CN201035067Y

CN201035067Y - 三量程便携式电位差计

Info

Publication number: CN201035067Y
Application number: CNU2007201075829U
Authority: CN
Inventors: 张春雷; 李顺定; 程军; 方勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-04-03

Abstract

一种用于直流电压测量有三个测量盘的三量程便携式电位差计，它的第一步进盘由21×10Ω测量盘与没有电阻的辅助盘组成，第二步进盘由10×10Ω环形电阻网构成测量盘，由10只0.5Ω电阻构成辅助盘，第三盘为双滑线盘，两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电位差计测量时不存在变差及热电势影响，有三个量程，最小分辨率达0.1μV，且省去了第一及第二步进盘的代换盘。

Description

三量程便携式电位差计

技术领域

本实用新型涉及对直流电压进行测量的仪器。

背景技术

当前对于有三个测量盘的电位差计，在三个测量盘之间的连接上，中间盘普遍采用开关切换，这样就产生接触电阻的变差，给分辨率带来限制。为了克服该问题，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料；专利号ZL200520101772.0公布了有三个测量盘的电位差计解决开关接触电阻变差的新方法，它的第一、第二步进盘各有测量盘、代换盘与辅助盘组成，测量盘与代换盘上的电阻阻值相同，测量盘每增加一个电阻，代换盘就减小相同电阻，由于第一步进盘不置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第一步进盘置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻不变，为此第一步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置0及不置0两种情况的电路连接，第二步进盘也增加了辅助盘，上面有10只电阻来分别接入或切出若干个电阻使电路总阻不变。两个测量盘连接后与滑线盘连接在两个测量端钮间，使步进盘开关上的电刷排除在测量回路之外，三个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于第一、第二步进盘都有代换盘，增加了第一、第二步进盘开关的层数，从而增大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种三量程便携式电位差计，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，且第一、第二步进盘取消代换盘，并采用分流支路进行三个量程切换，使分辨率达0.1μV。

本实用新型的技术方案这样采取：电流从电位差计1.5V工作电源的正极经过两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到509Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到75Ω电阻R₀，经过0～123Ω可调电阻R_P1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到调定电阻R_N及可锁定的可调电阻R_P2，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及测量滑线III的电阻网络经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电位差计测量回路；第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2……22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接10Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’及辅助盘I”的0触点孤立，其余触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是0.5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.05Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，0～9档位上面有10个10Ω的电阻，第1个电阻R₁一端焊接第2个电阻R₂一端，电阻R₂另一端焊接第3个电阻R₃一端……依次焊接，第9个电阻R₉另一端与第10个电阻R₁₀的一端连接点为电路节点A，第10个电阻R₁₀另一端与第1个电阻R₁的另一端与第三盘测量滑线III的0点的连接，测量滑线III的0点为电路节点B，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过16Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过9Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过4Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过1Ω电阻与第4触点连接，电阻R₅与电阻R₆的连接点与第5触点连接，电阻R₆与电阻R₇的连接点经过1Ω电阻与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过4Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过9Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过16Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₉的连接点节点A经过1Ω电阻后到节点C，节点C经过15Ω电阻后与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过25Ω电阻与节点B连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×0.5Ω的电阻，辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R₁₄的一端并联在电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端连接与量程转换开关K_1-1的×1及×0.1量程触点连接，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过195Ω电阻R₁₂后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点C连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过1.5Ω量程转换电阻R₁₃后与量程转换开关K_1-1的×10量程触点连接，量程转换开关K_1-1的×10量程触点与量程转换开关K_1-2的×1量程触点用导线连接，105.3Ω辅助电阻R₁₅的一端与量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-3的×1量程触点连接，1170Ω量程转换电阻R₁₆一端与量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接，104.13Ω辅助电阻R₁₇的一端与量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-3的×0.1量程触点连接，三刀三掷开关K₁的三层：K_1-1层、K_1-2层及K_1-3层的三个常闭触点用导线连接，量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接调定电阻R_N高电位一端；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极与测量盘I电刷连接，负极经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线III′连接。

通过以上技术方案，第一步进盘不用代换盘，两层辅助盘上都没有电阻，可以装在开关里层，测量盘I装在开关外层；第二步进盘不用代换盘，开关每个步进转动15°角，每层分布24个触点，减去两档定位，第二步进盘的辅助盘II′及测量盘II各11个触点正好分布在开关的同一层，各占半周，电阻装在开关外层，电阻超差时卸下装上容易，这给调试与维修带来方便；这样使电位差计结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电位差计内部测量回路与工作回路共有部份的线路上没有开关，所以不存在变差影响，当电位差计三个测量盘置“0”时，电位差计工作电流在B点汇合，零电势测量的是B点电位，在测量回路中，不存在工作电流流过引线电阻，所以本电位差计零电势很小；两根滑线电阻粗细材质相同，产生的热电势大小相等、方向相反，所以本电位差计热电势也很小，因此，在×0.1量程本电位差计测量时也能得到很好重复性。

