CN105807120A - 便携式电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量的便携式电位差计，它用四刀三掷开关替代现有各种型号便携式电位差计都采用的扳键开关，目前扳键开关国内只有一家生产厂，它生产的扳键开关达不到生产电位差计所要求的绝缘指标，所以电位差计生产厂对外购的扳键开关要进行绝缘再处理，先天不足绝缘性能要通过后天处理是很难达到要求的，所以使用扳键开关的电位差计有时会晴天雨天测量出来的数据不一样；如采用四刀三掷开关，那么各种型号、各种材质的开关选购余地很大，可以提高对开关要求的绝缘指标，价格也便宜得多。

Description

便携式电位差计

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

当前便携式电位差计的“标准-测量”转换开关普遍采用扳键开关，扳键开关目前国内只有一家厂生产，它生产的扳键开关达不到生产电位差计所要求的绝缘指标，所以仪器生产厂对外购的扳键开关要进行再处理，先天不足绝缘性能要通过后天处理是很难达到要求的，所以使用扳键开关的电位差计有时会晴天雨天测量出来的数据不一样，干燥季节与潮湿季节也不一样，扳键开关售价58元一只，如采用四刀三掷开关，那么各种型号、各种材质的开关选购余地很大，可以提高对开关要求的绝缘指标，价格也便宜得多。

发明内容

本发明的目的是设计一种便携式电位差计，它用一只具有“测量-标准-输出”三种功能可以切换的四刀三掷开关，替代便携式电位差计“标准-测量”转换用扳键开关。

本发明的技术方案这样采取：电流从便携式电位差计工作电源B₁的正极经过第一步进盘上有m个阻值是rΩ的测量盘I、最后个阻值是r.rΩ滑线盘II、阻值等于测量盘I和滑线盘II上电阻总和的电阻R₁、阻值等于电阻R₁(n-1)倍的电阻R₂及量程转换开关K₁：量程转换开关K₁置×1量程时，测量盘I、滑线盘II串联电阻R₂后与电阻R₁并联于量程转换开关K₁的K_1-1层×1量程触点，量程转换开关K₁置×n量程时电阻R₁串联电阻R₂后与测量盘I串联滑线盘II后并联于量程转换开关K₁的K_1-1层×n量程触点，量程转换开关K₁的K_1-1层的常闭触点为电路节点A，电流经过电路节点A再经过便携式电位差计工作时两端电压略小于或等于不饱和标准电池1.0188V起始电压的调定电阻R_N又经过可锁定的可调电阻R_P2、不可锁定的可调电阻R_P1到便携式电位差计工作电源B₁的负极组成便携式电位差计工作回路；从不饱和标准电池E_N正极经过四刀三掷开关K₂的K_2-2层、电阻R₈、四刀三掷开关K₂的K_2-1层，又经过调定电阻R_N、可调电阻R_P2、电阻R₅到不饱和标准电池E_N负极组成便携式电位差计标准回路；其特征在于：四刀三掷开关K₂置“标准”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-1层对应触点连接电路节点A，四刀三掷开关K₂的K_2-2层对应触点连接不饱和标准电池E_N正极，四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点、四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点与电路断开；四刀三掷开关K₂置“测量”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-1层对应触点连接四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点并连接电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端与电阻R₇的一端连接量程转换开关K₁的K_1-2层×n量程触点，电阻R₇的另一端量程转换开关K₁的K_1-2层×1量程触点，并连接四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点，四刀三掷开关K₂的K_2-2层对应触点连接量程转换开关K₁的K_1-2层常闭触点，四刀三掷开关K₂的K_2-4层常闭触点连接“未知”接线端钮正极，“未知”接线端钮负极连接末个测量盘II可变动触点，四刀三掷开关K₂的K_2-3层常闭触点连接首个测量盘I的常闭触点；四刀三掷开关K₂置“输出”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点与四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点连接。

