CN201555878U

CN201555878U - 多量程电压测量仪

Info

Publication number: CN201555878U
Application number: CN2009202022813U
Authority: CN
Inventors: 骆小君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-14

Abstract

一种用于直流电压测量有三个测量盘的多量程电压测量仪，它有二只步进盘和一只双滑线盘组成，电压测量仪内部的两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电压测量仪测量时不存在变差及热电势影响，通过改变接触量程转换电阻的位置获得四个量程，最小分辨率达0.1μV，且省去了第一步进盘的两只辅助盘。

Description

多量程电压测量仪

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

日前对于有三个测量盘的电压测量仪，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200720107591.8公开了有三个测量盘四量程的电压测量仪解决开关接触电阻的变差新方法，它的第一步进盘有一只测量盘与两只辅助盘组成，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；由于第一步进盘有三层，使开关及仪器结构变得复杂，同时增加了仪器的高度。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种多量程电压测量仪，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，而且第一步进盘取消两只辅助盘。

本实用新型的技术方案这样采取：电流从电压测量仪4.5V工作电源的正极经过节点F、B之间的两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到单刀四掷量程转换开关K₁及441Ω调定电阻RN和调节范围在0～0.6Ω可锁定的可调电阻R_P3，再到330Ω的电阻R₀，经过由21只15Ω电阻组成的可调电阻R_P1及调节范围在0～18Ω之间的可调电阻R_P2回到工作电源负极组成电压测量仪的工作回路；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_P3，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电压测量仪补偿回路；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，各档位触点间连接100Ω电阻一只；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是100Ω，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10Ω，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，上面有11个110Ω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，电阻R₃另一端焊接第4个电阻R₄一端，电阻R₄另一端焊接第5个电阻R₅一端，电阻R₅另一端焊接第6个电阻R₆一端，电阻R₆另一端焊接第7个电阻R₇一端，电阻R₇另一端焊接第8个电阻R₈一端，电阻R₈另一端焊接第9个电阻R₉一端，电阻R₉另一端焊接第10个电阻R₁₀一端，电阻R₁₀另一端焊接第11个电阻R₁₁一端，第11个电阻R₁₁另一端与第1个电阻R₁的另一端连接，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过200Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过120Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过60Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过20Ω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的连接点与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过20Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过60Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过120Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₁₁的连接点为电路节点A，节点A经过200Ω电阻与第10触点连接，电阻R₁与电阻R₁₁连接的点为节点B，节点B经过300Ω电阻与第0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10只5Ω的电阻，第二步进盘测量盘II的电刷与辅助盘II′的电刷之间通过2000Ω电阻R₁₂连接，辅助盘II′的电刷连接测量盘I第22个触点，测量盘I的第0触点连接电路节点A，辅助盘II′第10触点与23000Ω电阻R₁₃的一端连接点为节点C，节点C经过50/7Ω电阻R₁₅后与11.5Ω量程转换电阻r₁一端并联在节点F，节点F连接电压测量仪工作电源的正极；电阻R₁₃的另一端连接测量滑线III的始端第0触点，测量滑线III的末端第10触点经过900Ω电阻R₁₄后连接电路节点B；节点B与10350Ω量程转换电阻r₄一端并联在单刀四掷量程转换开关K₁的×10量程触点，量程转换电阻r₄的另一端与1035Ω量程转换电阻r₃一端并联在单刀四掷量程转换开关K₁的×1量程触点，量程转换电阻r₃的另一端与103.5Ω量程转换电阻r₂一端连接后，经过931.5Ω电阻r₆连接单刀四掷量程转换开关K₁的×0.1量程触点，量程转换电阻r₂的另一端与量程转换电阻r₁的另一端连接后，经过1033.965Ω电阻r₅连接单刀四掷量程转换开关K₁的×0.01量程触点，单刀四掷量程转换开关K₁的常闭触点连接调定电阻RN高电势端；电压测量仪用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与测量盘I电刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线III′连接。

