CN106291042A - 采用五个步进盘的电位差计 - Google Patents

Abstract

一种用于直流电压测量、采用五个步进盘的电位差计，它每个步进盘都由测量盘与代换盘组成，五个测量盘用导线连接，使步进盘开关切换时不存在接触电阻变差，热电势也不影响电位差计测量结果，它有两个量限，测量上限为1V，最小分辨率为1μV。

Description

采用五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五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1V，并设有两个量限，最小分辨率为1μV。

本发明的技术方案这样采取：它有调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1、调节范围在0～1000Ω之间的可调电阻R_P2、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻R_P3、调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P4，有两个双刀双掷开关，有五个步进盘，每个步进盘上由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与代换盘组成，每个步进盘的测量盘及代换盘上两个相邻档位触点间焊接阻值相同的电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I与代换盘I′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，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1100Ω电阻R₁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94Ω电阻R₂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900Ω电阻R₃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889Ω电阻R₄连接；从工作电源E正极连接节点A后电流分成两路：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后与双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点连接，双刀双掷开关K₁置×1量限时，电流经过318Ω电阻R₈、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻R_P3到双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1到工作电源E负极；双刀双掷开关K₁置×0.1量限时，电流经过3180Ω电阻R₉、调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P4到双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～1000Ω之间的可调电阻R_P2、可调电阻R_P1到工作电源E负极；向下一路通过11081/12Ω电阻R₅连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，代换盘III′的第10触点连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，第五步进盘上测量盘V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触点连接第三步进盘上测量盘III的第0触点，测量盘III的第10触点经过859/12Ω电阻R₁₁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第10触点，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V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K₂连接100KΩ电阻R₇后与双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点连接，内附标准电池E_N正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点。

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，如第一步进盘的开关接触电阻变差串联在1100Ω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，且五个步进盘各个支路几个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与代换盘I′上的10×100Ω，表示测量盘I与代换盘I′上都有10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；其他四个步进盘同理。

在×1量限，电位差计标准工作电流设计成3.2mA，节点A与节点B之间下方的电流设计成1.2mA，节点A与节点B之间上方的电流设计成2mA。

第二步进盘两把电刷间是1100Ω电阻R₁与电流流经第二步进盘与第一步进盘的1100Ω电阻并联，因此流过第一步进盘与流过1100Ω电阻R₁的电流都是1mA，节点A与节点B之间上方的电阻是1100/2Ω+100Ω＝650Ω，因此，节点A与节点B之间下方的电阻是：

650Ω×2mA÷1.2mA＝3250/3Ω

因为电阻R₃是900Ω，第四步进盘两把电刷间流过第五步进盘，经过889Ω电阻R₄的电阻也是900Ω，不计第五步进盘叠加在第四盘上电流，第四、第五步进盘流过的电流都是0.1mA，第四步进盘两把电刷间电阻为450Ω，第三步进盘两把电刷间流过第四、第五步进盘电阻为470Ω，94Ω电阻R₂的阻值是470Ω五分之一，则流过电阻R₂电流为1mA。为满足节点A与节点B之间下方的电流是1.2mA，必须使：

电阻R₁₁+电阻R₁₀阻值＝3250/3Ω-(470/6Ω+10Ω)＝995Ω，其中电阻R₁₁必须是859/12Ω，因此电阻R₁₀阻值为11081/12Ω。

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R₈为3.2mA，因此电阻R₈取318Ω，外加0～1Ω可锁定的可调电阻R_P3，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

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，在×1量限，本电位差计总电阻约725Ω，在3.2mA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3.2mA状态。

在×0.1量限，标准化的工作电流流过电阻R₉为0.32mA，因此电阻R₉取3180Ω，外加0～10Ω可锁定的可调电阻R_P4，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。通过调节阻值在0～1000Ω之间的可调电阻R_P2让电位差计能够调节到标准工作电流的0.32mA状态。

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，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+1×10×10+10n₂-1.2×859/12-1×1(10-n₃)-0.1×1(10-n₄)-0.1×10-0.1×0.1(10-n₅)-0.1×20(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+100-85.9-10+n₃-1+0.1n₄-1-0.1+0.01n₅-2(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄+0.01n₅(mV)。

电位差计的标准工作电流是这样获得：在×1量限，把1V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_P3，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P3锁定；在×0.1量限，把0.1V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K₂掷向左边，调节可调电阻R_P1、调节可调电阻R_P2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_P4，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P4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。

Claims (1)

1.一种采用五个步进盘的电位差计，它有调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1、调节范围在0～1000Ω之间的可调电阻R_P2、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻R_P3、调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P4，有两个双刀双掷开关，有五个步进盘，每个步进盘上由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与代换盘组成，每个步进盘的测量盘及代换盘上两个相邻档位触点间焊接阻值相同的电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I与代换盘I′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，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1100Ω电阻R₁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94Ω电阻R₂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900Ω电阻R₃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889Ω电阻R₄连接；从工作电源E正极连接节点A后电流分成两路：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后与双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点连接，双刀双掷开关K₁置×1量限时，电流经过318Ω电阻R₈、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻R_P3到双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻R_P1到工作电源E负极；双刀双掷开关K₁置×0.1量限时，电流经过3180Ω电阻R₉、调节范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻R_P4到双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～1000Ω之间的可调电阻R_P2、可调电阻R_P1到工作电源E负极；向下一路通过11081/12Ω电阻R₅连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，代换盘III′的第10触点连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，第五步进盘上测量盘V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触点连接第三步进盘上测量盘III的第0触点，测量盘III的第10触点经过859/12Ω电阻R₁₁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第10触点，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V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K₂连接100KΩ电阻R₇后与双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点连接，内附标准电池E_N正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点。