附图说明

附图是本实用新型原理电路。

具体实施方式

图中，测量盘II在1～9触点之间有十只10Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“5”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只10Ω电阻与5只10Ω电阻并联，并联后阻值最大为25Ω，测量盘II其它触点到节点B之间的阻值都要连接到25Ω，“5”触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点B之间是4只10Ω电阻与6只10Ω电阻并联，并联后阻值为24Ω，所以4、6触点经过1Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“3”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只10Ω电阻与7只10Ω电阻并联，并联后阻值为21Ω，所以3、7触点经过4Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只10Ω电阻与8只10Ω电阻并联，并联后阻值为16Ω，所以2、8触点经过9Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“9”时，测量盘II的电刷到节点B之间是1只10Ω电阻与9只10Ω电阻并联，并联后阻值为9Ω，所以1、9触点经过16Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“0”，测量盘II的电刷到节点B之间是25Ω电阻连接，当测量盘II置“10”，测量盘II的电刷到节点B之间是16Ω电阻加9Ω电阻环连接成25Ω电阻。

第一步进盘置“0”、第二步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……9，10)时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。

第一步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。

当第一、第二步进盘都不置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值的计算，除第二步进盘置“9，10”外，都需要进行三角形-星形变换。

第二步进盘置“1”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₂+R₃+…+R₉)与电阻R₁₀两边阻值等效于电阻r₁，电阻R₁₀与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁’电阻(R₂+R₃+…+R₉)与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁”，等效于电阻r₁、r₁’、r₁”交点为Q₁：

则r₁＝(R₂+R₃+…+R₉)×R₁₀/(R₁+R₂+…+R₁₀)＝80×10/100Ω＝8Ω

r₁’＝R₁×R₁₀/(R₁+R₂+…+R₁₀)＝10×10/10×10Ω＝1Ω

r₁”＝(R₂+R₃+…+R₉)×R₁/(R₁+R₂+…+R₁₀)＝80×10/100Ω＝8Ω

辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值等于(211Ω+r₁)×(211Ω+r₁”)/(2×219)Ω+r₁’＝219Ω/2+1Ω＝109.5Ω+1Ω＝110.5Ω

第二步进盘置“2”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₃+R₄+…+R₉)与电阻R₁₀两边阻值等效于电阻r₂，电阻R₁₀与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂’电阻(R₃+R₄+…+R₉)与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂”，等效于电阻r₂、r₂’、r₂”交点为Q₂：

则r₂＝7Ω r₂’＝2Ω r₂”＝14Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(211Ω+r₂)×(195Ω+9Ω+r₂”)/(2×218)Ω+r₂’＝218Ω/2+2Ω＝109Ω+2Ω＝111Ω。

同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是111.5Ω，

第二步进盘置“4”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是112Ω，

第二步进盘置“5”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是112.5Ω，

......

第二步进盘置“9”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是(211/2+9)Ω＝114.5Ω，第二步进盘置“10”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间电阻值是(210/2+10)Ω＝115Ω。由于测量盘II每步进增加0.5Ω，因此辅助盘II′每步进减少0.5Ω，使电路总阻不变。

当第一或第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是110Ω，辅助盘II′的10×0.5Ω电阻全部进入电路。

电位差计工作电流标准化时的电流是2mA，在×10量程时，2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，测量盘II置“n”(n＝1，2，3…8)时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到等效于电阻r_n、r_n’、r_n”的交点Q_n(n＝1、2、3…8)与经过195Ω电阻R₁₂到交点Q_n电阻值相等，测量盘II置“9”时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到节点A的电阻值与经过195Ω电阻R₁₂到节点A的电阻值都等于211Ω，所以流过测量盘I与195Ω电阻R₁₂的电流各为1mA，测量盘II置“10”时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到节点C的电阻值与经过195Ω电阻R₁₂到节点C的电阻值都等于210Ω，所以流过测量盘I与195Ω电阻R₁₂的电流各为1mA。

对于测量盘II在1～9触点之间的十只10Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R₁与9只阻值同为10Ω电阻并联，流过电阻R₁₀的电流为1/10mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝1/10×10mV＝1mV；测量盘II置“2”时电阻(R₁+R₂)与8只阻值同为10Ω电阻并联，流过电阻R₁₀的电流为2/10mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝2/10×10mV＝2mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…9)电阻节点A与节点B之间的电压U_AB＝nmV；测量盘II置10”时，节点A与节点B之间9Ω电阻上的电压U_AB＝9mV加1Ω电阻R₁₁上1mV，共10mV；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R₁₀，U_AB＝0mV；当测量盘I不置“0”时流过测量盘I的电流在节点C、B之间的10mV电压叠加在测量盘II上，代替0、1触点间的电阻，工作电流标准化时，第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三盘置n₃(n₃表示大格示值)这时“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_x＝1×10n₁+1×n₂/10×10+2×0.05n₃(mV)

