CN106093513A - 一种能测量普通电阻、高阻、超高阻的电桥 - Google Patents

Abstract

一种用于一般电阻、高阻及超高阻测量由六只桥臂组成，一种具有单臂电桥、高阻电桥、超高阻电桥功能的电桥，它的比较臂由六只步进盘组成，有11个量限，可以测量从一般电阻到超高阻的广阔范围。

Description

一种能测量普通电阻、高阻、超高阻的电桥

技术领域

本发明涉及对直流电阻进行测量的仪器。

背景技术

当前用单臂电桥就不能测量高阻、超高阻，用高阻电桥不能测量1MΩ以下一般电阻。

发明内容

本发明的目的是设计一种能测量普通电阻、高阻、超高阻的电桥，它不需要高阻箱及高阻标准电阻，仅采用阻值在10⁶Ω以下的一般电阻，测量上限可达10¹⁸Ω阻值的电阻。

本发明的第一种技术方案这样采取：它有用于连接被测量“R_X”一只被测臂，有六个步进盘组成的一只比较臂R₂，比较臂R₂的第一步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I，测量盘I上每两个相邻触点间焊接10000Ω电阻一只，第二步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II，测量盘II上每两个相邻触点间焊接1000Ω电阻一只，第三步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III，测量盘III上每两个相邻触点间焊接100Ω电阻一只，第四步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV，测量盘IV上每两个相邻触点间焊接10Ω电阻一只，第五步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V，测量盘V上每两个相邻触点间焊接1Ω电阻一只，第六步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI，测量盘VI上每两个相邻触点间焊接0.1Ω电阻一只；其特征在于它另有四只桥臂，与被测臂连接的检流计G顶端节点b经过桥臂R₃上10Ω电阻r₀连接90Ω电阻r₁一端后与桥臂R₃×1量限触点连接，电阻r₁另一端连接900Ω电阻r₂一端后与桥臂R₃×10量限触点连接，电阻r₂另一端连接9KΩ电阻r₃一端后与桥臂R₃×10²量限触点连接，电阻r₃另一端连接×10³、×10⁴、×10⁵量限触点，桥臂R₃上×10⁶量限触点经过1Ω电阻r₄连接节点b，桥臂R₃上×10⁸量限触点经过100Ω电阻r₅连接节点b，桥臂R₃上×10¹⁰、×10¹²、×10¹⁴量限触点经过10KΩ电阻r₆连接节点b，桥臂R₃的金属接触环与电桥节点c连接；检流计G另一端节点e经过桥臂R₄上0.1Ω电阻r₇后与桥臂R₄上×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点连接，经过桥臂R₄上0.01Ω电阻r₈后与桥臂R₄上×10¹²、×10¹⁴量限触点连接，桥臂R₄上其余量限触点与电路断开，桥臂R₄金属接触环与节点c连接；桥臂R₅在×1、×10、×10²、×10³量限触点经过10Ω电阻r₉与节点c连接，桥臂R₅在×10⁴量限触点经过1Ω电阻r₁₀与节点c连接，桥臂R₅在×10⁵、×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点经过0.1Ω电阻r₁₁与节点c连接，桥臂R₅在×10¹²、×10¹⁴量限触点经过0.01Ω电阻r₁₂与节点c连接，桥臂R₅金属接触环与节点d连接；桥臂R₆在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限触点都直接与节点e连接，桥臂R₆×10⁶、×10⁸、×10¹⁰、×10¹²、量限触点经过10KΩ电阻r₁₃与节点e连接，桥臂R₆在×10¹⁴量限触点经过1MΩ电阻r₁₄与节点e连接，桥臂R₆金属接触环与节点d连接，桥臂R₃、桥臂R₄、桥臂R₅、桥臂R₆上的电刷都置在同一个量限档位，转动时四把电刷同步；比较臂R₂一端连接节点d，另一端连接节点a，与节点a连接还有被测臂一端及电源E一端，被测臂另一端连接节点b，电源E另一端连接节点c。

