CN1793949B - 有四个测量盘采用换位支路的三量程电位差计 - Google Patents

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Abstract

一种用于直流电压测量的有四个测量盘采用换位支路的三量程电位差计，它有20×10Ω、10×1.1Ω、9×2.2Ω、10×0.22Ω四个测量盘组成，所有测量用电阻直接用导线连接，将测量步进开关的接触电阻及变差排除在测量结果之外，最小分辨率为0.1μV时也有很好的重复性，量程转换用电阻是一位数或二位数乘10的整数次幂。

Description

有四个测量盘采用换位支路的三量程电位差计
技术领域
本发明涉及测量直流电压的仪器。
背景技术
当前生产的电位差计，当测量盘有三个以上时，两个测量端钮间存在开关接触电阻及变差，因此，即使工作电流小到0.1mA，开关的电刷及触点不仅采用银铜复合材料，接触面积也做得挺大，来减小测量开关步进切换时变差带来影响，这就使仪器体积变大，即便如此，也不能使电位差计分辨率小到0.1μV，另外还存在开关的热电势与接触可变热电势影响。
发明内容
本发明要解决的问题是，当电位差计内用于测量部分有四个步进盘时，测量开关步进切换的接触电阻及变差，开关热电势不影响测量结果，使仪器分辨率达到0.1μV。在量程转换时，量程转换用电阻是一位数或二位数乘10的整数次幂的阻值。
本发明的技术方案是这样的：它有调节工作电流大小的20个11Ω的可调电阻RP1及连续调节范围在0～13Ω之间的可调电阻RP2，用于降低电源电压的72Ω固定电阻R0，对标准时取样用的926Ω调定电阻RN和调节范围在0～1.3Ω的可调电阻RP3，及四个步进盘上的电阻网络串联在电位差计工作回路中，调定电阻上的电压降与电位差计内附标准相等时，其工作电流等于1.1mA；第一步进盘由各有20个10Ω电阻的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10个1.1Ω电阻的第II测量盘与第II′代换盘组成，第三步进盘由“9”、“10”两个触点间无电阻，这两个触点断开，其余触点由电阻连接的9个2.2Ω电阻的第III测量盘，有10个2.2Ω电阻的第III′代换盘及不焊有电阻、第10触点独立、其余触点连接的第III”辅助盘组成，第四步进盘由同为10个0.22Ω电阻组成的第IV测量盘与第IV′代换盘及有10个0.11Ω电阻的第IV”辅助盘组成，除第一步进盘外，其余步进盘自己盘上的测量盘的电刷与代换盘的电刷连接；第I′代换盘第20触点通过97.79Ω电阻R1连接第II′代换盘第10触点，第II测量盘第0触点连接一只21.21Ω电阻R2后与第I测量盘第0触点连接，第I′代换盘第0触点连接一只3087.9Ω电阻R3后连接第IV”辅助盘第0触点，第IV”辅助盘第10触点与第III”辅助盘第10触点连接，第IV”辅助盘电刷连接第III”辅助盘除第10触点以外所有触点，第III”辅助盘电刷一路连接第III′代换盘第0触点，另一路通过19.8Ω电阻R4与第IV′代换盘第0触点连接，第III测量盘第10触点直接与第I测量盘第20触点连接；第III测量盘第9触点连接第IV测量盘第0触点，第IV测量盘第10触点与第I测量盘第20触点连接；第I′代换盘电刷与30Ω电阻r1并联在测量部分正极，电阻r1按顺序串联270Ω电阻r2、2700Ω电阻r3，电阻r1与电阻r2的连接处，焊接243Ω电阻r4与双刀三掷量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，电阻r2与电阻r3的连接触点与双刀三掷量程转换开关K1的×1量程触点连接，电阻r3和第I测量盘电刷与双刀三掷量程转换开关K1的×10量程触点间用导线连接，双刀三掷量程转换开关K1的常闭触点接在测量部分负极；电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮与第II测量盘第10触点连接，负极端钮通过检流计的切换开关K2与第III盘测量盘第0触点连接。
通过以上技术方案，四个步进盘用于测量部分的测量盘是用导线连接的，接触电阻及变差，不在测量回路内，影响的只是电位差计工作回路总阻，由于总阻阻值很大，所以变差可以忽略，几个μV的热电势影响的是电源电压，电源电压是伏，热电势是多少μV，两者相差10的6次方数量级，因此影响可以忽略，退一步讲，即使接触电阻变差及热电势大到不可忽略程度，可通过对标准来调整RP2的阻值得到修正，零电势可以通过增大第IV测量盘与第I测量盘之间引线电阻来修正，因此本仪器分辨率为0.1μV时，能得到很好的重复性。由于量程转换用电阻是一位数或两位数乘10的整数次幂，可用过渡标准电阻对量程转换用电阻阻值进行修正，提高了电位差计量程比的准确度。
