CN2816821Y - 测量微小电压的电位差计 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量微小电压的电位差计,由工作回路、标准回路、测量回路组成,它的测量回路中,三个测量盘直接用导线连接,开关接触电阻及变差不在测量回路内,热电势的影响也排除在测量线路以外,解决了便携式电位差计分辨率达0.1μV问题。
Description
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,市场上无法买到分辨率达0.1μv的便携式电位差计,因为要达到0.1μv分辨率,零值时引线电阻,接触热电势,开关接触电阻及变差影响都不可忽略。
发明内容
本实用新型的目的,是设计一种便携式直流电位差计,它能最低限度减小零值引线电阻影响,使接触热电势影响可以忽略,测量回路中的开关不会引入变差,使仪器分辨率达0.1μv,同时保证有足够的量程,能有四至五位读数。
本实用新型是通过如下技术方案来实现:便携式电位差计采取二只步进盘及一只滑线盘。
第一步进盘有十个以上步进,能提供二位读数,二个步进盘让它们全部都有测量盘与代换盘及辅助盘,开关采用轻压力开关,全环通过电刷可与各档触点连接。
在第一盘中测量盘I有n个电阻串联,代换盘I’就有n+1电阻串联,开关档位有n+1档;第一盘的测量盘及代换盘电阻值相同,设为R。
在第二盘中,测量盘II和代换盘II’都是十个电阻串联,阻值是第一盘电阻的1/10都为0.1R,滑线盘在100个刻度时阻值是第II盘电阻的1/2,它制成105个刻度,加一段引到焊点上的电阻,所以要加上百分之十的阻值,即0.055R。滑线盘采用双滑线,一根用于测量,一根用于代换,使滑动时在电路中阻值不变。
让“未知”一端连接第一盘测量盘I的尾端电阻并接在开关的n+1档触点上,首端连接第二盘测量盘II尾端,测量盘II首端与滑线盘测量端首部相连,滑线盘尾部连接“未知”另一端。同时让测量盘I及测量盘II的“0”点都直接接在第三盘测量滑线的“0”点上,当所有测量盘置“0”时,零电势为零,引线电阻引起误差都在测量盘I及测量盘II的第一只电阻上,这可以让第一只电阻加引线电阻等于同名义值电阻阻值来解决。由于“未知”两端是直接连接,不存在接触电阻与变差。
在代换盘中,第三盘代换滑线的尾端接入工作回路的一端,代换盘I’及代换盘II’的尾端各串联一只电阻R1及R2进行并联要接入工作回路另一端时,由于第II盘电阻阻值是第I盘电阻的1/10,读取电压值也是1/10,所以要保证二个支路有相同的电流必须二个支路阻值相等,因此串联在第I盘中的电阻R1+(n+1)R等于串联在第II盘中的电阻R2+R,当代换盘I′置零时,II’盘无论置在何档总阻不变,当I’盘不置“0”档时,II’盘档位变动时,阻值是变化的,当II’盘从“0”依次到“10”时,相当于并联二个支路各有一只0.1R的电阻减少了,而并联一起后又串联了0.1R,所以从节点A到节点B之间增加了1/2×0.1R=0.05R,为了保持电路总阻不变,第II盘增加辅助盘II”,由10×0.05R组成,第二盘每增加几档,辅助盘II”就减少几个0.05R的电阻,第一盘亦增加了一个辅助盘I”,第一盘置“0”时,10×0.05R全部进入电路,当第一盘不置“0”时,辅助盘II”随着第二盘示值增大而减少0.05R相应数量,这样可以保证阻值不变。因此,电阻R1与R2并联后,连接辅肋盘I”全环,辅助盘I”上第1点触点至第n+1点触点短接后接辅助盘II”全环,辅助盘第0点触点连接辅助盘II”第0点触点后通过10只0.05R电阻接入工作回路另一端。经如上布线,第一盘、第二盘开关的接触热电势仅影响1.5V的电源电压,对测量端影响可以忽略。第三盘双滑线盘热电热及接触热电势都大小相等,方向相反,因此影响也可以忽略。在总测量电路两端并联若干个电阻后,可以进行量程变换。
