CN1673753A

CN1673753A - 高分辨率的便携式电位差计

Info

Publication number: CN1673753A
Application number: CN 200510049623
Authority: CN
Inventors: 骆乃光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: CN1330966C

Abstract

一种用于直流电压测量的高分辨率的便携式电位差计，有工作回路、标准回路、测量回路组成，它的测量回路中，三只测量盘直接用导线连接，开关接触电阻及变差不在测量回路内，热电势的影响也排除在测量线路以外，解决了便携式电位差计分辨率达0.1μV问题。

Description

高分辨率的便携式电位差计

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，市场上无法买到分辨率达0.1μv的便携式电位差计，因为要达到0.1μv分辨率，零值时引线电阻，接触热电势，开关接触电阻及变差影响都不可忽略。

发明内容

本发明的目的，是设计一种便携式直流电位差计，它能最低限度减小零值引线电阻影响，使接触热电势影响可以忽略，测量回路中的开关不会引入变差，使仪器分辨率达0.1μv，同时保证有足够的量程，能有四至五位读数。

本发明是通过如下技术方案来实现：便携式电位差计采取二只步进盘及一只滑线盘。

第一步进盘有十个以上步进，能提供二位读数，二个步进盘让它们全部都有测量盘与代换盘及辅助盘，开关采用轻压力开关，全环通过电刷可与各档触点连接。

在第一盘中测量盘I有n个电阻串联，代换盘I’就有n+1电阻串联，开关档位有n+1档；第一盘的测量盘及代换盘电阻值相同，设为R。

在第二盘中，测量盘II和代换盘II’都是十个电阻串联，阻值是第一盘电阻的1/10都为0.1R，滑线盘在100个刻度时阻值是第II盘电阻的1/2，它制成105个刻度，加一段引到焊点上的电阻，所以要加上百分之十的阻值，即0.055R。滑线盘采用双滑线，一根用于测量，一根用于代换，使滑动时在电路中阻值不变。

让“未知”一端连接第一盘测量盘I的尾端电阻并接在开关的n+1档触点上，首端连接第二盘测量盘II尾端，测量盘II首端与滑线盘测量端首部相连，滑线盘尾部连接“未知”另一端。同时让测量盘I及测量盘II的“0”点都直接接在第三盘测量滑线的“0”点上，当所有测量盘置“0”时，零电势为零，引线电阻引起误差都在测量盘I及测量盘II的第一只电阻上，这可以让第一只电阻加引线电阻等于同名义值电阻阻值来解决。由于“未知”两端是直接连接，不存在接触电阻与变差。

在代换盘中，第三盘代换滑线的尾端接入工作回路的一端，代换盘I’及代换盘II’的尾端各串联一只电阻R₁及R₂进行并联要接入工作回路另一端时，由于第II盘电阻阻值是第I盘电阻的1/10，读取电压值也是1/10，所以要保证二个支路有相同的电流必须二个支路阻值相等，因此串联在第I盘中的电阻R₁+(n+1)R等于串联在第II盘中的电阻R₂+R，当代换盘I掷“0”时，II’盘无论掷在何档总阻不变，当I’盘不掷“0”档时，II，盘档位变动时，阻值是变化的，当II’盘从“0”依次到“10”时，相当于并联二个支路各有一只0.1R的电阻减少了，而并联一起后又串联了0.IR，所以从节点A到节点B之间增加了1/2×0.1R＝0.05R，为了保持电路总阻不变，第II盘增加辅助盘II”，由10×0.05R组成，第二盘每增加几档，辅助盘II”就减少几个0.05R的电阻，第一盘亦增加了一个辅助盘1”，第一盘掷“0”时，10×0.05R全部进入电路，当第一盘不掷“0”时，辅助盘II”随着第二盘示值增大而减少0.05R相应数量，这样可以保证阻值不变。因此，电阻R₁与R₂并联后，连接辅肋盘I”全环，辅助盘I”上第1点触点至第n+1点触点短接后接辅助盘II”全环，辅助盘第0点触点连接辅助盘II”第0点触点后通过10只0.05R电阻接入工作回路另一端。经如上布线，第一盘、第二盘开关的接触热电势仅影响1.5V的电源电压，对测量端影响可以忽略。第三盘双滑线盘热电热及接触热电势都大小相等，方向相反，因此影响也可以忽略。在总测量电路两端并联若干个电阻后，可以进行量程变换。

