專利名稱：分辨率達0.1μV的電壓測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對直流電壓進行測量的儀器。
背景技術：
當前對于有三個測量盤的電位差計，在三個測量盤之間的連接上，中間盤普遍采用開關切換，這樣就產(chǎn)生接觸電阻的變差，給分辨率帶來限制。為了克服該問題，一般采用大電刷以增大接觸面積，并采用銀-銅復合材料；專利號ZL200520101772.0公布了有三個測量盤的電位差計解決開關接觸電阻變差的新方法，它的第一、第二步進盤各有測量盤、代換盤與輔助盤組成，測量盤與代換盤上的電阻阻值相同，測量盤每增加一個電阻，代換盤就減小相同電阻，由于第一步進盤不置在0時，第二步進盤置不同示值時電路總阻是變化的，第一步進盤置在0時，第二步進盤置不同示值時電路總阻不變，為此第一步進盤除有測量盤、代換盤外，增加了輔助盤來區(qū)別步進盤置0及不置0兩種情況的電路連接，第二步進盤也增加了輔助盤，上面有10只電阻來分別接入或切出若干個電阻使電路總阻不變。兩個測量盤連接后與滑線盤連接在兩個測量端鈕間，使步進盤開關上的電刷排除在測量回路之外，三個測量盤上的電阻之間不存在開關切換，也就不產(chǎn)生變差；由于第一、第二步進盤都有代換盤，增加了第一、第二步進盤開關的層數(shù)，從而增大了儀器的體積，也使開關及儀器結構變得復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設計一種分辨率達0.1μV的電壓測量儀，在三個測量盤的連接上中間盤不通過開關切換，且第一、第二步進盤取消代換盤，并采用分流支路進行兩個量程切換，使分辨率達0.1μV。
本發(fā)明的技術方案這樣采取從電壓測量儀1.5V工作電源的正極經(jīng)過由兩個步進盤、一個雙滑線盤、量程轉換電阻及量程轉換開關組成的電阻測量網(wǎng)絡到509Ω的調定電阻RN及0～1Ω可鎖定的可調電阻RP2，再到50Ω電阻R0，經(jīng)過0～150Ω可調電阻RP1到工作電源的負極組成電壓測量儀工作回路；標準電池EN正極經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到調定電阻RN及可鎖定的可調電阻RP2，再經(jīng)過100KΩ限流電阻R到標準電池EN負極組成電壓測量儀標準回路；連接被測量的“UX”兩個端鈕，正極端鈕經(jīng)過兩個測量盤及一個雙滑線盤后，再經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到負極端鈕組成電壓測量儀補償回路；其特征在于第一步進盤有測量盤I，它有0、1、2……22共23個檔位，除0、1觸點間直接連接外，其余各檔觸點間連接10Ω電阻一只，另有輔助盤I’及輔助盤I”，輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷用導線連接的連接點為電路節(jié)點B，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是0.5Ω，其中一根為測量滑線III，另一根為輔助滑線III′，雙滑線盤的刻度盤分10大格，每大格對應的阻值為0.05Ω，每大格分10小格，兩根滑線電阻上的電刷是同一片金屬刷片；第二步進盤由測量盤II與輔助盤II′組成，測量盤II有0、1、2、……10共11個檔位，0～8檔位上面有9個9Ω的電阻連接成環(huán)狀第1個電阻R1一端焊接第2個電阻R2一端，電阻R2另一端焊接第3個電阻R3一端……依次焊接，第8個電阻R8另一端與第9個電阻R9的一端連接點為電路節(jié)點H，第9個電阻R9另一端與第1個電阻R1的另一端與第三盤測量滑線III的0點的連接，測量滑線III的0點為電路節(jié)點D，電阻R1與電阻R2的連接點經(jīng)過12Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經(jīng)過6Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經(jīng)過2Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點與第4觸點連接，電阻R5與電阻R6的連接點與第5觸點連接，電阻R6與電阻R7的連接點經(jīng)過2Ω電阻與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經(jīng)過6Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點即節(jié)點H一路經(jīng)過12