CN1818674A - 有四个测量盘采用换位支路的四量程电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于电压测量的有四个测量盘采用换位支路的四量程电位差计，它用20×100Ω作第I测量盘，10×11Ω作第II测量盘，9×22Ω作第III测量盘，10×2.2Ω作第IV测量盘，除了不影响测量结果的转换开关外，电位差计两个测量端钮与四个测量盘之间用导线直接连接的，测量步进开关的接触电阻，变差及热电势排除在测量结果之外，零电势大也可增大负电势来进行补偿，用四个阻值为一位数或二位数乘10的整数次幂的电阻进行量程转换。

Description

有四个测量盘采用换位支路的四量程电位差计

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及RP₂，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RN及测量步进开关上的电阻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；其待征在于第一步进盘由各有20×100Ω的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10×11Ω的第II测量盘与第II′代换盘组成，第三步进盘由9点与10点之间无电阻，这二个触点断开，其余触点由电阻连接的9×22Ω的第III测量盘，有10×22Ω的第III′代换盘及不焊有电阻、10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10×2.2Ω电阻组成的第IV测量盘和第IV′代换盘及有10×1.1Ω电阻的第IV″辅助盘组成，除第一步进盘外，其余各盘测量盘与代换盘的电刷各自两两连通；第I′代换盘第20点通过977.9Ω电阻连接第II′代换盘第10点，第II测量盘0点连接一只212.1Ω电阻后与第I测量盘0点连接；第I′代换盘0点连接一只30879Ω电阻后连接第IV″辅助盘0点，第IV″辅助盘第10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0点，另一路连接198Ω电阻后与第IV′代换盘0点连接，第III测量盘第10点直接与第I测量盘第20点连接；第III测量盘第9点连接第IV测量盘0点，第IV测量盘第10点与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷与30Ω电阻r₁并联在电位差计测量部份正极，电阻r₁另一端与电阻r₃连接在三刀四掷量程转换开关K_1-1的×0.01量程触点连接，267.3Ω电阻r₂连接在三刀四掷开关K_1-2的×0.01及×0.1量程触点，270Ω电阻r₃与电阻r₅连接在K_1-1×0.1量程触点，2430Ω电阻r₄连接在K_1-2×1量程触点，该触点与K_1-2×10量程触点连接在测量电路负极，电阻r₄的另一端与电阻r₂连接，2700Ω电阻r₅连接在K_1-2×1量程触点，另一端与电阻r₃连接，27000Ω电阻r₆与第一测量盘电刷连接在三刀四掷开关K_1-1×10量程触点，电阻r₆另一端连接电阻r₅，三刀四掷开关K_1-1及K_1-2的两个常闭触点短接，两个测量端钮正极与第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，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“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3300Ω，右边电阻等于33000Ω，第一步进盘两把电刷间总阻为3000Ω，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r₃、电阻r₅、r₆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、r₃、r₅、r₆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r₆后10倍于互相串联的电阻r₁，和电阻r₃、电阻r₅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R₆与r₅后与电阻r₁串联r₃后并联，串联后的电阻是r₁加r₃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，该量程减少的阻值，通过串入电阻r₄后来保持电路总阻不变。在×0.01量程时，第一步进盘两把电刷间的电阻串联了电阻r₆、电阻r₅、电阻r₃后与电阻r₁并联，串联后的阻值是电阻r₁的1099倍，使流过第一步进盘两把电刷间的电流为电位差计工作电流的1/1100，使量限降低到×10量程时的千分之一，该量程减少的阻值，通过电阻r₂串联电阻r₄后来保持电路总阻不变。

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“U_x”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726Ω，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＝10/11×11n₂+10/11×(200+11+1.1)×10/11×100n₁-I/11×(20-n₁)×100-1/22×

    (10-n₄)×2.2-1/22×(10-n₃)×22(mv)

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

＝100n₁+10n₂+1n₃+0.1n₄(mv)

电位差计工作电压为4.5V，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4.2V～4.95V均能把电位差计工作电流调整到标准状态，取固定电阻R₀＝163Ω，可调电阻RP₁＝20×34Ω，RP₂为0～36Ω。

放大器输入端正反连接的二极管D₁及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R₁与R₂要相等，这里取1MΩ，电阻R₃取200Ω，放大后信号用电流表G显示，电阻R用于标准回路限流，三刀四掷开关K_1-3用于不同量程时对放大器输入信号进行衰减，电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇上的信号电压在×0.01量程时，全部进入放大电路，在×0.1量程时，输入信号电压为(R₅+R₆+R₇)/(R₄+R₅+R₆+R₇)，在×1量程时输入信号电压为(R₆+R₇)/(R₄+R₅+R₆+R₇)，在×10量程时，输入信号电压为R₇/(R₄+R₅+R₆+R₇)。

Claims (1)

1. 一种有四个测量盘采用换位支路的四量程电位差计，它有工作电流调节电阻RP₁及RP₂，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RN及测量步进开关上的电阻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；其待征在于第一步进盘由各有20×100Ω的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10×11Ω的第II测量盘与第II′代换盘组成，第三步进盘由9点与10点之间无电阻，这二个触点断开，其余触点由电阻连接的9×22Ω的第III测量盘，有10×22Ω的第III′代换盘及不焊有电阻、10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10×2.2Ω电阻组成的第IV测量盘和第IV′代换盘及有10×1.1Ω电阻的第IV″辅助盘组成，除第一步进盘外，其余各盘测量盘与代换盘的电刷各自两两连通；第I′代换盘第20点通过977.9Ω电阻连接第II′代换盘第10点，第II测量盘0点连接一只212.1Ω电阻后与第I测量盘0点连接；第I′代换盘0点连接一只30879Ω电阻后连接第IV″辅助盘0点，第IV″辅助盘第10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0点，另一路连接198Ω电阻后与第IV′代换盘0点连接，第III测量盘第10点直接与第I测量盘第20点连接；第III测量盘第9点连接第IV测量盘0点，第IV测量盘第10点与第I测量盘第20点连接；第I′代换盘电刷与30Ω电阻r₁并联在电位差计测量部份正极，电阻r₁另一端与电阻r₃连接在三刀四掷量程转换开关K_1-1的×0.01量程触点连接，267.3Ω电阻r₂连接在三刀四掷开关K_1-2的×0.01及×0.1量程触点，270Ω电阻r₃与电阻r₅连接在K_1-1×0.1量程触点，2430Ω电阻r₄连接在K_1-2×1量程触点，该触点与K_1-2×10量程触点连接在测量电路负极，电阻r₄的另一端与电阻r₂连接，2700Ω电阻r₅连接在K_1-2×1量程触点，另一端与电阻r₃连接，27000Ω电阻r₆与第一测量盘电刷连接在三刀四掷开关K_1-1×10量程触点，电阻r₆另一端连接电阻r₅，三刀四掷开关K_1-1及K_1-2的两个常闭触点短接，两个测量端钮正极与第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。

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