專利名稱：有五個測量盤采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的直流電位差計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量直流電壓的儀器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前生產(chǎn)的電位差計，當(dāng)測量盤有三個以上時，兩個測量端鈕間存在開關(guān)接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開關(guān)的電刷及觸點不僅采用銀銅復(fù)合材料，接觸面積也做得挺大，來減小測量開關(guān)步進(jìn)切換時變差帶來影響，這就使儀器體積變大，即便如此，也不能使電位差計分辨率小到0.1μv，另外還存在開關(guān)的熱電勢與接觸可變熱電勢影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，當(dāng)電位差計內(nèi)用于測量部分的步進(jìn)開關(guān)有五個時，測量開關(guān)步進(jìn)切換的接觸電阻及變差，開關(guān)熱電勢不影響測量結(jié)果，使儀器分辨率達(dá)0.1μv。在量程轉(zhuǎn)換時，量程轉(zhuǎn)換用電阻是一位數(shù)或二位數(shù)乘10的整數(shù)次冪的阻值。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1、RP2、RP3及用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標(biāo)準(zhǔn)時取樣用調(diào)定電阻和溫度補(bǔ)償盤RP4以及五個測量步進(jìn)開關(guān)上的電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在電位差計工作回路中，工作電流在標(biāo)準(zhǔn)化時為2.5mA；其特征在于第一步盤由第I測量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×40Ω，第二步進(jìn)盤由“0”、“1”兩觸點間無電阻，1～10觸點有9×8.8Ω電阻的第II測量盤，10×8.8Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點獨立，其余觸點相連的第II”輔助盤組成，第三步進(jìn)盤由“9”、“10”兩觸點間無電阻，0～9觸點間是9×8.8Ω電阻的第III測量盤，10×8.8Ω的第III’代換盤及第10點獨立其余各點連接的第III”輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由都是10×0.088Ω電阻的第IV測量盤與第IV’代換盤及阻值是10×0.044Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進(jìn)盤由阻值是10×0.088Ω的第V測量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.044Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余四個步進(jìn)盤的代換盤與測量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測量電路正極，第I’代換盤第20點連接61.116Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點，第IV”輔助盤0點連接第II”輔助盤0點；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點外的觸點，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經(jīng)過87.12Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點連接，另一路連接第II’代換盤第10點，第II測量盤第1點經(jīng)過7.92Ω電阻R3后第IV測量盤第10點連接，第II測量盤0點和第IV測量盤0點都與84.444Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測量盤0點連接；第I’代換盤0點連接9055.56Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點連接，第V”輔助盤第10點連接第III”輔助盤第10點，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點外其余各觸點，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經(jīng)過87.12Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點，另一路連接第III’代換盤0點，第III測量盤第9點連接7.92Ω電阻R7后與第V測量盤0點連接，第III測量盤第10點與第V盤測量第10點均與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與100Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部份正極，電阻r1的另一端連接四刀三擲開關(guān)K1-1的×1量程觸點K1-2的×1量程觸點與K1-1的×10量程觸點連接，K1-3的×1量程觸點通過810Ω電阻r2與K1-3的×10量程觸點連接，該觸點連接在電位差計測量電路的負(fù)極，四刀三擲開關(guān)K1-1的×10量程觸點連接第1測量盤電刷；10Ω電阻r3與第I′代換盤電刷連接，電阻r3的另一端連接K1-1的×0.1量程觸點，K1-2的×0.1量程觸點通過90Ω電阻r4與K1-1的×10量程觸點連接，K1-3的×0.1量程觸點與×1量程觸通過80.1Ω電阻r5連接，四刀三擲開關(guān)K1-1、K1-2、K1-3的三個常閉觸點短接；測量盤兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負(fù)極通過檢流計切換開關(guān)K2與第III測量盤0點連接。