本发明的第二种技术方案这样采取：它有用于连接被测量“R_X”一只被测臂，有六个步进盘组成的一只比较臂R₂，比较臂R₂的第一步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I′，测量盘I′上每两个相邻触点间焊接1000Ω电阻一只，第二步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II′，测量盘II′上每两个相邻触点间焊接100Ω电阻一只，第三步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III′，测量盘III′上每两个相邻触点间焊接10Ω电阻一只，第四步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV′，测量盘IV′上每两个相邻触点间焊接1Ω电阻一只，第五步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V′，测量盘V′上每两个相邻触点间焊接0.1Ω电阻一只，第六步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI′，测量盘VI′上每两个相邻触点间焊接0.01Ω电阻一只；其特征在于它另有四只桥臂，与被测臂连接的检流计G顶端节点b经过桥臂R₃上10Ω电阻r₀连接90Ω电阻r₁一端后与桥臂R₃×1量限触点连接，电阻r₁另一端连接900Ω电阻r₂一端后与桥臂R₃×10量限触点连接，电阻r₂另一端连接9KΩ电阻r₃一端后与桥臂R₃×10²量限触点连接，电阻r₃另一端连接×10³、×10⁴、×10⁵量限触点，桥臂R₃上×10⁶量限触点经过1Ω电阻r₄连接节点b，桥臂R₃上×10⁸量限触点经过100Ω电阻r₅连接节点b，桥臂R₃上×10¹⁰、×10¹²、×10¹⁴量限触点经过10KΩ电阻r₆连接节点b，桥臂R₃的金属接触环与电桥节点c连接；检流计G另一端节点e经过桥臂R₄上0.1Ω电阻r₇后与桥臂R₄上×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点连接，经过桥臂R₄上0.01Ω电阻r₈后与桥臂R₄上×10¹²、×10¹⁴量限触点连接，桥臂R₄上其余量限触点与电路断开，桥臂R₄金属接触环与节点c连接；桥臂R₅在×1、×10、×10²、×10³量限触点经过10Ω电阻r₉与节点c连接，桥臂R₅在×10⁴量限触点经过1Ω电阻r₁₀与节点c连接，桥臂R₅在×10⁵、×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点经过0.1Ω电阻r₁₁与节点c连接，桥臂R₅在×10¹²、×10¹⁴量限触点经过0.01Ω电阻r₁₂与节点c连接，桥臂R₅金属接触环与节点d连接；桥臂R₆在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限触点都直接与节点e连接，桥臂R₆×10⁶、×10⁸、×10¹⁰、×10¹²、量限触点经过10KΩ电阻r₁₃与节点e连接，桥臂R₆在×10¹⁴量限触点经过1MΩ电阻r₁₄与节点e连接，桥臂R₆金属接触环与节点d连接，桥臂R₃、桥臂R₄、桥臂R₅、桥臂R₆上的电刷都置在同一个量限档位，转动时四把电刷同步；比较臂R₂一端连接节点d，另一端连接节点a，与节点a连接还有被测臂一端及电源E一端，被测臂另一端连接节点b，电源E另一端连接节点c。

通过以上技术方案，除了连接被测量“R_x”的测量臂外，其余桥臂都是一般阻值的电阻，对材料的绝缘要求就低了，也可以不采用屏蔽措施，由于电阻阻值低，电源就不需要高压，300V以下就可以。

