CN1793952A

CN1793952A - 有五个测量盘采用分流支路三量程转换的电位差计

Info

Publication number: CN1793952A
Application number: CN 200510062255
Authority: CN
Inventors: 骆乃光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2006-06-28

Abstract

一种用于直流电压的有五个测量盘采用分流支路三量程转换的电位差计，它用20×50Ω作第I测量盘，用9×11Ω作第II、第III测量盘，用10×0.11Ω作第IV、第V测量盘，两个测量端钮间所有测量盘上的电阻是用导线连接的，排除了测量开关在步进切换时的接触电阻变差、热电势对测量结果的影响，在分辨率为0.1μV时，也有很好的重复性，量程转换用电阻采用的阻值是一位数或两位数乘10的整数次幂，以利于电位差计量程比的准确性。

Description

有五个测量盘采用分流支路三量程转换的电位差计

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的步进开关有五个时，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：工作电流调节电阻RP₁、RP₂、RP₃及用于降低电源电压的固定电阻R₀，对标准时取样用调定电阻和温度补偿盘RP₄以及五个测量步进开关上的电阻网络串联在电位差计工作回路中，工作电流在标准化时为2mA；其特征在于第一步盘由第I测量盘与第I’代换盘组成，提供0～20的示值，两只盘上面电阻均为20×50Ω，第二步进盘由“0”、“1”两触点间无电阻，1～10触点有9×11Ω电阻的第II测量盘，10×11Ω的第II’代换盘及不接有电阻，0触点独立，其余触点相连的第II”辅助盘组成，第三步进盘由“9”、“10”两触点间无电阻，0～9触点间是9×11Ω电阻的第III测量盘，10×11Ω的第III’代换盘及第10点独立其余各点连接的第III”辅助盘组成，第四步进盘由都是10×0.11Ω电阻的第IV测量盘与第IV’代换盘及阻值是10×0.055Ω的第IV”辅助盘组成，第五步进盘由阻值是10×0.11Ω的第V测量盘、第V’代换盘及阻值是10×0.055Ω的第V”辅助盘组成，除第一步进盘外，其余四个步进盘的代换盘与测量盘的电刷互相连接；第I’代换盘电刷连在测量电路正极，第I’代换盘第20点连接818.895Ω电阻R₁后连接第IV”辅助盘第10点，第IV”辅助盘0点连接第II”辅助盘0点；第IV”辅助盘电刷连接第II”辅助盘除0点外的触点，第II”辅助盘电刷分成两路，一路经过108.9Ω电阻R₂后与第IV”代换盘第10点连接，另一路连接第II’代换盘第10点，第II测量盘第1点经过9.9Ω电阻R₃后第IV测量盘第10点连接，第II测量盘0点和第IV测量盘0点都与105.555Ω电阻R₄连接在一端，电阻R₄另一端与第I测量盘0点连接；第I’代换盘0点连接18744.45Ω电阻R₅后与第V”辅助盘0点连接，第V”辅助盘第10点连接第III”辅助盘第10点，第V”辅助盘电刷连接第III’辅助盘除第10触点外其余各触点，第III”辅助盘电刷分成两支路，一路经过108.9Ω电阻R₆后连接第V’代换盘的0点，另一路连接第III’代换盘0点，第III测量盘第9点连接9.9Ω电阻R₇后与第V测量盘0点连接，第III测量盘第10点与第V盘测量第10点均与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷与200Ω电阻r₁并联在电位差计测量部份正极，电阻r₁的另一端连接四刀三掷开关K_1-1的×1量程触点K_1-2的×1量程触点与K_1-1的×10量程触点连接，K_1-3的×1量程触点通过1620Ω电阻r₂与K_1-3的×10量程触点连接，该触点连接在电位差计测量电路的负极，四刀三掷开关K_1-1的×10量程触点连接第1测量盘电刷；20Ω电阻r₃与第I′代换盘电刷连接，电阻r₃的另一端连接K_1-1的×0.1量程触点，K_1-2的×0.1量程触点通过180Ω电阻r₄与K_1-1的×10量程触点连接，K_1-3的×0.1量程触点与×1量程触通过160.2Ω电阻r₅连接，四刀三掷开关K_1-1、K_1-2、K_1-3的三个常闭触点短接；测量盘两个端钮正极与第II测量盘第10点连接，负极通过检流计切换开关K₂与第III测量盘0点连接；