通過以上技術(shù)方案，五個步進(jìn)盤用于測量部分的測量盤是用導(dǎo)線連接的，接觸電阻及變差，不在測量回路內(nèi)，影響的只是電位差計工作回路總阻，由于總阻阻值很大，所以變差可以忽略，幾個μV的熱電勢影響的是電源電壓，電源電壓是伏，熱電勢是多少μV，兩者相差10的6次方數(shù)量級，因此影響可以忽略，退一步講，即使接觸電阻變差及熱電勢大到不可忽略程度，可通過對標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整RP3的阻值得到修正，零電勢可增大第V測量盤與第I測量盤之間引線電阻來修正，正因為如此，降低了對開關(guān)的要求，采用小型測量步進(jìn)開關(guān)后，整臺儀器外型尺寸減小許多，并且本儀器分辨率為0.1μV時，能得到很好的重復(fù)性。由于量程轉(zhuǎn)換用電阻是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，可用過渡標(biāo)準(zhǔn)電阻對量程轉(zhuǎn)換用電阻阻值進(jìn)行修正，提高了電位差計量程比的準(zhǔn)確度。


附圖是本發(fā)明原理電路。
具體實施例方式
在圖中，由“Ux”正極經(jīng)過各個測量盤，再經(jīng)過切換開關(guān)K2到“Ux”負(fù)極是測量回路，由電源正極經(jīng)過測量步進(jìn)開關(guān)到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤RP4，然后到電阻R0，可調(diào)電阻RP3、RP2及RP1后，回到電源負(fù)極是工作回路，從標(biāo)準(zhǔn)電池EN正極經(jīng)過切換開關(guān)K2，到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤RP4，再到標(biāo)準(zhǔn)電池負(fù)極是標(biāo)準(zhǔn)回路。當(dāng)五只盤都擲“0”時，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電阻等于990Ω，右邊電阻等于9900Ω，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻為900Ω，因此第一盤兩把電刷間總電流的10/11在左邊流動，1/11在右邊流動。當(dāng)?shù)诙P擲0點時，第二盤與第四盤并聯(lián)部份電阻相等，當(dāng)?shù)谒谋P擲不同示值時，電路阻值不變。當(dāng)?shù)诙P不擲在0時，第四盤擲不同示值，電路阻值在沒有第IV”輔助盤時阻值是變化的，第四盤每增加一個步進(jìn)，電路阻值會增大每個步進(jìn)電阻一半的阻值，為了保持電路總阻不變，在第IV”輔助盤中每個步進(jìn)減小同樣阻值，當(dāng)?shù)诙竭M(jìn)盤擲0時，阻值最小，這時讓第IV”輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變，同理，右邊電路設(shè)置第III”輔助盤及第V”輔助盤是為了第三步進(jìn)盤及第五步進(jìn)盤開關(guān)切換到任何示值保持電路總阻不變，由于第一盤由阻值相同的測量盤及代換盤組成，所以五個盤無論擲何示值，電路總阻不變；在×1量程時，阻值為第一步進(jìn)盤兩把電刷間阻值的1/9的電阻r1與兩把電刷并聯(lián)，使流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間的電流減小到×10量程時的1/10，使量限降低到1/10，電阻r1與兩把電刷并聯(lián)后使電阻值減小，因此電位差計電路中串入電阻r2來保持總電阻值不變。在×0.1量程，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻串聯(lián)電阻r4后，以99倍于電阻r3的阻值與電阻r3并聯(lián)，使流過測量盤電流減小到×10量程的1/100，使量限降低到×10量程的1/100，并聯(lián)使阻值減小，通過在電位差計電路中串聯(lián)進(jìn)電阻r5加電阻r2保持總阻值不變；電位差計工作電流為2.5mA，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電流25/11mA，右邊電流為2.5/11mA，左邊電流流過第II″輔助盤電刷后分成相等的兩個支路，當(dāng)?shù)诙P擲0點時，流過第II測量盤及第IV測量盤的兩個支路是分開的，當(dāng)?shù)贗I測量盤不擲0時，流過第II測量盤支路電流全部流過第IV測量盤電阻，第IV測量盤10只電阻加上電阻R3起到第II測量盤第1只電阻的作用，當(dāng)?shù)贗V測量盤擲n4時，n4～0電阻上的電流雖然就是左邊電流，但可以看成是兩個支路電流疊加而成，因此計算時可以以分開計算；同理，第一步進(jìn)盤兩把電刷間右邊電流在第五盤擲n5時，10～n5的電流看成二個支路電流疊加，計算時采取分開計算。取樣用調(diào)定電阻RN阻值是407.2Ω，在工作電流標(biāo)準(zhǔn)化時，調(diào)定電阻上的壓降是1.018V，電位差計檢定在恒溫室中進(jìn)行，在20℃時標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢是1.0186V，溫度偏離20℃時，每度可按-40μV進(jìn)行補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償盤RP4為20×0.02Ω，滿足0.02級電位差計每個步值補(bǔ)償50μV的國家標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)電池EN上的溫度計最小分度是0.1℃，根據(jù)溫度值對溫度補(bǔ)償盤進(jìn)行調(diào)節(jié)后，開關(guān)K2指向右邊，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP1、RP2及PR3后，使檢流計G指零，這時電位差計工作電流已標(biāo)準(zhǔn)化，這時，第I測量盤擲n1，第I測量盤擲n1，第II測量盤擲n2，第III測量盤擲n3第IV測量盤擲n4、第V測量盤擲n5。
Ux＝25/22×8.8n2+25/22×0.088n4+25/11×(80+4.4+0.044)+25/11×40n1-2.5/11×(20-n1)×40-2.5/22×(10-n5)×0.088-2.5/22×(10-n3)×8.8(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量程五個測量盤示值，在×0.1量程時，五個測量盤示值表達(dá)為n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4+0.0001n5(mv)。
電位差計工作電壓為4.5V，由于干電池每節(jié)穩(wěn)定電動勢在1.4V～1.65V之間，為實現(xiàn)電源電壓在4.2V～4.95V均能把電位差計工作電流調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，取固定電阻R0＝372Ω，可調(diào)電阻RP1＝20×15Ω，RP2為20×0.8Ω，RP3為20×0.044Ω。