通过以上技术方案，都能使便携式电位差计不用扳键开关，可以降低仪器采购成本，缩小仪器体积，也提高了仪器绝缘的可靠性。

附图说明

图1是便携式电位差计本技术方案的原理电路，在图1中，m×rΩ表示测量盘I上有m只阻值是rΩ的电阻串联。

图2是现有某型号便携式电位差计电路图，在图2中矩形虚线表示扳键开关。

图3是图2型号便携式电位差计采用本技术方案的原理电路。

图4现有是某型号便携式电位差计电路图，在图4中矩形虚线表示扳键开关，在图4中，G1、Gn表示四刀三掷开关置“×1”或“×n”档位时可以输出标准信号电压。

图5是图4型号便携式电位差计采用本技术方案的原理电路。

具体实施方式

实施例1，图1是便携式电位差计采用本技术方案的原理电路，在图1中，当量程转换开关K₁的K_1-1层置“×1”量程时，测量盘I、滑线盘II加电阻R₂的总阻值是电阻R₁的n倍，因此工作电流i的1/(n+1)流过测量盘I、滑线盘II，工作电流i的n/(n+1)流过电阻R₁，当量程转换开关K₁的K_1-1层置“×n”量程时，电阻R₁加电阻R₂的总阻值是测量盘I加滑线盘II阻值和的n倍，因此工作电流i的1/(n+1)流过电阻R₁和电阻R₂，流过测量盘I、滑线盘II，工作电流i的为n/(n+1)，当测量盘I、滑线盘II置相同位置，检流计平衡时，“×n”量程电压值“×1”量程电压值的n倍。当量程转换开关K₁置“断”时，量程转换开关K₁的K_1-1层切断工作回路。

9V电源B₂在“×n”、“×1”量程时通过量程转换开关K₁的K_1-3层对运算放大器供电，当量程转换开关K₁置“断”时，量程转换开关K₁的K_1-3层切断9V电源B₂对运算放大器供电。

由于不饱和标准电池的电动势在出厂时是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，当便携式电位差计标准工作电流i大小确定后，调定电阻R_N的阻值小于或等于1.0188V/i，当便携式电位差计工作时，通过调节可调电阻R_P2把滑动触点与电路节点A间的电压调节到1.02V；可调电阻R_P2滑动触点的位置是这样确定的：把标准电压信号接在“未知”接线柱两端，量程倍率、测量盘I及滑线盘II，所示示值与标准电压信号值相等，四刀三掷开关K₂掷向“测量”档位，调节可调电阻R_P1，使检流计Q指零，再将四刀三掷开关K₂掷向“标准”档位，调节可调电阻R_P2，使检流计Q指零，再重复一次，当四刀三掷开关K₂掷向“标准”档位及掷向“测量”档位，检流计Q都指零时，把可调电阻R_P2锁定，这时可调电阻R_P2滑动触点与电路节点A间的电压等于内附不饱和标准电池的电动势，也就是便携式电位差计的工作电流就标准化了。

当便携式电位差计要用于测量时，先校对标准：将四刀三掷开关K₂掷向“标准”，调节可调电阻R_P1，使检流计Q指零，把被测量按极性接在“未知”接线柱两端，调节量程倍率、测量盘I及滑线盘II使检流计Q指零。这时量程倍率及测量盘I、滑线盘II上读数就是被测电压值；当便携式电位差计要输出标准电压信号时，先校对标准：将四刀三掷开关K₂掷向“标准”，调节可调电阻R_P1，使检流计Q指零，再将四刀三掷开关K₂掷向“输出”，调节量程倍率、测量盘I及滑线盘II，这时量程倍率、测量盘及I滑线盘II上读数就是输出标准电压值；这时“未知”正极端钮与便携式电位差计第一步进盘触点直接连接，便携式电位差计内阻最小，有利于输出正确电压值。