附图说明

图1是二个步进盘与一个滑线盘组成的电位差计的电路原理图

图2是实际实施的分辨率达0.1μv电路图

图中I是第一盘测量盘，I’是第一盘代换盘，I”是第一盘辅助盘

II是第二盘测量盘，II’是第二盘代换盘，II”是第二盘辅助盘

III是第三盘测量用滑线，III’是第三盘代换用滑线

1是不饱和标准电池2是放大器3是检流计RN是调定电阻RP是可调电阻，图中粗黑线表示全环。

具体实施方式

在图中，电流流过测量电路到调定电阻，再到可调电阻回到电源是工作回路i₁，从测量端正极到第一盘的测量盘I再到测量盘II及测量滑线盘III，经过检流计3到测量端负极是测量回路i₂，从标准电池1正极到检流计3经过调定电阻回到标准电阻负极是标准回路的i₃。

在图1中，测量盘I及测量盘II的“0”档直接与第三盘测量滑线起始点连接于一点，这样三盘掷“0”时，测量回路与工作回路仅交汇于第三盘测量滑线起始点处，所以这时零电势为“0”。测量盘间的引线电阻都加在测量盘的第一只电阻上，因此要求测量盘I及测量盘II的第1只电阻加上引线电阻等于该盘要求的电阻值是R或0.1R，三个测量盘用导线直接连接，中间没有开关连接，所以不必考虑接触电阻及变差，三只测量盘与代换盘之间的开关热电势及接触电势，对电源电压高低有影响，由于电源电压在1V以上，而电工仪器生产厂的轻压力开关热电势＜0.2μv，因此影响在10^-7量级可以忽略。

第二盘电阻是第一盘电阻阻值的十分之一，要使测量电压也是十分之一，必须两者电流相等，也就是R₁+(n+1)R＝R₂+10×0.1R，当辅助盘I掷“0”时，节点A及B间阻值是(R₂+R)/2，当辅助盘I不掷“0”时，节点A及B之间的阻值随第二盘开关变动而变化的，设第二盘掷m点，这时R_AB＝[R₂+(10+m)×0.1R]/2+m×0.1R＝(R₂+R)/2+0.05mR，当m＝0时，R_AB＝(R₂+R)/2

当m＝10时，R_AB＝(R₂+R)/2+0.5R，m每增加1档，R_AB增加0.05R阻值。

在本实际例中，第一盘有n个阻值为R的电阻串联测量盘I，由(n+1)个电阻阻值为R串联成代换盘I’及辅助盘I”组成，第二盘各由10个阻值为0.1R串联成测量盘及代换盘及10只阻值为0.05R串联成的辅助盘II”；辅助盘II”第10只电阻接入工作电流回路i1中，第1只电阻接辅助盘1’的“0”点，金属全环接通辅助盘I”的第1点～第n+1点所有触点，辅助盘I”金属全环连接A点，第三盘代换滑线III’尾端接入工作回路i1的另一端，测量盘I的n只电阻尾端与测量滑线III的尾端连接在测量回路中，第一盘的测量盘第1点不能有电阻R连接是因为前面有10×0.1R的电阻承担着。

图2是实际电位差计电路图，第一盘的测量盘I由20只4Ω电阻串联成，代换盘由21只4Ω电阻串联后通过R₁＝51.56Ω电阻与第二盘连接于A点，第二盘的代换盘及测量盘各由10只0.4Ω电阻串联成，代换盘II串联131.56Ω电阻与A点连接，第二盘的辅助盘II”是10只0.2Ω电阻串联成，第三盘是二级阻值为0.27Ω的双滑线盘。第一盘、第二盘、第三盘连接方式同图1实施例，节点C、A、B、C间电阻R_CABC＝70Ω(不考虑与其并联的电阻)，与它并联是电阻R₃＝7Ω，电阻R₄＝63Ω，电阻R₅＝630Ω，在量程开关K_1-1掷向×1、×10时，节点C、D间R_CD＝63.636Ω，当开关K指向×0.1量程，并联电阻减少了42.298Ω，因此在该量程中增加一个42.298Ω电阻。工作电流设计为5.5mA，当RP₁＝0、RP₂＝0时，电路总阻为63.636Ω+185.4Ω＝249.036Ω，这时电源电压为249.036Ω×5.5mV＝1.37V，电池用旧后，只要高于1.37V，电位差计能正常工作，新电池电压有1.65伏，这时要求电阻值为1.65V÷0.0055A＝300Ω，也就是要求RP₁加RP₂有51Ω调节范围，现RP₁有50Ω可调，RP₂有3Ω可调节，能达到要求。