附图说明

图1是本发明原理电路。虚线部分是为进行三角形——星型变换提供参考。

图2是对图1进行三角形——星型变换后等效电路。

图3是本发明第一种方案的电路图。

图4是本发明第二种方案的电路图。

具体实施方式

实施例一，

在图3中，比较臂R₂测量盘I上10×10000Ω的电阻，表示测量盘I由10只10000Ω电阻组成，其余测量盘同理。

在图3中，所有桥臂、比较臂上粗黑线条表示金属接触环，空心小圆圈表示金属触点，双向箭头表示金属电刷，长方框表示电阻，长方框内的数字表示该电阻阻值。

图1是本发明原理电路，对图1中桥臂R₄、桥臂R₅、桥臂R₆进行三角形——星型变换：

$R_C=\frac{R_4\×R_5}{R_4+R_5+R_6}\mathrm{...}\left(1\right)$

$R_E=\frac{R_4\×R_6}{R_4+R_5+R_6}\mathrm{...}\left(2\right)$

$R_D=\frac{R_5\×R_6}{R_4+R_5+R_6}\mathrm{...}\left(3\right)$

根据图2可有：

$\begin{array}{c}{R}_X=\frac{R_3\×(R_2+R_D)}{R_C}=\frac{R_4+R_5+R_6}{R_4{R}_5}\×\frac{R_2{R}_3(R_4+R_5+R_6)+R_3(R_5\×R_6)}{R_4+R_5+R_6}\\ =\frac{R_2{R}_3{R}_4+R_2{R}_3{R}_5+R_2{R}_3{R}_6+R_3{R}_5{R}_6}{R_4{R}_5}=\frac{R_2{R}_3{R}_6}{R_4{R}_5}+\frac{R_2{R}_3}{R_5}+\frac{R_2{R}_3}{R_4}+\frac{R_3{R}_6}{R_4}\end{array}\mathrm{...}\left(4\right)$

从(4)式可知增大桥臂R₂、桥臂R₃、桥臂R₆电阻值，减小桥臂R₄、桥臂R₅的电阻值，就可以测量阻值很大的电阻，当电桥选择合适的精度，让后三项可以忽略：

$R_X\≈\frac{R_2{R}_3{R}_6}{R_4{R}_5}\mathrm{...}\left(5\right)$

桥臂R₄在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限时脱离电桥电路，这时是实际个单电桥，所以

R_X＝R₃/R₅×R₂在×1量限桥臂R₃＝10Ω，桥臂R₅＝10Ω，所以比值为1；在×10量限，10Ω电阻r₀串联90Ω电阻r，桥臂R₃＝100Ω，桥臂R₅＝10Ω，所以比值为10；在×10²量限，桥臂R₃＝1000Ω，桥臂R₅＝10Ω，所以比值为10²；在×10³量限，桥臂R₃＝10000Ω，桥臂R₅＝10Ω，所以比值为10³；在×10⁴量限，桥臂R₃＝10000Ω，桥臂R₅＝1Ω，所以比值为10⁴；在×10⁵量限，桥臂R₃＝10000Ω，桥臂R₅＝0.1Ω，所以比值为10⁵。

电桥在×10⁶、×10⁸、×10¹⁰×10¹²、×10¹⁴量限时桥臂R₄接入电桥电路，这时R_X＝R₃R₆R₂/R₄R₅，在×10⁶量限桥臂R₃＝1Ω，桥臂R₆＝10KΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.1Ω，这时被测臂R_X＝(1×10⁴/10^-1×10^-1)×R₂＝10⁶R₂，在×10⁸量限桥臂R₃＝100Ω，桥臂R₆＝10KΩ，桥臂R₄＝桥臂R_５＝0.1Ω，这时被测臂R_X＝(100×10⁴/10^-1×10^-1)×R₂＝10⁸R₂，在×10¹⁰量限桥臂R₃＝10KΩ，桥臂R₆＝10KΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.1Ω，这时被测臂R_X＝(10⁴×10⁴/10^-1×10^-1)×R₂＝10¹⁰R₂。在×10¹²量限桥臂R₃＝10KΩ，桥臂R₆＝10KΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.01Ω，这时被测臂R_X＝(10⁴×10⁴/10^-2×10^-2)×R₂＝10¹⁰R₂。在×10¹⁴量限桥臂R₃＝10KΩ，桥臂R₆＝1MΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.01Ω，这时被测臂R_X＝(10⁴×10⁶/10^-1×10^-1)×R₂＝10¹²R₂。

在×10⁶量限时，本电路桥臂R₃采用取1Ω，桥臂R₆、比较臂R₂也可达10KΩ(测量时电桥应该用到第一步进盘)，桥臂R₄、桥臂R₅电阻值为0.1Ω，这时

在×10⁶量限

R_X＝10¹⁰+3×10⁵Ω

忽略后三项引起的误差：

$\mathrm{\δ}=\frac{3\×{10}^5}{{10}^{10}+3\×{10}^5\mathrm{\Ω}}\≈0.003\%$

当电桥精度为0.05级时，该误差可以不计。

在×10⁸量限、在×10¹⁰量限、在×10¹²量限、量限误差分析同理。

在×10¹⁴量限时，桥臂R₃＝10KΩ，桥臂R₆＝1MΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.01Ω，桥臂R₆＝1MΩ比较臂R₂置10000Ω，这时

$R_X=\frac{{10}^4\×{10}^4\×{10}^6}{0.01\×0.01}+\frac{{10}^4\×{10}^4}{0.01}+\frac{{10}^4\×{10}^4}{0.01}+\frac{{10}^4\×{10}^6}{0.01}$

