路电流过大，采用200KΩ电阻R₀来限流，由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流为1mA，因此调定电阻R_N取1018Ω，外加0～2Ω可锁定的可调电阻R_P4，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

电位差计的标准工作电流是这样获得：把20mV标准信号电压按极性与电位差计“U_x”两个测量端钮连接，电位差计各步进盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K掷向左边，调节可调电阻R_P1、可调电阻R_P2及可调电阻R_P3，使检流计G指零；再将双刀双掷开关K掷向右边，调节可调电阻R_P4，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P4锁定，这时电位差计的工作电流就标准化，仪器使用时，先校对标准，要对读数盘进行读数时，校对标准后再读数。

Claims (1)

1.一种有六个步进盘的电位差计，从电位差计3V工作电源的正极经过700Ω电阻R_M、由22只30Ω电阻串联构成的可调电阻R_P1、由22只1.5Ω电阻串联构成的可调电阻R_P2、及调节范围在0～1.6Ω之间的可调电阻R_P3，经过六个步进盘，到1018Ω调定电阻R_N，再经过0～2Ω可锁定滑动触点的可调电阻R_P4回到电位差计3V工作电源的负极组成电位差计工作回路；从不饱和标准电池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K到1018Ω调定电阻R_N和调节范围在0～2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻R_P4，再经过200KΩ电阻R₀到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过六个测量盘后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K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有0、1、2、……20共21个档位的测量盘I组成，除“0”触点独立，第一只电阻一只脚焊第一触点，另一只脚悬空外，测量盘I其余各档触点间连接阻值是1Ω的电阻一只，第二步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘II′组成，除“0”触点独立，第一只电阻一只脚焊第一触点，另一只脚悬空外，测量盘II各档触点间连接阻值是0.1Ω的电阻一只，代换盘II′各档触点间连接阻值也是0.1Ω的电阻一只，第三步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘III′组成，测量盘III各档触点间连接阻值是0.01111Ω的电阻一只，代换盘III′各档触点间连接阻值也是0.01111Ω的电阻一只，测量盘III的第“0”触点为电路节点A，代换盘III′的第“10”触点为电路节点B，第四步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘IV′组成，第五步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘V′组成，第六步进盘由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘VI′组成，第四步进盘中测量盘IV与代换盘IV′上的各个触点，第五步进盘中测量盘V与代换盘V′上的各个触点，第六步进盘中测量盘VI与代换盘VI′上的各个触点，与第三步进盘中测量盘III与代换盘III′对应触点连接；第三步进盘测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环间用999.889Ω的电阻R₁连接，第四步进盘测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环间用9999.89Ω的电阻R₂连接，第五步进盘测量盘V的金属接触环与代换盘V′的金属接触环间用100KΩ的电阻R₃连接，第六步进盘测量盘VI的金属接触环与代换盘VI′的金属接触环间用1MΩ的电阻R₄连接；每个步进盘测量盘上的电刷与代换盘上的电刷转动时同步；测量盘I的第“20”触点连接可调电阻R_P3的低电位端，测量盘I的第“0”触点连接测量盘II的第“10”触点，测量盘I的第一只电阻悬空脚连接测量盘II的金属接触环，测量盘II的第“0”触点连接节点A，测量盘II的第一只电阻悬空脚也连接节点A，节点B连接代换盘II′第“10”触点，代换盘II′第“0”触点连接代换盘II′的金属接触环，代换盘II′的金属接触环，连接1018Ω调定电阻R_N的高电位端，1018Ω调定电阻R_N，再经过0～2Ω可锁定滑动触点的可调电阻R_P4连接电位差计3V工作电源的负极；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接有检流计G的双刀双掷开关K后与测量盘m的第“10”触点连接。