附图说明
图1是二个步进盘与一个滑线盘组成的电位差计的电路原理图
图2是实际实施的分辨率达0.1μv电路图
图中I是第一盘测量盘,I’是第一盘代换盘,I”是第一盘辅助盘
II是第二盘测量盘,II’是第二盘代换盘,II”是第二盘辅助盘
III是第三盘测量用滑线,III’是第三盘代换用滑线
1是不饱和标准电池 2是放大器 3是检流计 RN是调定电阻 RP是可调电阻,图中粗黑线表示全环。
具体实施方式
在图中,电流流过测量电路到调定电阻,再到可调电阻回到电源是工作回路i1,从测量端正极到第一盘的测量盘I再到测量盘II及测量滑线盘III,经过检流计3到测量端负极是测量回路i2,从标准电池1正极到检流计3经过调定电阻回到标准电阻负极是标准回路的i3。
在图1中,测量盘I及测量盘II的“0”档直接与第三盘测量滑线起始点连接于一点,这样三盘置“0”时,测量回路与工作回路仅交汇于第三盘测量滑线起始点处,所以这时零电势为“0”。测量盘间的引线电阻都加在测量盘的第一只电阻上,因此要求测量盘I及测量盘II的第1只电阻加上引线电阻等于该盘要求的电阻值是R或0.1R,三个测量盘用导线直接连接,中间没有开关连接,所以不必考虑接触电阻及变差,三只测量盘与代换盘之间的开关热电势及接触电势,对电源电压高低有影响,由于电源电压在1V以上,而电工仪器生产厂的轻压力开关热电势<0.2μv,因此影响在10-7量级可以忽略。
第二盘电阻是第一盘电阻阻值的十分之一,要使测量电压也是十分之一,必须两者电流相等,也就是R1+(n+1)R=R2+10×0.1R,当辅助盘I”置“0”时,节点A及B间阻值是(R2+R)/2,当辅助盘I”不置“0”时,节点A及B之间的阻值随第二盘开关变动而变化的,设第二盘置m点,这时RAB=[R2+(10+m)×0.1R]/2+m×0.1R=(R2+R)/2+0.05mR,当m=0时,RAB=(R2+R)/2
当m=10时,RAB=(R2+R)/2+0.5R,m每增加1档,RAB增加0.05R阻值。
在本实际例中,第一盘有n个阻值为R的电阻串联测量盘I,由(n+1)个电阻阻值为R串联成代换盘I’及辅助盘I”组成,第二盘各由10个阻值为0.1R串联成测量盘及代换盘及10只阻值为0.05R串联成的辅助盘II”;辅助盘II”第10只电阻接入工作电流回路i1中,第1只电阻接辅助盘I”的“0”点,金属全环接通辅助盘I”的第1点~第n+1点所有触点,辅助盘I”金属全环连接A点,第三盘代换滑线III’尾端接入工作回路i1的另一端,测量盘I的n只电阻尾端与测量滑线III的尾端连接在测量回路中,第一盘的测量盘第1点不能有电阻R连接是因为前面有10×0.1R的电阻承担着。
图2是实际电位差计电路图,第一盘的测量盘I由20只4Ω电阻串联成,代换盘由21只4Ω电阻串联后通过R1=51.56Ω电阻与第二盘连接于A点,第二盘的代换盘及测量盘各由10只0.4Ω电阻串联成,代换盘II串联131.56Ω电阻与A点连接,第二盘的辅助盘II”是10只0.2Ω电阻串联成,第三盘是二级阻值为0.27Ω的双滑线盘。第一盘、第二盘、第三盘连接方式同图1实施例,节点C、A、B、C间电阻RCABC=70Ω(不考虑与其并联的电阻),与它并联是电阻R3=7Ω,电阻R4=63Ω,电阻R5=630Ω,在量程开关K1-1掷向×1、×10时,节点C、D间RCD=63.636Ω,当开关K指向×0.1量程,并联电阻减少了42.298Ω,因此在该量程中增加一个42.298Ω电阻。