便携式电位差计在×n量程时信号电流比较大，取信号电流的R₇/(R₆+R₇)进入运放输入端，在×1量程时信号电流小，全部信号电流进入运放输入端。

图2是现有某型号便携式电位差计电路，第一步进盘有测量盘I，测量盘I有0、1、2、……20共21个档位，每个档位间焊接20Ω电阻一只，第二步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与代换盘II′组成，每个档位间焊接2Ω电阻一只，测量盘II每增加一只电阻代换盘II′就减少同等阻值一只电阻，反之也一样，以保持电路总阻不变。第三盘为滑线盘，阻值是2.2Ω，三个盘总阻是422.2Ω；量程转换电阻中，42.22Ω加379.98Ω也是422.2Ω，量程转换电阻中1688.8Ω是422.2Ω的4倍，标准工作电流是3mA，量程转换开关K₅置“×1”量程时，第一步进盘、第二步进盘、滑线盘三个盘加1688.8Ω量程转换电阻，共2111Ω，是量程转换电阻42.22Ω、379.98Ω之和422.2Ω的5倍，因此2.5mA电流流过量程转换电阻42.22Ω和379.98Ω，0.5mA电流流过第一步进盘、第二步进盘、滑线盘；量程转换开关K₅置“×5”量程时，量程转换电阻42.22Ω、379.98Ω、1688.8Ω之和2111Ω是第一步进盘、第二步进盘、滑线盘的三个盘上电阻之和5倍，因此2.5mA电流第一步进盘、第二步进盘、滑线盘；0.5mA电流流过量程转换电阻42.22Ω、379.98Ω、1688.8Ω，这时第一步进盘、第二步进盘、滑线盘的三个盘上的示值要扩展到5倍；量程转换开关K₅置“×0.1”量程时，第一步进盘、第二步进盘、滑线盘加量程转换电阻379.98Ω、1688.8Ω，总阻为2490.98Ω是量程转换电阻42.22Ω的59倍，就有2.95mA电流流过量程转换电阻42.22Ω，0.05mA电流流过第一步进盘、第二步进盘、滑线盘，这时第一步进盘、第二步进盘、滑线盘三个盘上的示值要减小到1/10，这时电路阻值减少通过串联310.317Ω电阻来保持电路总阻不变；标准工作电流3mA流过339.6Ω调定电阻时两端电压为1.0188V，通过0.4Ω滑线电阻可以覆盖不饱和标准电池电动势变动范围。工作回路总阻约931Ω，标准工作电流3mA流过电压降约为2.8V，干电池新时电动势高，工作时会逐步降低电动势，通过调节0～170Ω可调电阻来保证便携式电位差计在工作时用3mA标准工作电流。虚线内是扳键开关，扳键开关掷向“标准”时，不饱和标准电池正极与339.6Ω调定电阻高电位端作为运放的两个输入端，信号经放大后，通过调节0～170Ω可调电阻使检流计Q指零，这时便携式电位差计工作电流为3mA，扳键开关掷向“测量”时，被测量“未知”正极与便携式电位差计第一步进盘触点电压进行比较，不平衡就通过调节第一步进盘、第二步进盘及滑线盘，使检流计Q指零，这时第一步进盘、第二步进盘及滑线盘的总示值就是被测量电压值；在×5量程信号电流最强，取信号电流的470/(1000+2100+470)进入运放输入端，在×1量程信号电流次强，取信号电流的(470+2100)/(1000+2100+470)进入运放输入端，在×0.1量程信号电流最弱，全部信号电流进入运放输入端。当便携式电位差计作为标准信号源时，先把扳键开关掷向“标准”，通过调节0～170Ω可调电阻使检流计Q指零，扳键开关掷向“测量”，“测量一输出”转换开关K₃置“输出”，这时“未知”正极端钮与便携式电位差计第一步进盘触点直接连接，第一步进盘、第二步进盘及滑线盘的总示值就是输出标准电压值，同时短路了1KΩ、2.1KΩ、470Ω电阻，仪器置“输出”时内阻最小；量程转换开关K₅的K_5-3层置“×0.1”、“×1”、“×5”量程时让9V电源B₂给运算放大器供电，量程转换开关K₅置“断”时，切断9V电源。

