CN106199128A - 有七个步进盘的电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量、有七个步进盘的电位差计，它的第一步进盘采用20个档位的测量盘，以利于扩展测量范围，其余每个步进盘都由测量盘与代换盘组成，且把校对标准的回路设在支路上，有利于降低电源电压，并采用特殊的连接方式，使开关接触电阻变差及热电势不影响电位差计测量结果。

Description

有七个步进盘的电位差计

技术领域

本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。

背景技术

电位差计为了解决接触电阻的变差及热电势的影响，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料，这就增大了开关也增大了仪器体积，增加了仪器成本，采用电流叠加的方法只能用于每个步进的电阻都采用小电阻，一般都是0.01Ω，如果每个步进电阻的阻值一大，电流的比值就会超差，由于步进盘电阻的阻值小，它能测量的电压相对也比较低。

发明内容

本发明的目的是设计一种有七个步进盘的电位差计，它克服接触电阻的变差及热电势的影响，也不需要大的开关，这可以降低成本，减小仪器体积，而且可以测量到2V。

本发明的技术方案这样采取：电流从外接调节范围在1～3V之间可调工作电源E正极经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1，共经过七个步进盘，回到可调工作电源E负极，组成电位差计工作回路，其特征在于：第一步进盘由0、1、2、……19共20个档位的测量盘I组成，测量盘I上每两个相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，第二步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与代换盘II′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₀连接，第三步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III与代换盘III′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环通过2220Ω电阻R₁连接，第四步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与代换盘IV′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过22800Ω电阻R₂连接，第五步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与代换盘V′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.1Ω电阻一只，测量盘V的金属接触环与代换盘V′的金属接触环通过12Ω电阻R₃连接，第六步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI与代换盘VI′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.1Ω电阻一只，测量盘VI的金属接触环与代换盘VI′的金属接触环通过116Ω电阻R₄连接，第七步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VII与代换盘VII′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.01Ω电阻一只，测量盘VII的金属接触环与代换盘VII′的金属接触环通过114.9Ω电阻R₅连接，电流从可调工作电源E正极经过可调电阻R_P1到节点A后分成两路：向上一路连接第四步进盘上代换盘IV′第10触点，代换盘IV′第0触点连接第三步进盘上代换盘III′第10触点，代换盘III′第0触点连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上测量盘I的第19触点，测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接第三步进盘上测量盘III第10触点，测量盘III第0触点连接第四步进盘上测量盘IV第10触点，测量盘IV第0触点连接节点B后与可调工作电源E负极连接；向下一路通过8490Ω电阻R₆连接调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P2后，再经过9498.51Ω电阻R₈连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，代换盘V′的第10触点连接第六步进盘上代换盘VI′的第0触点，代换盘VI′的第10触点连接第七步进盘上代换盘VII′的第0触点，第七步进盘上测量盘VII的第10触点连接第六步进盘上测量盘VI的第0触点，测量盘VI的第10触点连接第五步进盘上测量盘V的第0触点，测量盘V的第10触点经过1248.825Ω电阻R₉连接节点B，电位差计用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮连接测量盘I的金属接触环，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K后与测量盘VII第0触点连接，电位差计内附标准电池E_N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K连接100KΩ电阻R₇后连接可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点，内附标准电池E_N正极与节点A连接。

通过以上技术方案，与“U_X”的两个测量端钮连接的五个测量盘上的电阻，在步进盘切换时，焊接在一起的电阻阻值是不会产生变化，步进盘切换时开关接触电阻变差在0.1～1mΩ之间，它只影响电流分配的比例，由于它串联在大电阻中，如第二步进盘的开关接触电阻变差串联在2220Ω电路中，因此对电流分流的影响可以忽略，步进盘切换时开关的热电势由于在电路中成对出现，大小相同、方向相反，可以抵消，且各个支路几个μV的热电势都直接或间接与电源两端连接，在以伏为单位的电压降上，几个μV的热电势对电流分流的影响也可以忽略，因此，采用技术方案，电位差计步进盘切换时开关接触电阻变差及热电势对“U_X”的两个测量端钮没有影响。

附图说明

图1是本发明的原理电路。

具体实施方式

实施例1，在图1中，第一步进盘测量盘I的19×100Ω，表示测量盘I有19只阻值是100Ω的电阻串联，步进盘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；步进盘转动时，测量盘I增加的电阻等于代换盘I′减少的电阻，以保持电路中总阻不变；其他几个步进盘同理。

电位差计标准工作电流设计成3.22mA，节点A与节点B之间下方的电流设计成0.12mA，节点A与节点B之间上方的电流设计成3.1mA。

第二步进盘两把电刷间是2000Ω电阻R₀与电流流经第二步进盘与第一步进盘的2000Ω电阻并联，因此流过第一步进盘与流过2000Ω电阻R₀的电流相等，第三步进盘两把电刷间流经第一步进盘、第二步进盘、第三步进盘电阻为2000/2Ω+100Ω+10Ω＝1110Ω，第三步进盘两把电刷间有2220Ω电阻R₁，因此流经2220Ω电阻R₁电流是流经第一步进盘、第二步进盘电流和的一半，所以流经第一步进盘、2000Ω电阻R₀、2220Ω电阻R₁电流都相等。第四步进盘两把电刷间流经第一步进盘、第二步进盘、第三步进盘电阻为760Ω，第四步进盘两把电刷间流经电阻R₁是22800Ω，是760Ω点的30倍，节点A与节点B之间上方的电流设计为3.1mA，因此流经第一步进盘、2000Ω电阻R₀、2220Ω电阻R₁电流都是1mA，流经22800Ω电阻R₂电流是0.1mA，节点A与节点B之间上方的电阻是：760×30/31Ω+10Ω，流经节点A与节点B之间下方电流设计为0.12mA，节点A与节点B之间下方的电阻必须是(760×30/31Ω+10Ω)×3.1mA÷0.12mA＝57775/3Ω。