通过以上技术方案，五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RP₃的阻值得到修正，零电势可增大第V测量盘与第I测量盘之间引线电阻来修正，正因为如此，降低了对开关的要求，采用小型测量步进开关后，整台仪器外型尺寸减小许多，并且本仪器分辨率为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

在图中，由“U_x”正极经过各个测量盘，再经过切换开关K₂到“U_x”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及温度补偿盘RP₄，然后到电阻R₀，可调电阻RP₃、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及温度补偿盘RP₄，再到标准电池负极是标准回路。当五只盘都掷“0”时，第一步进盘两把电刷间左边电阻等于1980Ω，右边电阻等于19800Ω，第一步进盘两把电刷间总阻为1800Ω，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。当第二盘掷0点时，第二盘与第四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。当第二盘不掷在0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，电路阻值会增大每个步进电阻一半的阻值，为了保持电路总阻不变，在第IV”辅助盘中每个步进减小同样阻值，当第二步进盘掷0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，同理，右边电路设置第III”辅助盘及第V”辅助盘是为了第三步进盘及第五步进盘开关切换到任何示值保持电路总阻不变，由于第一盘由阻值相同的测量盘及代换盘组成，所以五个盘无论掷何示值，电路总阻不变；

在×1量程时，阻值为第一步进盘两把电刷间阻值的1/9的电阻r₁与两把电刷并联，使流过第一步进盘两把电刷间的电流减小到×10量程时的1/10，使量限降低到1/10，电阻r₁与两把电刷并联后使电阻值减小，因此电位差计电路中串入电阻r₂来保持总电阻值不变。在×0.1量程，第一步进盘两把电刷间总阻串联电阻r₄后，以99倍于电阻r₃的阻值与电阻r₃并联，使流过测量盘电流减小到×10量程的1/100，使量限降低到×10量程的1/100，并联使阻值减小，通过在电位差计电路中串联进电阻r₅加电阻r₂保持总阻值不变；

电位差计工作电流为2mA，第一步进盘两把电刷间左边电流20/11mA，右边电流为2/11mA，左边电流流过第II″辅助盘电刷后分成相等的两个支路，当第二盘掷0点时，流过第II测量盘及第IV测量盘的两个支路是分开的，当第II测量盘不掷0时，流过第II测量盘支路电流全部流过第IV测量盘电阻，第IV测量盘10只电阻加上电阻R₃起到第II测量盘第1只电阻的作用，当第IV测量盘掷n₄时，n₄～0电阻上的电流虽然就是左边电流，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；同理，第一步进盘两把电刷间右边电流在第五盘掷n₅时，10～n₅的电流看成二个支路电流叠加，计算时采取分开计算。取样用调定电阻RN阻值是509Ω，在工作电流标准化时，调定电阻上的压降是1.018V，电位差计检定在恒温室中进行，在20℃时标准电池电动势是1.0186V，温度偏离20℃时，每度可按-40μV进行补偿，温度补偿盘RP₄为20×0.025Ω，满足0.02级电位差计每个步值补偿50μV的国家标准。

标准电池EN上的温度计最小分度是0.1℃，根据温度值对温度补偿盘进行调节后，开关K₂指向右边，调节可调电阻RP₁、RP₂及PR₃后，使检流计G指零，这时电位差计工作电流已标准化，这时，第I测量盘掷n₁，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、第V测量盘掷n₅。

Ux＝10/11×11n₂+10/11×0.11n₄+20/11×(100+5.5+0.055)+20/11×50n₁-2/11×(20-n₁)×50-2/22×(10-n₅)×0.11-1/11×(10-n₃)×11(mv)

＝10n₂+0.4n₄+2000/11+10+0.1+1000n₁/11-2000/11+100n₁/11-0.1+0.01n₅-10+1n₃(mv)

＝100n₁+10n₂+1n₃+0.1n₄+0.01n₅(mv)

以上是×10量程五个测量盘示值，在×0.1量程时，五个测量盘示值表达为n₁+0.1n₂+0.01n₃+0.001n₄+0.0001n₅(mv)。

电位差计工作电压为6V，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5.6V～6.6V均能把电位差计工作电流调整到标准状态，取固定电阻R₀＝490Ω，可调电阻RP₁＝20×25Ω，RP₂为20×1.4Ω，RP₃为20×0.08Ω。

