CN106124824A - 一种电位差计 - Google Patents

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骆小君
骆孝峰
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Abstract

用于直流电压测量的一种电位差计，它的四个步进盘都由测量盘与代换盘组成，测量盘与代换盘上的电阻都是10Ω阻值，且四个步进盘的结构相同，这对仪器制造带来方便，使用时开关接触电阻变差及热电势不影响这种电位差计测量结果。

Description

一种电位差计
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
电位差计为了解决接触电阻的变差及热电势的影响，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料，这就增大了开关也增大了仪器体积，增加了仪器成本，采用电流叠加的方法只能用于每个步进的电阻都采用小电阻，一般都是0.01Ω，如果每个步进电阻的阻值一大，电流的比值就会超差，由于步进盘电阻的阻值小，它能测量的电压相对也比较低。
发明内容
本发明的目的是设计有四个步进盘的一种电位差计，它克服接触电阻的变差及热电势的影响，也不需要大的开关，这可以降低成本，减小仪器体积，而且可以测量到1V。
本发明的技术方案这样采取：它有调节范围在45～100Ω之间的可调电阻RP1，有四个步进盘，每个步进盘上由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，电路中代换盘就减少一只电阻；以保持电路中总电阻阻值不变；其特征在于：第一步进盘上测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导线连接，第二步进盘上测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R1连接，第三步进盘上测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环用导线连接，第四步进盘上测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R2连接，电流从工作电源正极经过调节范围在45～100Ω之间的可调电阻RP1到节点A后分成两路：向上一路连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接节点B后与工作电源负极连接；向下一路通过9260Ω电阻R6连接调节范围在0～13Ω之间可锁定的可调电阻RP2后，再经过9727Ω电阻R5连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，第四步进盘上代换盘IV′的第10触点连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，第三步进盘上测量盘III的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过8900Ω电阻R3连接节点B，电位差计用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮连接测量盘I第10点，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IV第0点连接，电位差计内附标准电池EN正极连接节点A，内附标准电池EN负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连接100KΩ电阻R4后与可锁定的可调电阻RP2的滑动触点连接。
通过以上技术方案，电位差计的四个步进盘触点间阻值相同，结构一致；与“UX”的两个测量端钮连接的四个测量盘上的电阻，在步进盘切换时，焊接在一起的电阻阻值是不会产生变化，步进盘切换时开关接触电阻变差在0.1～1mΩ之间，它只影响电流分配的比例，由于它串联在大电阻中，如第一步进盘的开关接触电阻变差串联在200Ω电路中，因此对电流分流的影响可以忽略，步进盘切换时开关的热电势由于在电路中成对出现，大小相同、方向相反，可以抵消，且四个步进盘各个支路几个μV的热电势都直接或间接与锂电池电源两端连接，在以伏为单位的电压降上，几个μV的热电势对电流分流的影响也可以忽略，因此，采用技术方案，电位差计步进盘切换时开关接触电阻变差及热电势对“UX”的两个测量端钮没有影响，而且第一步进盘上的电阻是10Ω，与申请号201420419568.2及申请号201420419494.2比要大得多，因此可以用来测量的电压也高得多。
附图说明
图1是本发明的原理电路。
具体实施方式
实施例1，在图1中，第一步进盘测量盘I与代换盘I′上的10×10Ω，表示测量盘I与代换盘I′上都有10只阻值是10Ω的电阻串联，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；其他三个步进盘相同。
电位差计节点A与节点B之间下方的电阻设计成比上方电阻大100倍，标准工作电流设计成11.11mA，因此节点A与节点B之间下方的电流是0.11mA，节点A与节点B之间上方的电流是11mA。
第二步进盘两把电刷间是2000Ω电阻R1与电流流经第二步进盘与第一步进盘的200Ω电阻并联，因此10mA电流流过第一步进盘，1mA流过2000Ω电阻R1，节点A与节点B之间上方的电阻是2000/11Ω+100Ω，节点A与节点B之间下方的电阻是100×(2000/11Ω+100Ω)，第四步进盘两把电刷间电阻是2000/11Ω，节点A与节点B之间下方电阻R3、电阻R6、电阻R5、电阻RP2和是100×(2000/11Ω+100Ω)-(2000/11Ω+100Ω)＝99(2000/11Ω+100Ω)＝27900Ω。
由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流流过电阻R6为0.11mA，因此电阻R6取9260Ω，外加0～13Ω可锁定的可调电阻RP2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围，另串联9727Ω电阻R5，使电阻R3、电阻R6、电阻R5、电阻RP2和是27900Ω。
本电位差计采用锂电池为工作电源，当可调电阻RP1置45Ω时，电位差计电路总电阻最低：(2000/11Ω+100Ω)×100÷101+45Ω，约324Ω，对应于锂电池工作于低电压时的3.6V，当锂电池充电后达4.2V时，通过增大可调电阻RP1的阻值，让电位差计工作于标准工作电流的11.11mA状态。
电位差计的标准工作电流是这样获得：把1V标准信号电压按极性与电位差计“Ux”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RP1，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RP2，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻RP2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。
当工作电流标准化后，第I测量盘置n1，第II测量盘置n2，第III测量盘置n3，第IV测量盘置n4，开关K掷左边，这时连接被测量的“UX”两个端钮间电压为：
UX＝10×10n1+10×10×10+10n2-0.11×8900-0.1×10×10-0.01×10(10-n4)-0.1×10(10-n3)(mV)
UX＝100n1+10n2+10×10×10-979-10-1+0.1n4-10+n3(mV)
UX＝100n1+10n2+n3+0.1n4(mV)。

Claims (1)

1.一种电位差计，它有调节范围在45～100Ω之间的可调电阻RP1，有四个步进盘，每个步进盘上由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，电路中代换盘就减少一只电阻；以保持电路中总电阻阻值不变；其特征在于：第一步进盘上测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导线连接，第二步进盘上测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R1连接，第三步进盘上测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环用导线连接，第四步进盘上测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R2连接，电流从工作电源正极经过调节范围在45～100Ω之间的可调电阻RP1到节点A后分成两路：向上一路连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接节点B后与工作电源负极连接；向下一路通过9260Ω电阻R6连接调节范围在0～13Ω之间可锁定的可调电阻RP2后，再经过9727Ω电阻R5连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，第四步进盘上代换盘IV′的第10触点连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，第三步进盘上测量盘III的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过8900Ω电阻R3连接节点B，电位差计用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮连接测量盘I第10点，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IV第0点连接，电位差计内附标准电池EN正极连接节点A，内附标准电池EN负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连接100KΩ电阻R4后与可锁定的可调电阻RP2的滑动触点连接。
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