Ω電阻與第8觸點連接，另一路經(jīng)過1Ω電阻后到節(jié)點F再經(jīng)過11Ω電阻與第9觸點連接，節(jié)點F經(jīng)過1Ω電阻到節(jié)點C，節(jié)點C經(jīng)過10Ω電阻與第10觸點連接，測量盤II的“0”觸點經(jīng)過20Ω電阻與節(jié)點D連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×0.5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14一端的連接點為電路節(jié)點A，節(jié)點A連接電壓測量儀工作電源的正極，量程轉換電阻R14的另一端連接與量程轉換開關K1中K1-1層的×0.1及×1量程觸點連接，輔助盤II′的0觸點連接輔助盤I”的0觸點，輔助盤II′的電刷連接輔助盤I”除0觸點外的其它觸點，測量盤II的電刷經(jīng)過200Ω電阻R12后連接節(jié)點B，輔助盤I’除0觸點外的其它觸點連接測量盤I第22觸點，測量盤I第0、1觸點與節(jié)點C連接，輔助盤I’的0觸點經(jīng)過220Ω電阻后與節(jié)點D連接，測量滑線III第10點經(jīng)過1.5Ω電阻R13后與量程轉換開關K1中K1-1層的×10量程觸點，K1-1層的×10量程觸點與量程轉換開關K1中K1-2層的×1量程觸點用導線連接，K1-2層的×1量程觸點經(jīng)過1170Ω電阻R15后與K1-2層的×0.1量程觸點連接，量程轉換開關K1中K1-3層的×10量程觸點連接調定電阻RN高電位一端，量程轉換開關K1中K1-3層的×1量程觸點經(jīng)過150.3Ω電阻R16后與調定電阻RN高電位一端連接，量程轉換開關K1中K1-3層的×0.1量程觸點經(jīng)過104.13Ω電阻R17后與調定電阻RN高電位一端連接，用于連接被測量的“UX”兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經(jīng)過雙刀雙擲開關K2后與測量盤III的第10點連接。
通過以上技術方案，第一步進盤不用代換盤，兩層輔助盤上都沒有電阻，可以裝在開關里層，測量盤I裝在開關外層；第二步進盤不用代換盤，開關每個步進轉動15°角，每層分布24個觸點，減去兩檔定位，第二步進盤的輔助盤II′及測量盤II各11個觸點正好分布在開關的同一層，各占半周，電阻裝在開關外層，電阻超差時卸下裝上容易，這給調試與維修帶來方便；這就使電壓測量儀結構簡單，體積縮小，也降低了生產(chǎn)成本；在電壓測量儀內(nèi)部測量回路與工作回路共有部份的線路上沒有開關，所以不存在變差影響，當電壓測量儀三個測量盤置“0”時，電壓測量儀工作電流在D點匯合，電壓測量儀的零電勢就是D點零電位，在測量回路中，不存在工作電流流過引線電阻，所以本電壓測量儀零電勢很??；兩根滑線電阻粗細材質相同，產(chǎn)生的熱電勢大小相等、方向相反，所以本電壓測量儀熱電勢也很小，因此，在×0.1量程本電壓測量儀測量時也能得到很好重復性。


附圖是本發(fā)明原理電路。
具體實施例方式
圖中，測量盤II在1～8觸點之間有9只9Ω首尾相連的電阻環(huán)，當測量盤II置“4”、“5”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是5只9Ω電阻與4只9Ω電阻并聯(lián)，并聯(lián)后阻值最大為20Ω，測量盤II其它觸點到節(jié)點D之間的阻值都要連接到20Ω，“4”、“5”觸點與電阻環(huán)上對應點直接連接；當測量盤II置“3”或置“6”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是3只9Ω電阻與6只9Ω電阻并聯(lián)，并聯(lián)后阻值為18Ω，所以3、6觸點經(jīng)過2Ω電阻與電阻環(huán)上對應點連接；當測量盤II置“2”或置“7”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是2只9Ω電阻與7只9Ω電阻并聯(lián)，并聯(lián)后阻值為14Ω，所以2、7觸點經(jīng)過6Ω電阻與電阻環(huán)上對應點連接；當測量盤II置“1”或置“8”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是1只9Ω電阻與8只9Ω電阻并聯(lián)，并聯(lián)后阻值為8Ω，所以1、8觸點經(jīng)過12Ω電阻與電阻環(huán)上對應點連接；當測量盤II置“9”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是11Ω電阻加1Ω電阻再加電阻環(huán)上8Ω連接成20Ω電阻，當測量盤II置“10”時，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是10Ω電阻加2Ω電阻再加電阻環(huán)上8Ω連接成20Ω電阻。