工作电流设计为5.5mA,当RP1=0、RP2=0时,电路总阻为63.636Ω+185.4Ω=249.036Ω,这时电源电压为249.036Ω×5.5mV=1.37V,电池用旧后,只要高于1.37V,电位差计能正常工作,新电池电压有1.65伏,这时要求电阻值为1.65V÷0.0055A=300Ω,也就是要求RP1加RP2有51Ω调节范围,现RP1有50Ω可调,RP2有3Ω可调节,能达到要求。
当开关K置×10量程时,电流流过第一盘、第二盘总电流是5mA,每盘2.5mA,三个测量盘都置在满度值测量最大值为21×10mV+10×1mV+1.05mV,分辨率10μV,开关K置×0.1量程时,流过测量盘电流减少到百分之一,这时测量最大值是21×0.1mV+10×0.01mV+0.0105mV,即这时测量范围是0~2.2105mV,最小分辨率0.1μV。
校准时,把量程开关K1掷向×10量程,扳键开关K2掷向“未知”,测量盘显示200mV,在“未知”端按极性接入200mV标准信号,这时不平衡的电压信号通过放大器2放大后用检统计3显示。通过调节RP1及RP2使检流计指零,这时工作电流是准确的5.5mA;再把板键开关K2掷向“标准”,不饱和标准电池1与调定电阻RN上的电压不平衡,通过调节0.4Ω电位器使之平衡,并将电位器锁定,以后去测量时,它就是一个标准信号,电阻R6为了减小标准回路电流,电阻R7、R8、R9为了在三个量程时检流计灵敏度基本相等:×0.1量程信号最弱,它把全部信号放大,×10量程信号最强,信号提取量为R9/(R7+R8+R9),信号提取最少,量程开关掷“断”时切断工作电流1.5V电源及放大器2的9V电源。
Claims (2)
1.一种测量微小电压的电位差计,由可调节工作电流大小可调电阻RP,调定电阻RN,标准电池〔1〕、放大器〔2〕、检流计〔3〕及用于测量的二个步进盘与一个滑线盘组成,其特征是第一步进盘有测量盘I、代换盘I′及辅助盘I”,第二步进盘有测量盘II、代换盘II′及辅助盘II”,测量回路的一端按极性连接测量盘I的尾部,测量盘I首部连接第二盘测量盘II的第十只电阻,测量盘I的电阻数量是n只,代换盘I’有n+1只电阻,测量盘I的第“1”档触点直接焊在测量盘II第十只电阻尾部,“0”档直接焊在滑线盘测量用滑线的“0”点并与测量盘II第一只电阻相连,测量盘II的“0”档也直接焊在测量用滑线的“0”点上,测量用滑线的尾部与测量回路另一端点相连;把代换用滑线III’的尾部连接在工作回路的一端D,把第一步进盘的代换盘I’串联一只电阻R1,第二盘代换盘II’串联一只电阻R2,使R1+(n+1)R=R2+10×0.1R,R是第一步进盘每只电阻阻值,0.1R第二只步进盘每只电阻值,同时使滑线盘二根滑线阻值是0.055R;代换盘I’与代换盘II’各串联电阻R1及R2后并联在A点并与第一步进盘的辅助盘I”的全环连接,第一步进盘的辅助盘1”的“0”点外所有触点连接后与第二步进盘的辅助盘II”的全环相连,辅助盘II”的10只步进电阻是由十只0.05R电阻串联而成,其首端与辅助盘I”“0”点相连,尾端接入工作回路另一端C。
2.根据权利要求1所述的一种测量微小电压的电位差计,其特征在于测量盘I的电阻数量n=20只,阻值R=4Ω,电阻R1=51.56Ω,电阻R2=131.56Ω。
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