附图说明
附图是本发明原理电路。
具体实施方式
由“Ux”正极经过各个测量盘，再经过切换开关K2到“Ux”负极是测量回路，由电源正极经过测量步进开关到调定电阻RN及RP3，然后到电阻R0，可调电阻RP2及RP1后，回到电源负极是工作回路，从标准电池EN正极经过切换开关K2，到调定电阻RN及RP3，再到标准电池负极是标准回路。当四只盘都掷“0”时，第一步进盘两把电刷间左边电阻是330Ω，右边电阻等于3300Ω，第一步进盘两把电刷间总阻为300Ω，因此第一盘两把电刷间总电流的10/11在左边流动，1/11在右边流动。当第三盘掷第10点时，第四盘与第三盘并联部份电阻相等，当第四盘掷不同示值时，电路阻值不变。当第三盘不掷在第10点时，第四盘掷不同示值，电路阻值在没有第IV″辅助盘时阻值是变化的，第四盘每增加一个步进，电路阻值会减少每个步进电阻一半的阻值，为了保持电路总阻不变，在第IV″辅助盘中每个步进增加同样阻值，当第三步进盘掷第10点时阻值最小，这时让第IV″辅助盘电阻全部串入电路，使电路阻值不变。由于第二盘及第一盘均由阻值相同的测量盘及代换盘组成，所以四个盘无论掷何示值，电路总阻不变。
在×10量程，第一步进盘两把电刷间电阻被10倍于自身阻值的电阻r1、电阻r2、电阻r3串联后并联，因此流过第一步进盘两把电刷间总电流为电位差计电流的10/11，流过电阻r1、r2、r3的电流为电位差计工作电流的1/11；在×1量程时，第一步进盘两把电刷间的电阻串联电阻r3后10倍于互相串联的电阻r1，和电阻r2相并联，使流过测量盘电流减小到×10量程的1/10；在×0.1量程时，第一步进盘两把电刷间总阻串联了电阻r2与r3后与电阻r1并联，串联后的电阻是r1的109倍，因此流过第一步进盘两把电刷间总电流是电位差计工作电流的1/110，该电流是×10量程时的电流的1/100。
基本量程电位差计标准工作电流为1.1mA，第一步进盘两把电刷间左边电流10/11mA，右边电流为1/11mA，右边电流流过第III″辅助盘电刷后分成相等的两个支路，当第三盘掷第10点时，流过第III测量盘及第IV测量盘的两个支路是分开的，当第III测量盘不掷第10点时，流过第III测量盘支路电流全部流过第IV测量盘电阻，第IV测量盘10只电阻起到第III测量盘第10只电阻的作用，当第IV测量盘掷n4时，n4～10电阻上的电流虽然就是右边电流，但可以看成是两个支路电流叠加而成，因此计算时可以以分开计算；
标准工作电流是这样确定的，在“Ux”两端的两个测量端钮按极性接上接近满量程的标准电压，开关K2掷向左边，测量盘示值与标准电压值相同，通过调节工作电流调节电阻RP1及RP2，使检流计指零，再将开关K2掷向右边，取样用调定电阻RN的阻值是926Ω，串联了0～1.3Ω可调电阻RP3，调节RP3，使检流计再次指零，再将开关K2掷向左边，调节RP2使检流计指零，又将开关K2掷向右边调节RP3使检流计指零，当开关指向左边及右边不作调节检流计均指零时，说明电位差计工作电流已标准化，即调定电阻上的压降与不饱和标准电池EN的电动势已经相等，这时将RP3锁定，该电位差计今后就以此为标准。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，开关K2掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为：
Ux＝10/11×1.1n1+10/11(20+1.1+0.11)+10/11×10n1-1/11(20-n1)×10-1/22(10-n4)×0.22-1/22×(10-n3)×2.2(mv)
＝n2+200/11+1+0.1+100n1/11-200/11+10n1/11-0.1+0.01n4-1+0.1n3(mv)
＝10n1+n2+0.1n3+0.01n4(mv)
以上是×10量程时，四个测量盘示值，在×0.1量程时，四个测量盘示值表达为0.1n1++0.01n3+0.001n3+0.0001n4(mv).
电位差计工作电压为1.5V，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1.4V～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R0＝72Ω，可调电阻RP1＝20×11Ω，RP2为0～13Ω。