实施例2，图3是图2型号便携式电位差计采用本技术方案的原理电路，图2型号便携式电位差计的工作回路与本技术方案完全相同，不同的是用四刀三掷开关K₂替代了扳键开关及“测量-输出”转换开关K，四刀三掷开关K₂掷向“标准”时，也是不饱和标准电池正极与339.6Ω调定电阻高电位端作为运放的两个输入端，四刀三掷开关K₂掷向“测量”时，也是被测量“未知”正极与便携式电位差计第一步进盘触点电压进行比较，不同量程信号电压采用相同方法衰减；四刀三掷开关K₂掷向“输出”时，也是“未知”接线柱正极端钮与便携式电位差计第一步进盘触点直接连接，同样实现了仪器置“输出”时，输出标准信号电压的同时，仪器内阻最小；量程转换开关K₅的K_5-3层置“×0.1”、“×1”、“×5”量程时让9V电源B₂给运算放大器供电，量程转换开关K₅置“断”时，切断9V电源。

四刀三掷开关K₂与图2型号便携式电位差计“测量-输出”开关体积一样大小，采用本发明的仪器省去一只扳键开关，而功能与图2型号便携式电位差计一样，操作反而方便了。

图4是现有另某型号便携式电位差计电路，该便携式电位差计工作电流为6mA，测量盘I与滑线盘II的总阻值24.2Ω，量程转换用电阻R₁的阻值也是24.2Ω，电阻R₂的阻值是电阻R₁的阻值的4倍，因此倍率是5，四刀三掷开关K₂置“×1”档位时5mA电流流过测量盘I与滑线盘II，1mA电流流过电阻R₁、电阻R₂，四刀三掷开关K₂置“×0.2”档位时，1mA电流流过测量盘I与滑线盘II、电阻R₂，5mA电流流过电阻R₁，调定电阻R_N是169.8Ω，6mA电流流过时两端电压为1.0188V，通过0.2Ω滑线电阻R_p2调节电压范围在1.0188V～1.02V之间，用以覆盖不饱和标准电池电动势变化范围。电路中仪器用于校准电压1.02V，测量盘I与滑线盘II需要0.121V，合计1.141V，电源B₃1.5V电压显然高了，仪器通过39.5ΩR₀是降低0.237V电压，并通过通过1.6～36Ω滑线电阻R_p1调节电路总阻，不管电池电动势变化使仪器在标准工作电流6mA下进行测量。当扳键开关置“标准”时，不饱和标准电池正极与调定电阻R_N高电位端通过运算放大器进行比较电压高低；当扳键开关置“测量”时，“未知”接线柱正极通过电阻R₇、电阻R₆与测量盘I所置档位电压进行比较，四刀三掷开关K₂置“×1”档位时，取信号电压(电阻R₆阻值)/(电阻R₇加电阻R₆阻值)即1/3进入运算放大器两个输入端，四刀三掷开关K₂置“×0.2”档位时，电阻R₇加电阻R₆上的电压信号全部进入运算放大器两个输入端，四刀三掷开关K₂置“G1”、“G0.2”档位时，便携式电位差计电路内电阻R₇及电阻R₆短路，用于输出标准电压信号。