因为电阻R₄是116Ω，第六步进盘两把电刷间流过第七步进盘，经过114.9Ω电阻R₅的电阻也是116Ω，不计第七步进盘叠加在第六盘上电流，第六、第七步进盘流过的电流都是相等的，第六步进盘两把电刷间电阻为58Ω，第五步进盘两把电刷间流过第七、第六步进盘电阻为60Ω，12Ω电阻R₃的阻值是60Ω五分之一，则流过电阻R₂电流为流过第六、第五步进盘五倍。节点A与节点B之间下方的电流是0.12mA，因此，流过12Ω电阻R₃的电流是0.1mA，流过116Ω电阻R₄的电流及流过114.9Ω电阻R₅的电流都是0.01mA，第五、第六、第七步进盘电阻之和是11Ω。

由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流流过电阻R₆为0.12mA，因此电阻R₆取8490Ω，外加0～10Ω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。现需要确定R₉的阻值：

当工作电流标准化后，第I测量盘置n₁，第II测量盘置n₂，第III测量盘置n₃，第IV测量盘置n₄，第V测量盘置n₅，第VI测量盘置n₆，第VII测量盘置n₇，开关K掷左边，这时连接被测量的“U_X”两个端钮间电压为：

U_X＝1×100n₁++1×120+10n₂++1×20+n₃+10++0.1n₄-0.12×R₉-0.1×0.1(10-n₅)-0.01×0.1(10-n₆)-0.01×0.1×10-0.01×0.01(10-n₇)-0.01×0.1×20(mV)

U_X＝100n₁++10n₂++n₃+0.1n₄+0.01n₅+0.001n₆+0.0001n₇++150-0.12×R₉-0.141(mV)

0.12×R₉＝149.859Ω R₉＝1248.825Ω

为保证节点A与节点B之间下方的电流是0.12mA，电阻R₈的阻值是：

57775/3Ω-8500Ω-11Ω-1248.825Ω≈9498.51Ω

电位差计的标准工作电流是这样获得：把2V标准信号电压按极性与电位差计“U_x”两个测量端钮连接，电位差计各步进盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K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K掷向右边，调节可调电阻R_P2，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P2锁定，这时电位差计的工作电流就标准化，仪器使用时，先校对标准，要对读数盘进行读数时，校对标准后再读数。

电位差计工作电源采用YJ49型高稳定度可调稳压电源，它分段连续可调，本电位差计总电阻约717Ω，在3.22mA电流下电压约2.3V，可采用YJ49型高稳定度可调稳压电源的1～3V那段电源调节供电，并通过调节范围在0～100Ω的可调电阻R_P1把电位差计能够精细调节于标准工作电流的3.22mA状态。

Claims (1)

1.一种有七个步进盘的电位差计，电流从外接调节范围在1～3V之间可调工作电源E正极经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1，共经过七个步进盘，回到可调工作电源E负极，组成电位差计工作回路，其特征在于：第一步进盘由0、1、2、……19共20个档位的测量盘I组成，测量盘I上每两个相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，第二步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与代换盘II′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₀连接，第三步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘III与代换盘III′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环通过2220Ω电阻R₁连接，第四步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与代换盘IV′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过22800Ω电阻R₂连接，第五步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与代换盘V′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.1Ω电阻一只，测量盘V的金属接触环与代换盘V′的金属接触环通过12Ω电阻R₃连接，第六步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VI与代换盘VI′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.1Ω电阻一只，测量盘VI的金属接触环与代换盘VI′的金属接触环通过116Ω电阻R₄连接，第七步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘VII与代换盘VII′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.01Ω电阻一只，测量盘VII的金属接触环与代换盘VII′的金属接触环通过114.9Ω电阻R₅连接，电流从可调工作电源E正极经过可调电阻R_P1到节点A后分成两路：向上一路连接第四步进盘上代换盘IV′第10触点，代换盘IV′第0触点连接第三步进盘上代换盘III′第10触点，代换盘III′第0触点连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上测量盘I的第19触点，测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接第三步进盘上测量盘III第10触点，测量盘III第0触点连接第四步进盘上测量盘IV第10触点，测量盘IV第0触点连接节点B后与可调工作电源E负极连接；向下一路通过8490Ω电阻R₆连接调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P2后，再经过9498.51Ω电阻R₈连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，代换盘V′的第10触点连接第六步进盘上代换盘VI′的第0触点，代换盘VI′的第10触点连接第七步进盘上代换盘VII′的第0触点，第七步进盘上测量盘VII的第10触点连接第六步进盘上测量盘VI的第0触点，测量盘VI的第10触点连接第五步进盘上测量盘V的第0触点，测量盘V的第10触点经过1248.825Ω电阻R₉连接节点B，电位差计用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮连接测量盘I的金属接触环，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K后与测量盘VII第0触点连接，电位差计内附标准电池E_N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K连接100KΩ电阻R₇后连接可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点，内附标准电池E_N正极与节点A连接。