Claims (1)

1.一种有四个测量盘采用换位支路的三量程电位差计，它有调节工作电流大小的20个11Ω的可调电阻RP1及连续调节范围在0～13Ω之间的可调电阻RP2，用于降低电源电压的72Ω固定电阻R0，对标准时取样用的926Ω调定电阻RN和调节范围在0～1.3Ω的可调电阻RP3，及四个步进盘上的电阻网络串联在电位差计工作回路中，调定电阻上的电压降与电位差计内附标准相等时，其工作电流等于1.1mA；其特征在于第一步进盘由各有20个10Ω电阻的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10个1.1Ω电阻的第II测量盘与第II′代换盘组成，第三步进盘由“9”、“10”两个触点间无电阻，这两个触点断开，其余触点由电阻连接的9个2.2Ω电阻的第III测量盘，有10个2.2Ω电阻的第III′代换盘及不焊有电阻、第10触点独立、其余触点连接的第III”辅助盘组成，第四步进盘由同为10个0.22Ω电阻组成的第IV测量盘与第IV′代换盘及有10个0.11Ω电阻的第IV”辅助盘组成，除第一步进盘外，其余步进盘自己盘上的测量盘的电刷与代换盘的电刷连接；第I′代换盘第20触点通过97.79Ω电阻R1连接第II′代换盘第10触点，第II测量盘第0触点连接一只21.21Ω电阻R2后与第I测量盘第0触点连接，第I′代换盘第0触点连接一只3087.9Ω电阻R3后连接第IV”辅助盘第0触点，第IV”辅助盘第10触点与第III”辅助盘第10触点连接，第IV”辅助盘电刷连接第III”辅助盘除第10触点以外所有触点，第III”辅助盘电刷一路连接第III′代换盘第0触点，另一路通过19.8Ω电阻R4与第IV′代换盘第0触点连接，第III测量盘第10触点直接与第I测量盘第20触点连接；第III测量盘第9触点连接第IV测量盘第0触点，第IV测量盘第10触点与第I测量盘第20触点连接；第I′代换盘电刷与30Ω电阻r1并联在测量部分正极，电阻r1按顺序串联270Ω电阻r2、2700Ω电阻r3，电阻r1与电阻r2的连接处，焊接243Ω电阻r4与双刀三掷量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，电阻r2与电阻r3的连接触点与双刀三掷量程转换开关K1的×1量程触点连接，电阻r3和第I测量盘电刷与双刀三掷量程转换开关K1的×10量程触点间用导线连接，双刀三掷量程转换开关K1的常闭触点接在测量部分负极；电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮与第II测量盘第10触点连接，负极端钮通过检流计的切换开关K2与第III盘测量盘第0触点连接。
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