R_X＝10¹⁸+1.02×10¹²Ω

忽略后三项引起的误差：

$\mathrm{\δ}=\frac{1.02\×{10}^{12}}{{10}^{18}+1.02\×{10}^{12}\mathrm{\Ω}}\≈1\×{10}^{-6}$

电桥精度可达0.001级。

实施例二，在图4中，桥臂R₄在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限时脱离电桥电路，这时与实施例一是一样的单电桥，电桥在×10⁶、×10⁸、×10¹⁰×10¹²、×10¹⁴量限时桥臂R₄接入电桥电路，这时R_X＝R₃R₆R₂/R₄R₅，

$R_X\≈\frac{R_2{R}_3{R}_6}{R_4{R}_5}+\frac{R_2{R}_3}{R_5}+\frac{R_2{R}_3}{R_4}+\frac{R_6{R}_3}{R_4}\mathrm{...}\left(4\right)$

在×10⁶量限

R_X＝10⁹+1.2×10⁵Ω

忽略后三项引起的误差：

$\mathrm{\δ}=\frac{1.2\×{10}^5}{{10}^9+1.2\×{10}^5\mathrm{\Ω}}\≈1\×{10}^{-4}$

电桥可采用0.1级，后三项引起的误差可以忽略。

在×10¹⁴量限时，桥臂R₃＝10KΩ，桥臂R₆＝1MΩ，桥臂R₄＝桥臂R₅＝0.01Ω，桥臂R₆＝1MΩ比较臂R₂置1000Ω，这时

$R_X=\frac{{10}^3\×{10}^4\×{10}^6}{0.01\×0.01}+\frac{{10}^3\×{10}^4}{0.01}+\frac{{10}^3\×{10}^4}{0.01}+\frac{{10}^4\×{10}^6}{0.01}$

R_X＝10¹⁷+1.02×10¹²Ω

$\mathrm{\δ}=\frac{1.02\×{10}^{12}}{{10}^{17}+1.02\×{10}^{12}\mathrm{\Ω}}\≈1\×{10}^{-5}$

当电桥精度为0.01级时，后三项引起的误差可以忽略。

Claims (2)

1.一种能测量普通电阻、高阻、超高阻的电桥，它有用于连接被测量“R_X”一只被测臂，有六个步进盘组成的一只比较臂R₂，比较臂R₂的第一步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I，测量盘I上每两个相邻触点间焊接10000Ω电阻一只，第二步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II，测量盘II上每两个相邻触点间焊接1000Ω电阻一只，第三步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III，测量盘III上每两个相邻触点间焊接100Ω电阻一只，第四步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV，测量盘IV上每两个相邻触点间焊接10Ω电阻一只，第五步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V，测量盘V上每两个相邻触点间焊接1Ω电阻一只，第六步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI，测量盘VI上每两个相邻触点间焊接0.1Ω电阻一只；其特征在于它另有四只桥臂，与被测臂连接的检流计G顶端节点b经过桥臂R₃上10Ω电阻r₀连接90Ω电阻r₁一端后与桥臂R₃×1量限触点连接，电阻r₁另一端连接900Ω电阻r₂一端后与桥臂R₃×10量限触点连接，电阻r₂另一端连接9KΩ电阻r₃一端后与桥臂R₃×10²量限触点连接，电阻r₃另一端连接×10³、×10⁴、×10⁵量限触点，桥臂R₃上×10⁶量限触点经过1Ω电阻r₄连接节点b，桥臂R₃上×10⁸量限触点经过100Ω电阻r₅连接节点b，桥臂R₃上×10¹⁰、×10¹²、×10¹⁴量限触点经过10KΩ电阻r₆连接节点b，桥臂R₃的金属接触环与电桥节点c连接；检流计G另一端节点e经过桥臂R₄上0.1Ω电阻r₇后与桥臂R₄上×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点连接，经过桥臂R₄上0.01Ω电阻r₈后与桥臂R₄上×10¹²、×10¹⁴量限触点连接，桥臂R₄上其余量限触点与电路断开，桥臂R₄金属接触环与节点c连接；桥臂R₅在×1、×10、×10²、×10³量限触点经过10Ω电阻r₉与节点c连接，桥臂R₅在×10⁴量限触点经过1Ω电阻r₁₀与节点c连接，桥臂R₅在×10⁵、×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点经过0.1Ω电阻r₁₁与节点c连接，桥臂R₅在×10¹²、×10¹⁴量限触点经过0.01Ω电阻r₁₂与节点c连接，桥臂R₅金属接触环与节点d连接；桥臂R₆在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限触点都直接与节点e连接，桥臂R₆×10⁶、×10⁸、×10¹⁰、×10¹²、量限触点经过10KΩ电阻r₁₃与节点e连接，桥臂R₆在×10¹⁴量限触点经过1MΩ电阻r₁₄与节点e连接，桥臂R₆金属接触环与节点d连接，桥臂R₃、桥臂R₄、桥臂R₅、桥臂R₆上的电刷都置在同一个量限档位，转动时四把电刷同步；比较臂R₂一端连接节点d，另一端连接节点a，与节点a连接还有被测臂一端及电源E一端，被测臂另一端连接节点b，电源E另一端连接节点c。