实施例3，图5是图4型号便携式电位差计改用本技术方案的原理电路，它与实施例1完全一致，只不过把实施例1用符号代表的数字具体化，它不采用扳键开关而使用四刀三掷开关K₂达到同样效果：当四刀三掷开关K₂置“标准”档位时，不饱和标准电池正极与调定电阻R_N高电位端通过运算放大器进行比较电压高低；当四刀三掷开关K₂置“测量”档位时，“未知”接线柱正极通过电阻R₇、电阻R₆与测量盘I所置档位电压进行比较，四刀三掷开关K2置“×1”档位时，取信号电压(电阻R₆阻值)/(电阻R₇加电阻R₆阻值)即1/3进入运算放大器两个输入端，四刀三掷开关K₂置“×0.2”档位时，全部电压信号进入运算放大器两个输入端；当四刀三掷开关K₂置“输出”档位时，“未知”接线柱正极端钮与便携式电位差计第一步进盘触点直接连接；量程转换开关K₁的K_1-3层置“×0.2”、“×1”量程时让9V电源B₂给运算放大器供电，量程转换开关K₁置“断”时，切断9V电源。

Claims (3)

1.一种用于直流电压测量的便携式电位差计，电流从便携式电位差计工作电源B₁的正极经过第一步进盘上有m个阻值是rΩ的测量盘I、最后个阻值是r.rΩ滑线盘II、阻值等于测量盘I和滑线盘II上电阻总和的电阻R₁、阻值等于电阻R₁(n-1)倍的电阻R₂及量程转换开关K₁：量程转换开关K₁置×1量程时，测量盘I、滑线盘II串联电阻R₂后与电阻R₁并联于量程转换开关K₁的K_1-1层×1量程触点，量程转换开关K₁置×n量程时电阻R₁串联电阻R₂后与测量盘I串联滑线盘II后并联于量程转换开关K₁的K_1-1层×n量程触点，量程转换开关K₁的K_1-1层的常闭触点为电路节点A，电流经过电路节点A再经过便携式电位差计工作时两端电压略小于或等于不饱和标准电池1.0188V起始电压的调定电阻R_N又经过可锁定的可调电阻R_P2、不可锁定的可调电阻R_P1到便携式电位差计工作电源B₁的负极组成便携式电位差计工作回路；从不饱和标准电池E_N正极经过四刀三掷开关K₂的K_2-2层、电阻R₈、四刀三掷开关K₂的K_2-1层，又经过调定电阻R_N、可调电阻R_P2、电阻R₅到不饱和标准电池E_N负极组成便携式电位差计标准回路；其特征在于：四刀三掷开关K₂置“标准”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-1层对应触点连接电路节点A，四刀三掷开关K₂的K_2-2层对应触点连接不饱和标准电池E_N正极，四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点、四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点与电路断开；四刀三掷开关K₂置“测量”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-1层对应触点连接四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点并连接电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端与电阻R₇的一端连接量程转换开关K₁的K_1-2层×n量程触点，电阻R₇的另一端量程转换开关K₁的K_1-2层×1量程触点，并连接四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点，四刀三掷开关K₂的K_2-2层对应触点连接量程转换开关K₁的K_1-2层常闭触点，四刀三掷开关K₂的K_2-4层常闭触点连接“未知”接线端钮正极，“未知”接线端钮负极连接末个测量盘II可变动触点，四刀三掷开关K₂的K_2-3层常闭触点连接首个测量盘I的常闭触点；四刀三掷开关K₂置“输出”功能时，四刀三掷开关K₂的K_2-3层对应触点与四刀三掷开关K₂的K_2-4层对应触点连接。

2.权利要求1所述的便携式电位差计中有首个测量盘I和末个滑线盘II，不能作为便携式电位差计只有首个测量盘I和末个滑线盘II的一种限定，便携式电位差计在首个测量盘I和末个滑线盘II之间可以再有一个测量盘；同样，便携式电位差计中有量程转换用电阻R₁、量程转换用电阻R₂也不能作为便携式电位差计只有两个量程转换用电阻只能进行两个量程转换的一种限定，便携式电位差计可以有多个量程转换用电阻，进行多个量程转换。

3.权利要求1或2所述的便携式电位差计，电阻R₅在20KΩ～300KΩ之间，电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈在20Ω～3KΩ之间，电阻r阻值范围为0.1Ω～10Ω之间。