四刀雙擲開關(guān)K1-4對×10、×1量程進(jìn)行輸入信號的衰減，在×0.1量程全部信號進(jìn)入放大器，在×1量程輸入信號為全部信號的(R10+R9)/(R8+R9+R10)，在×10量程時，輸入信號為全部信號的R10/(R8+R9+R10)放大器輸入端正反連接的二極管D1和D2用于輸入保護(hù)，兩塊集成放大器OPA128進(jìn)行差動輸入差動輸出，反饋電阻R11與R12要相等，這里取1MΩ，電阻R13取200Ω，放大后信號用電流表G顯示。
權(quán)利要求
一種有五個測量盤采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的直流電位差計，它有工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1、RP2、RP3及用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標(biāo)準(zhǔn)時取樣用調(diào)定電阻和溫度補(bǔ)償盤RP4以及五個測量步進(jìn)開關(guān)上的電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在電位差計工作回路中，工作電流在標(biāo)準(zhǔn)化時為2.5mA；其特征在于第一步盤由第I測量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×40Ω，第二步進(jìn)盤由“0”、“1”兩觸點間無電阻，1～10觸點有9×8.8Ω電阻的第II測量盤，10×8.8Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點獨立，其余觸點相連的第II”輔助盤組成，第三步進(jìn)盤由“9”、“10”兩觸點間無電阻，0～9觸點間是9×8.8Ω電阻的第III測量盤，10×8.8Ω的第III’代換盤及第10點獨立其余各點連接的第III”輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由都是10×0.088Ω電阻的第IV測量盤與第IV，代換盤及阻值是10×0.044Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進(jìn)盤由阻值是10×0.088Ω的第V測量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.044Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余四個步進(jìn)盤的代換盤與測量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測量電路正極，第I’代換盤第20點連接61.116Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點，第IV”輔助盤0點連接第II”輔助盤0點；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點外的觸點，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經(jīng)過87.12Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點連接，另一路連接第II’代換盤第10點，第II測量盤第1點經(jīng)過7.92Ω電阻R3后第IV測量盤第10點連接，第II測量盤0點和第IV測量盤0點都與84.444Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測量盤0點連接；第I’代換盤0點連接9055.56Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點連接，第V”輔助盤第10點連接第III”輔助盤第10點，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點外其余各觸點，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經(jīng)過87.12Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點，另一路連接第III’代換盤0點，第III測量盤第9點連接7.92Ω電阻R7后與第V測量盤0點連接，第III測量盤第10點與第V盤測量第10點均與第I測量盤第20點連接；第I′代換盤電刷與100Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計測量部份正極，電阻r1的另一端連接四刀三擲開關(guān)K1-1的×1量程觸點K1-2的×1量程觸點與K1-1的×10量程觸點連接，K1-3的×1量程觸點通過810Ω電阻r2與K1-3的×10量程觸點連接，該觸點連接在電位差計測量電路的負(fù)極，四刀三擲開關(guān)K1-1的×10量程觸點連接第1測量盤電刷；10Ω電阻r3與第I′代換盤電刷連接，電阻r3的另一端連接K1-1的×0.1量程觸點，K1-1的×0.1量程觸點通過90Ω電阻r4與K1-1的×10量程觸點連接，K1-3的×0.1量程觸點與×1量程觸通過80.1Ω電阻r5連接，四刀三擲開關(guān)K1-1、K1-2、K1-3的三個常閉觸點短接；測量盤兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負(fù)極通過檢流計切換開關(guān)K2與第III測量盤0點連接。
全文摘要
一種用于直流電壓的有五個測量盤采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的直流電位差計，它用20×40Ω作第I測量盤，用9×8.8Ω作第II、第III測量盤，用10×0.088Ω作第IV、第V測量盤，兩個測量端鈕間所有測量盤上的電阻是用導(dǎo)線連接的，排除了測量開關(guān)在步進(jìn)切換時的接觸電阻變差、熱電勢對測量結(jié)果的影響，在分辨率為0.1μV時，也有很好的重復(fù)性，量程轉(zhuǎn)換用電阻采用的阻值是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，以利于電位差計量程比的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01R17/00GK1793954SQ20051006225
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者駱乃光 申請人:駱乃光