2.一种有单臂电桥、高阻电桥两种功能的电桥，它有用于连接被测量“R_X”一只被测臂，有六个步进盘组成的一只比较臂R₂，比较臂R₂的第一步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I′，测量盘I′上每两个相邻触点间焊接1000Ω电阻一只，第二步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II′，测量盘II′上每两个相邻触点间焊接100Ω电阻一只，第三步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III′，测量盘III′上每两个相邻触点间焊接10Ω电阻一只，第四步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV′，测量盘IV′上每两个相邻触点间焊接1Ω电阻一只，第五步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V′，测量盘V′上每两个相邻触点间焊接0.1Ω电阻一只，第六步进盘是有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI′，测量盘VI′上每两个相邻触点间焊接0.01Ω电阻一只；其特征在于它另有四只桥臂，与被测臂连接的检流计G顶端节点b经过桥臂R₃上10Ω电阻r₀连接90Ω电阻r₁一端后与桥臂R₃×1量限触点连接，电阻r₁另一端连接900Ω电阻r₂一端后与桥臂R₃×10量限触点连接，电阻r₂另一端连接9KΩ电阻r₃一端后与桥臂R₃×10²量限触点连接，电阻r₃另一端连接×10³、×10⁴、×10⁵量限触点，桥臂R₃上×10⁶量限触点经过1Ω电阻r₄连接节点b，桥臂R₃上×10⁸量限触点经过100Ω电阻r₅连接节点b，桥臂R₃上×10¹⁰、×10¹²、×10¹⁴量限触点经过10KΩ电阻r₆连接节点b，桥臂R₃的金属接触环与电桥节点c连接；检流计G另一端节点e经过桥臂R₄上0.1Ω电阻r₇后与桥臂R₄上×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点连接，经过桥臂R₄上0.01Ω电阻r₈后与桥臂R₄上×10¹²、×10¹⁴量限触点连接，桥臂R₄上其余量限触点与电路断开，桥臂R₄金属接触环与节点c连接；桥臂R₅在×1、×10、×10²、×10³量限触点经过10Ω电阻r₉与节点c连接，桥臂R₅在×10⁴量限触点经过1Ω电阻r₁₀与节点c连接，桥臂R₅在×10⁵、×10⁶、×10⁸、×10¹⁰量限触点经过0.1Ω电阻r₁₁与节点c连接，桥臂R₅在×10¹²、×10¹⁴量限触点经过0.01Ω电阻r₁₂与节点c连接，桥臂R₅金属接触环与节点d连接；桥臂R₆在×1、×10、×10²、×10³、×10⁴、×10⁵量限触点都直接与节点e连接，桥臂R₆×10⁶、×10⁸、×10¹⁰、×10¹²、量限触点经过10KΩ电阻r₁₃与节点e连接，桥臂R₆在×10¹⁴量限触点经过1MΩ电阻r₁₄与节点e连接，桥臂R₆金属接触环与节点d连接，桥臂R₃、桥臂R₄、桥臂R₅、桥臂R₆上的电刷都置在同一个量限档位，转动时四把电刷同步；比较臂R₂一端连接节点d，另一端连接节点a，与节点a连接还有被测臂一端及电源E一端，被测臂另一端连接节点b，电源E另一端连接节点c。