通过以上技术方案，第一步进盘省去了二只辅助盘，使电位差计结构简单，体积缩小，也降低了生产成本，同时在补偿回路内三只测量盘连接的线路上没有经过开关，所以不存在变差及热电势影响；第一步进盘及双滑线盘的电刷切换引起阻值变化不影响测量数值，只影响检流计阻尼，且与整个补偿回路的电阻变化比起来电刷切换引起阻值变化可以忽略。

附图说明

图1是本实用新型原理电路。

在图1中，22×100Ω的测量盘I，表示测量盘I由22只100Ω的电阻组成；同理，10×5Ω的辅助盘II′，表示辅助盘II′由10只5Ω的电阻组成，21×15Ω的可调电阻R_P1，表示可调电阻R_P1由21只15Ω电阻组成。测量盘II的电阻环形网内有“10×110Ω”，表示测量盘II的电阻环形网内电阻R₁～电阻R₁₀十只电阻阻值都是110Ω。

具体实施方式

在图1中，测量盘II在节点A与节点B之间是十一只110Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“5”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只110Ω电阻与6只110Ω电阻并联，并联后阻值最大为300Ω，测量盘II的其它触点到节点B之间的电阻值都连接到300Ω为准，第5、6触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点B之间是4只110Ω电阻与7只110Ω电阻并联，并联后阻值为280Ω，所以第4、7触点经过20Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“3”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只110Ω电阻与8只110Ω电阻并联，并联后阻值为240Ω，所以第3、8触点经过60Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“9”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只110Ω电阻与9只110Ω电阻并联，并联后阻值为180Ω，所以第2、9触点经过120Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“10”时，测量盘II的电刷到节点B之间是1只110Ω电阻与10只110Ω电阻并联，并联后阻值为100Ω，所以第1、10触点经过200Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“0”，测量盘II的第0触点到节点B之间是300Ω电阻连接。

第二步进盘的测量盘II的电刷与辅助盘II′的电刷是同步的，第二步进盘置“0”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是2300Ω的电阻并联，因此是1150Ω。

第二步进盘置“1”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值的计算需要进行三角形-星形变换，设电阻(R₂+R₃+…+R₉+R₁₀)与电阻R₁₁两边阻值等效于电阻r₁，电阻R₁₁与电阻R₁两边阻值等效于电阻r₁’电阻(R₂+R₃+…+R₉+R₁₀)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)×R₁₁/(R₁+R₂+…+R₁₀+R₁₁)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ω

r₁’＝R₁×R₁₁/(R₁+R₂+…+R₁₀+R₁₁)＝110×110/11×110Ω＝10Ω

r₁”＝(R₂+R₃+…+R₉+R₁₀)×R₁/(R₁+R₂+…+R₁₀+R₁₁)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(2200Ω+r₁)×(2000Ω+200Ω+r₁”)/(2×2290)Ω+r₁’＝2290Ω/2+10Ω＝1145Ω+10Ω＝1155Ω

第二步进盘置“2”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值的计算：设电阻(R₃+R₄+…+R₉+R₁₀)与电阻R₁₁两边阻值等效于电阻r₂，电阻R₁₁与电阻(R₁+R₂)两边阻值等效于电阻r₂’电阻(R₃+R₄+…+R₉+R₁₀)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＝80Ω r₂’＝20Ω r₂”＝160Ω

辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值等于(2200Ω+r₂)×(2000Ω+120Ω+r₂”)/(2×2280)Ω+r₂’＝2280Ω/2+20Ω＝1140Ω+20Ω＝1160Ω。

同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是1165Ω，

第二步进盘置“4”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是1170Ω，

第二步进盘置“5”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是1175Ω，

……

第二步进盘置“10”时，辅助盘II′的电刷与节点B之间电阻值是1200Ω。由于测量盘II与测量盘I连接后每步进增加5Ω，因此辅助盘II′每步进减少5Ω，使电路总阻不变。