＝10n₁+n₂+0.1n₃(mV)

×1量程时，辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点之间的115.5Ω电阻串联了电阻R₁₃之和是117Ω与其并联的电阻R₁₄是13Ω，117Ω是13Ω的9倍，因此，1/10的工作电流即0.2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进105.3Ω辅助电阻R₁₅来保持电路总阻不变。

当第一步进盘置n₁、第二步进盘置n₂、第三盘置n₃(n₃表示大格示值)这时“U_x”两个测量端钮间电压为：

U_x＝n₁+0.1n₂+0.01n₃ (mV)

×0.1量程时，辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点之间的115.5Ω电阻串联了电阻R₁₃及电阻R₁₆之和是1287Ω与其并联的电阻R₁₄是13Ω，1287Ω是13Ω的99倍，因此，1/100的工作电流即0.02mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进104.13Ω辅助电阻R₁₇来保持电路总阻不变。

U_x＝0.1n₁+0.01n₂+0.001n₃ (mV)

第三盘n₃的1μV为1大格值，每小格为0.1μV。

每批生产的标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流为2mA，因此调定电阻R_N取509Ω，外加0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.4V以下时，电流不稳，为了使干电池在新、旧情况下都能使电位差计的工作电流调节到标准化，为此电阻R₀取75Ω。取可调电阻R_P1为0～123Ω。

标准电流是这样确定的：把200mV标准信号电压按极性与电位差计“U_x”两个测量端钮连接，电位差计步进盘示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K₂掷向左边，调节可调电阻R_P1，使检流计G指零；再将双刀双掷开关K₂掷向右边，调节可调电阻R_P2，使检流计G指零，这时把可调电阻R_P2锁定；电位差计今后使用时依此为标准。

Claims

1.一种三量程便携式电位差计，电流从电位差计1.5V工作电源的正极经过两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到509Ω的调定电阻R_N及0～1Ω可锁定的可调电阻R_P2，再到75Ω电阻R₀，经过0～123Ω可调电阻R_P1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池E_N正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到调定电阻R_N及可锁定的可调电阻R_P2，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电位差计标准回路；连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及测量滑线III的电阻网络经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电位差计测量回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2……22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接10Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’及辅助盘I”的0触点孤立，其余触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是0.5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.05Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，0～9档位上面有10个10Ω的电阻，第1个电阻R₁一端焊接第2个电阻R₂一端，电阻R₂另一端焊接第3个电阻R₃一端……依次焊接，第9个电阻R₉另一端与第10个电阻R₁₀的一端连接点为电路节点A，第10个电阻R₁₀另一端与第1个电阻R₁的另一端与第三盘测量滑线III的0点的连接，测量滑线III的0点为电路节点B，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过16Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过9Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过4Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过1Ω电阻与第4触点连接，电阻R₅与电阻R₆的连接点与第5触点连接，电阻R₆与电阻R₇的连接点经过1Ω电阻与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过4Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过9Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过16Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₉的连接点节点A经过1Ω电阻后到节点C，节点C经过15Ω电阻后与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过25Ω电阻与节点B连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×0.5Ω的电阻，辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R₁₄的一端并联在电位差计工作电源的正极，量程转换电阻R₁₄的另一端连接与量程转换开关K_1-1的×1及×0.1量程触点连接，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过195Ω电阻R₁₂后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点C连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过1.5Ω量程转换电阻R₁₃后与量程转换开关K_1-1的×10量程触点连接，量程转换开关K_1-1的×10量程触点与量程转换开关K_1-2的×1量程触点用导线连接，105.3Ω辅助电阻R₁₅的一端与量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-3的×1量程触点连接，1170Ω量程转换电阻R₁₆一端与量程转换开关K_1-2的×1量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-2的×0.1量程触点连接，104.13Ω辅助电阻R₁₇的一端与量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接，另一端与量程转换开关K_1-3的×0.1量程触点连接，三刀三掷开关K₁的三层：K_1-1层、K_1-2层及K_1-3层的三个常闭触点用导线连接，量程转换开关K_1-3的×10量程触点连接调定电阻R_N高电位一端；电位差计用于连接被测量“U_X”的两个测量端钮，正极与测量盘1电刷连接，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K₂后与辅助滑线III′连接。