CN106226575A - 一种直流电位差计 - Google Patents

Abstract

用于直流电压测量的一种直流电位差计，它的四个步进盘都由测量盘与代换盘组成，测量盘与代换盘上的电阻都是10Ω阻值，且四个步进盘的结构相同，这对仪器制造带来方便，使用时开关接触电阻变差及热电势不影响这种直流电位差计测量结果，它有两个量限，测量上限为1V，最小步进为10μV。

Description

一种直流电位差计

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

直流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有四个步进盘的一种直流电位差计，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1V。

本发明的技术方案这样采取：它用三组1号干电池串联成4.5V内附工作电源，它有调节范围在7～75Ω之间的可调电阻R_P1、调节范围在0～1.09Ω之间可锁定的可调电阻R_P2、调节范围在0～680Ω之间的可调电阻R_P3，有两个双刀双掷开关，有四个步进盘，每个步进盘上由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘组成，测量盘与代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，电路中代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进盘上测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导线连接，第二步进盘上测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₁连接，第三步进盘上测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环用导线连接，第四步进盘上测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R₂连接；电流从内附工作电源正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点，双刀双掷开关K₁掷×1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×1量限触点连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，K_1-2层×1量限触点经过102.01Ω电阻R₅连接节点A，K_1-2层常闭触点经过917Ω电阻R₄，再经过可锁定的可调电阻R_P2连接节点A；双刀双掷开关K₁掷×0.1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点及K_1-2层常闭触点各与×1量限触点断开，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×0.1量限触点经过可调电阻R_P3及2580Ω电阻R₆连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点；电流到节点A后分成两路：向上一路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代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘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触点连接节点B后经过可调电阻R_P1与内附工作电源负极连接；向下一路通过19000Ω电阻R₇连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，第三步进盘上测量盘III的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过8900Ω电阻R₃连接节点B，直流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第10点，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K₂后与测量盘IV第0点连接，直流电位差计内附标准电池E_N正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，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K₂连接100KΩ电阻R₈后与可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点连接。

通过以上技术方案，直流电位差计的四个步进盘触点间阻值相同，结构一致；与“U_X”的两个测量端钮连接的四个测量盘上的电阻，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，如第一步进盘的开关接触电阻变差串联在200Ω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，且四个步进盘各个支路几个μV的热电势都直接或间接与锂电池电源两端连接，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，直流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，而且第一步进盘上的电阻是10Ω，与申请号201420419568.2及申请号201420419494.2比要大得多，因此可以用来测量的电压也高得多。

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与代换盘I′上的10×10Ω，表示测量盘I与代换盘I′上都有10只阻值是10Ω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；其他三个步进盘相同。

直流电位差计节点A与节点B之间下方的电阻设计成比上方电阻大100倍，标准工作电流在×1量限设计成11.11mA，因此节点A与节点B之间下方的电流是0.11mA，节点A与节点B之间上方的电流是11mA。

第二步进盘两把电刷间是2000Ω电阻R₁与电流流经第二步进盘与第一步进盘的200Ω电阻并联，因此10mA电流流过第一步进盘，1mA流过2000Ω电阻R₁，节点A与节点B之间上方的电阻是2000/11Ω+100Ω，节点A与节点B之间下方的电阻是100×(2000/11Ω+100Ω)，第四步进盘两把电刷间电阻是2000/11Ω，节点A与节点B之间下方电阻R₃、电阻R₇之和是100×(2000/11Ω+100Ω)-(2000/11Ω+100Ω)＝99(2000/11Ω+100Ω)＝27900Ω。其中电阻R₃必须为8900Ω，那么电阻R₇＝27900Ω-8900Ω＝19000Ω。

在×1量限，电阻R₄串联可调电阻R_P2与电阻R₅并联，并联后的阻值约91.8Ω，当电源内阻不计、可调电阻R_P1阻值不计时，电路总阻约279Ω，要获得11.11mA电流，电源电压需4.12V。要直流电位差计工作电流稳定，每组干电池电动势在1.4V以上，新的干电池电动势在1.65V，直流电位差计三组干电池串联后电动势在4.2～4.95V之间变化时，通过调节7～75Ω可调电阻R_P1使直流电位差计工作电流在标准状态。

在×1量限，917Ω电阻R₄串联0～1.09Ω可调电阻R_P2后是102.01Ω电阻R₅的9倍，所以流过电阻R₄、可调电阻R_P2电流是全部工作电流的十分之一，即1.111mA；由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，因此917Ω电阻R₄串联0～1.09Ω可调电阻R_P2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

在×0.1量限，双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点连接可调电阻R_P3再经过2580Ω电阻R₆连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，K_1-2层常闭触点与K_1-2层×1量限触点断开，这时可调电阻R_P3置最小值电路总阻达3784Ω，直流电位差计三组干电池串联后电动势在4.2～4.95V之间变化时，通过调节0～680Ω可调电阻R_P3使直流电位差计工作电流在标准状态。

直流电位差计的标准工作电流是这样获得：把0.1V标准信号电压按极性与直流电位差计“U_x”两个测量端钮连接，直流电位差计双刀双掷开关K₁置×0.1量限，各步进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，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_P2，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P2锁定，这时直流电位差计在×0.1量限的工作电流就标准化；再把1V标准信号电压按极性与直流电位差计“U_x”两个测量端钮连接，直流电位差计双刀双掷开关K₁置×1量限，各步进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，如果各步进盘总示值是正误差，就减小102.01Ω电阻R₅的电阻值，如果各步进盘总示值是负误差，就增大102.01Ω电阻R₅的电阻值，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。

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，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＝10×10n₁+10×10×10+10n₂-0.11×8900-0.1×10×10-0.01×10(10-n₄)-0.1×10(10-n₃)(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+10×10×10-979-10-1+0.1n₄-10+n₃(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄(mV)。

Claims (1)

1.一种直流电位差计，它用三组1号干电池串联成4.5V内附工作电源，它有调节范围在7～75Ω之间的可调电阻R_P1、调节范围在0～1.09Ω之间可锁定的可调电阻R_P2、调节范围在0～680Ω之间的可调电阻R_P3，有两个双刀双掷开关，有四个步进盘，每个步进盘上由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘组成，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，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，电路中代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进盘上测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导线连接，第二步进盘上测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₁连接，第三步进盘上测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环用导线连接，第四步进盘上测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R₂连接；电流从内附工作电源正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点，双刀双掷开关K₁掷×1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×1量限触点连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，K_1-2层×1量限触点经过102.01Ω电阻R₅连接节点A，K_1-2层常闭触点经过917Ω电阻R₄，再经过可锁定的可调电阻R_P2连接节点A；双刀双掷开关K₁掷×0.1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点及K_1-2层常闭触点各与×1量限触点断开，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×0.1量限触点经过可调电阻R_P3及2580Ω电阻R₆连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点；电流到节点A后分成两路：向上一路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代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘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触点连接节点B后经过可调电阻R_P1与内附工作电源负极连接；向下一路通过19000Ω电阻R₇连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，第三步进盘上测量盘III的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过8900Ω电阻R₃连接节点B，直流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第10点，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K₂后与测量盘IV第0点连接，直流电位差计内附标准电池E_N正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，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K₂连接100KΩ电阻R₈后与可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点连接。