当开关K掷×10量程时，电流流过第一盘、第二盘总电流是5mA，每盘2.5mA，三个测量盘都掷在满度值测量最大值为21×10mV+10×1mV+1.05mV，分辨率10μV，开关K掷×0.1量程时，流过测量盘电流减少到百分之一，这时测量最大值是21×0.1mV+10×0.01mV+0.0105mV，即这时测量范围是0～2.2105mV，最小分辨率0.1μV。

校准时，把量程开关K₁掷向×10量程，扳键开关K₂掷向“未知”，测量盘显示200mV，在“未知”端按极性接入200mV标准信号，这时不平衡的电压信号通过放大器2放大后用检统计3显示。通过调节RP₁及RP₂使检流计指零，这时工作电流是准确的5.5mA；再把板键开关K₂掷向“标准”，不饱和标准电池1与调定电阻RN上的电压不平衡，通过调节0.4Ω电位器使之平衡，并将电位器锁定，以后去测量时，它就是一个标准信号，电阻R₆为了减小标准回路电流，电阻R₇、R₈、R₉为了在三个量程时检流计灵敏度基本相等：×0.1量程信号最弱，它把全部信号放大，×10量程信号最强，信号提取量为R₉/(R₇+R₈+R₉)，信号提取最少，量程开关掷“断”时切断工作电流1.5V电源及放大器2的9V电源。

Claims

1、一种高分辨的便携式电位差计，由可调节工作电流大小可调电阻RP，调定电阻RN，标准电池[1]、放大器[2]、检流计[3]及用于测量的二个步进盘与一个滑线盘组成，其特征第一步进盘是有测量盘I、代换盘I’及辅助盘I”，第二步进盘有测量盘II、代换盘II’、辅助盘II”，测量回路的一端按极性连接第一步进盘I’的尾部电阻，首部连接第二盘测量盘II的第十只电阻，测量盘I的电阻数量是n只，代换盘I’有n+1只电阻，测量盘I的第“1”档触点直接焊在测量盘II第十只电阻尾部，“0”档直接焊在滑线盘测量用滑线的“0”点并与测量盘II第一只电阻相连，测量盘II的“0”档也直接焊在测量用滑线的“0”点上，测量用滑线的尾部与测量回路另一端点相连；把代换用滑线III’的尾部连接在工作回路的一端D，把第一步进盘的代换盘I’串联一只电阻R₁，第二盘代换盘II’串联一只电阻R₂，使R₁+(n+1)R＝R₂+10×0.1R，R是第一步进盘每只电阻阻值，0.1R第二只步进盘每只电阻值，同时使滑线盘二根滑线阻值是0.055R；代换盘I’与代换盘II’各串联电阻R₁及R₂后并联在A点并与第一步进盘的辅助盘I”的全环连接，第一步进盘的辅助盘I”的“0”点外所有触点连接后与第二步进盘的辅助盘II”的全环相连，辅助盘II”的10只步进电阻是由十只0.05R电阻串联而成，其首端与辅助盘I”“0”点相连，尾端接入工作回路另一端C。

2、一种高分辨的便携式电位差计，由可调节工作电流大小可调电阻RP，调定电阻RN，标准电池[1]、放大器[2]、检流计[3]及用于测量的二个步进盘与一个滑线盘组成，其特征是第一步进盘的代换盘是21只4Ω电阻串联后，串联51.56Ω电阻连接于A，第二步进盘的代换盘II’的10只0.4Ω电阻串联后与131.56Ω电阻连接后接于A点并与第一步进盘的辅助盘I”的全环连接，第一步进盘的辅助盘I”的“0”点外所有触点连接后与第二步进盘的辅助盘II”的全环相连，辅助盘II”的10只步进电阻是由十只0.2Ω电阻串联而成，其首端与辅助盘I”“0”点相连，尾端接入工作回路另一端C，第一步进盘的测量盘I是20只4Ω电阻串联后首端连接第二步进盘的测量盘II的10只0.4Ω串联的第10只电阻，测量盘II的第一只电阻接测量滑线“0”点，测量盘I及测量盘II的“0”直接接测量滑线的“0”点，测量盘I的“1”直接接测量盘II的第10只电阻，测量用滑线0.22Ω的尾部与测量盘I尾部电阻接测量的“未知”两端，阻值同样为0.22Ω的代换用滑线III”尾部接于D点，并有7Ω电阻，63Ω电阻及630Ω电阻按顺序连接后并联在C及D，代换滑线III’的尾部连接630Ω电阻接在量程转换开关×10触点，电阻630Ω与63Ω电阻连接在量程转换开关×1触点，63Ω电阻与7Ω电阻连接在量程转换开关×0.1触点，并在该量程时串联42.298Ω电阻在电路中。