节点C经过两个步进盘到节点B的电阻是1200Ω，节点C经过滑线盘到节点B的电阻是24000Ω，电压测量仪器工作电流标准化时为2.1mA，在×10量程时，1200Ω电阻上电流是2mA，24000Ω电阻上电流是0.1mA；根据三角形-星形变换，辅助盘II′电刷经过测量盘I到等效电阻r_n、r_n’、r_n”的交点Q_n(n＝1、2、3、……9)的电阻与辅助盘II′电刷经过2000Ω电阻R₁₂到交点Q_n的电阻相等，所以流过测量盘I与2000Ω电阻R₁₂的电流各为1mA；测量盘II置“10”时，辅助盘II′电刷经过测量盘I到节点A的电阻与辅助盘II′电刷经过2000Ω电阻R₁₂到节点A的电阻都等于2200Ω，所以流过测量盘I与2000Ω电阻R₁₂的电流也各为1mA。

节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B共1150Ω，节点F经过电阻r₁、电阻r₂、电阻r₃也1150Ω，在×10、×1量程时，电阻r₄调换了位置，电路阻值不变；在×0.1量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B加电阻r₄电阻r₃之和是12535Ω与电阻r₁电阻r₂之和115Ω并联，电路减小的阻值通过串入931.5Ω电阻r₆保持电路阻值不变；在×0.01量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B串联了电阻r₄、电阻r₃、电阻r₂与电阻r₁并联，并联后电路减小的阻值通过串入1033.965Ω电阻r₅保持电路阻值不变；

在×10量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B共1150Ω，电阻r₄、电阻r₃、电阻r₂与电阻r₁串联后是11500Ω，电压测量仪工作电流标准化时的电流是2.31mA，2.1mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到量程转换开关K₁的×10量程触点，0.21mA流过电阻r₁、电阻r₂、电阻r₃与电阻r₄到量程转换开关K₁的×10量程触点；测量盘II置“n”(n＝1、2、3、…9)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、…9)与经过2000Ω电阻R₁₂到交点Q_n电阻值相等，测量盘II置“10”时，2000Ω电阻R₁₂加200Ω电阻到节点A的电阻值与测量盘I的电阻值相等，所以流过测量盘I与2000Ω电阻R₁₂的电流也各为1mA。

对于测量盘II在节点A与节点B之间的十一只110Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R₁与10只阻值同为110Ω电阻并联，在×10量程时，流过电阻R₁₁的电流为1/11mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝1/11×110mV＝10mV；测量盘II置“2”时电阻(R₁+R₂)与9只阻值同为110Ω电阻并联，流过电阻R₁₁的电流为2/11mA，节点A与节点B之间的电压U_AB＝2/11×110mV＝20mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3、…10)电阻节点A与节点B之间的电压U_AB＝10×nmV；测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R₁₁，U_AB＝0 mV。测量盘I、测量盘II、测量滑线III都置“0”时，流过测量盘I的电流在节点A与节点B之间的电压U_AB上的100mV等于测量滑线III的0点到B点的电压，所以测量滑线III的0点与节点A等电位。

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＝1×100n₁+1×100+n₂/11×110-0.1×900-0.1×10×(10-n₃) (mV)

＝00n₁+1×100+10n₂-×90-10+n₃ (mV)

＝100n₁+10n₂+n₃ (mV)

×1量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B串联了电阻r₄之和是11500Ω与其并联的电阻r₁、电阻r₂、电阻r₃之和是1150Ω，所以0.21mA电流流过电阻R₁₅到测量盘再到节点B，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＝10n₁+1n₂+0.1n₃ (mV)

×0.1量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B串联了电阻r₄及电阻r₃之和是12535Ω与其并联的电阻r₁、电阻r₂之和是115Ω，阻值比为109倍，流过电阻r₁、电阻r₂的电流与流过节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B的电流比也为109倍，因此，流过节点F经过电阻R₁₅到测量盘的电流是总工作电流的1/110，流过节点F经过电阻R₁₅到测量盘的电流是0.021mA，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)

×0.01量程时，节点F经过电阻R₁₅到测量盘再到节点B串联了电阻r₄、电阻r₃及电阻r₂之和是12638.5Ω与其并联的电阻r₁是11.5Ω，阻值比为1099倍，因此，流过节点F经过电阻R₁₅到测量盘的电流是总工作电流的1/1100，流过节点F经过电阻R₁₅到测量盘的电流是0.0021mA，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＝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2.31mA，因此调定电阻R_N取441Ω，外加0～0.6Ω可锁定的可调电阻R_P3，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