四刀双掷开关K_1-4对×10、×1量程进行输入信号的衰减，在×0.1量程全部信号进入放大器，在×1量程输入信号为全部信号的(R₁₀+R₉)/(R₈+R₉+R₁₀)，在×10量程时，输入信号为全部信号的R₁₀/(R₈+R₉+R₁₀)放大器输入端正反连接的二极管D₁和D₂用于输入保护，两块集成放大器OPA128进行差动输入差动输出，反馈电阻R₁₁与R₁₂要相等，这里取1MΩ，电阻R₁₃取200Ω，放大后信号用电流表G显示。

Claims

一种有五个测量盘采用分流支路三量程转换的电位差计，它有工作电流调节电阻RP₁、RP₂、RP₃及用于降低电源电压的固定电阻R₀，对标准时取样用调定电阻和温度补偿盘RP4以及五个测量步进开关上的电阻网络串联在电位差计工作回路中，工作电流在标准化时为2mA；其特征在于第一步盘由第I测量盘与第I’代换盘组成，提供0～20的示值，两只盘上面电阻均为20×50Ω，第二步进盘由“0”、“1”两触点间无电阻，1～10触点有9×11Ω电阻的第II测量盘，10×11Ω的第II’代换盘及不接有电阻，0触点独立，其余触点相连的第II”辅助盘组成，第三步进盘由“9”、“10”两触点间无电阻，0～9触点间是9×11Ω电阻的第III测量盘，10×11Ω的第III’代换盘及第10点独立其余各点连接的第III”辅助盘组成，第四步进盘由都是10×0.11Ω电阻的第IV测量盘与第IV’代换盘及阻值是10×0.055Ω的第IV”辅助盘组成，第五步进盘由阻值是10×0.11Ω的第V测量盘、第V’代换盘及阻值是10×0.055Ω的第V”辅助盘组成，除第一步进盘外，其余四个步进盘的代换盘与测量盘的电刷互相连接；第I’代换盘电刷连在测量电路正极，第I’代换盘第20点连接818.895Ω电阻R₁后连接第IV”辅助盘第10点，第IV”辅助盘0点连接第II”辅助盘0点；第IV”辅助盘电刷连接第II”辅助盘除0点外的触点，第II”辅助盘电刷分成两路，一路经过108.9Ω电阻R₂后与第IV”代换盘第10点连接，另一路连接第II’代换盘第10点，第II测量盘第1点经过9.9Ω电阻R₃后第IV测量盘第10点连接，第II测量盘0点和第IV测量盘0点都与105.555Ω电阻R₄连接在一端，电阻R₄另一端与第I测量盘0点连接；第I’代换盘0点连接18744.45Ω电阻R₅后与第V”辅助盘0点连接，第V”辅助盘第10点连接第III”辅助盘第10点，第V”辅助盘电刷连接第III’辅助盘除第10触点外其余各触点，第III”辅助盘电刷分成两支路，一路经过108.9Ω电阻R₆后连接第V’代换盘的0点，另一路连接第III’代换盘0点，第III测量盘第9点连接9.9Ω电阻R₇后与第V测量盘0点连接，第III测量盘第10点与第V盘测量第10点均与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷与200Ω电阻r₁并联在电位差计测量部份正极，电阻r₁的另一端连接四刀三掷开关K_1-1的×1量程触点K_1-2的×1量程触点与K_1-1的×10量程触点连接，K_1-3的×1量程触点通过1620Ω电阻r₂与K_1-3的×10量程触点连接，该触点连接在电位差计测量电路的负极，四刀三掷开关K_1-1的×10量程触点连接第1测量盘电刷；20Ω电阻r₃与第I′代换盘电刷连接，电阻r₃的另一端连接K_1-1的×0.1量程触点，K_1-2的×0.1量程触点通过180Ω电阻r₄与K_1-1的×10量程触点连接，K_1-3的×0.1量程触点与×1量程触通过160.2Ω电阻r₅连接，四刀三掷开关K_1-1、K_1-2、K_1-3的三个常闭触点短接；测量盘两个端钮正极与第II测量盘第10点连接，负极通过检流计切换开关K₂与第III测量盘0点连接。