电压测量仪采用3组干电池供电，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、旧情况下都能使电压测量仪的工作电流调节到标准化，为此电阻R₀取330Ω。取可调电阻R_P1为22×15Ω，可调电阻R_P2为0～16Ω。

标准电流是这样确定的：把2V标准信号电压按极性与电压测量仪“U_x”两个测量端钮连接，电压测量仪各盘总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及可调电阻R_P2，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_P3，使检流计G指零，这时把可调电阻R_P3锁定；电压测量仪今后使用时依此为标准。

Claims

1.一种多量程电压测量仪，电流从电压测量仪4.5V工作电源的正极经过节点F、B之间的两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到单刀四掷量程转换开关K₁及441Ω调定电阻RN和调节范围在0～0.6Ω可锁定的可调电阻R_P3再到330Ω的电阻R₀，经过由21只15Ω电阻组成的可调电阻R_P1及调节范围在0～18Ω之间的可调电阻R_P2回到工作电源负极组成电压测量仪的工作回路；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_P3，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池E_N负极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂到负极端钮组成电压测量仪补偿回路；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，各档位触点间连接100Ω电阻一只；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是100Ω，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10Ω，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，上面有11个110Ω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，电阻R₃另一端焊接第4个电阻R₄一端，电阻R₄另一端焊接第5个电阻R₅一端，电阻R₅另一端焊接第6个电阻R₆一端，电阻R₆另一端焊接第7个电阻R₇一端，电阻R₇另一端焊接第8个电阻R₈一端，电阻R₈另一端焊接第9个电阻R₉一端，电阻R₉另一端焊接第10个电阻R₁₀一端，电阻R₁₀另一端焊接第11个电阻R₁₁一端，第11个电阻R₁₁另一端与第1个电阻R₁的另一端连接，电阻R₁与电阻R₂的连接点经过200Ω电阻与第1触点连接，电阻R₂与电阻R₃的连接点经过120Ω电阻与第2触点连接，电阻R₃与电阻R₄的连接点经过60Ω电阻与第3触点连接，电阻R₄与电阻R₅的连接点经过20Ω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的连接点与第6触点连接，电阻R₇与电阻R₈的连接点经过20Ω电阻与第7触点连接，电阻R₈与电阻R₉的连接点经过60Ω电阻与第8触点连接，电阻R₉与电阻R₁₀的连接点经过120Ω电阻与第9触点连接，电阻R₁₀与电阻R₁₁的连接点为电路节点A，节点A经过200Ω电阻与第10触点连接，电阻R₁与电阻R₁₁连接的点为节点B，节点B经过300Ω电阻与第0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10只5Ω的电阻，第二步进盘测量盘II的电刷与辅助盘II′的电刷之间通过2000Ω电阻R₁₂连接，辅助盘II′的电刷连接测量盘I第22个触点，测量盘I的第0触点连接电路节点A，辅助盘II′第10触点与23000Ω电阻R₁₃的一端连接点为节点C，节点C经过50/7Ω电阻R₁₅后与11.5Ω量程转换电阻r₁一端并联在节点F，节点F连接电压测量仪工作电源的正极；电阻R₁₃的另一端连接测量滑线III的始端第0触点，测量滑线III的末端第10触点经过900Ω电阻R₁₄后连接电路节点B；节点B与10350Ω量程转换电阻r₄一端并联在单刀四掷量程转换开关K₁的×10量程触点，量程转换电阻r₄的另一端与1035Ω量程转换电阻r₃一端并联在单刀四掷量程转换开关K₁的×1量程触点，量程转换电阻r₃的另一端与103.5Ω量程转换电阻r₂一端连接后，经过931.5Ω电阻r₆连接单刀四掷量程转换开关K₁的×0.1量程触点，量程转换电阻r₂的另一端与量程转换电阻r₁的另一端连接后，经过1033.965Ω电阻r₅连接单刀四掷量程转换开关K₁的×0.01量程触点，单刀四掷量程转换开关K₁的常闭触点连接调定电阻RN高电势端；电压测量仪用于连接被测量“U_X”的两个端钮，正极端钮与测量盘I电刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K₂后与辅助滑线III′连接。