當測量盤II置“0”，測量盤II的電刷到節(jié)點D之間是20Ω電阻連接，第一步進盤置“0”、第二步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……9，10)時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間的電阻值是兩個同是220Ω的電阻并聯(lián)，因此是110Ω。
第一步進盤置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步進盤置“0”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間的電阻值是兩個同是220Ω的電阻并聯(lián)，因此是110Ω。
當?shù)谝?、第二步進盤都不置“0”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間的電阻值的計算，除第二步進盤置“8，9，10”外，都需要進行三角形一星形變換。
第二步進盤置“1”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值的計算設電阻(R2+R3+…+R8)與電阻R9兩邊阻值等效于電阻r1，電阻R9與電阻R1兩邊阻值等效于電阻r1’電阻(R2+R3+…+R8)與電阻R1兩邊阻值等效于電阻r1”，等效于電阻r1、r1’、r1”交點為Q1則r1＝(R2+R3+…+R8)×R9/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ωr1’＝R1×R9/(R1+R2+…+R9)＝9×9/9×9Ω＝1Ωr1”＝(R2+R3+…+R9)×R1/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ω輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值等于(212Ω+r1)×(212Ω+r1”)/(2×219)Ω+r1’＝219Ω/2+1Ω＝109.5Ω+1Ω＝110.5Ω
第二步進盤置“2”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值的計算設電阻(R3+R4+…+R8)與電阻R9兩邊阻值等效于電阻r2，電阻R9與電阻(R1+R2)兩邊阻值等效于電阻r2’電阻(R3+R4+…+R8)與電阻(R1+R2)兩邊阻值等效于電阻r2”，等效于電阻r2、r2’、r2”交點為Q2則r2＝6Ωr2’＝2Ωr2”＝12Ω輔助盤II′的電刷與節(jié)點D之間電阻值等于(212Ω+r2)×(200Ω+6Ω+r2”)/(2×218)Ω+r2’＝218Ω/2+2Ω＝109Ω+2Ω＝111Ω。
同理，第二步進盤置“3”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值是111.5Ω，第二步進盤置“4”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值是112Ω，第二步進盤置“5”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值是112.5Ω，……第二步進盤置“9”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值是(211/2+9)Ω＝114.5Ω，第二步進盤置“10”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間電阻值是(210/2+10)Ω＝115Ω。
由于測量盤II每步進增加0.5Ω，因此輔助盤II′每步進減少0.5Ω，使電路總阻不變。
當?shù)谝换虻诙竭M盤置“0”時，輔助盤I′的電刷與節(jié)點D之間的電阻值是110Ω，輔助盤II′的10×0.5Ω電阻全部進入電路，使節(jié)點A與節(jié)點D之間的電阻值是115Ω保持不變。
電壓測量儀工作電流標準化時的電流是2mA，在×10量程時，2mA電流流過輔助盤II′的第10點經(jīng)過節(jié)點D到測量滑線III第10點，測量盤II置“n”[n＝1，2，3…8(r8＝0)]時，節(jié)點B經(jīng)過測量盤I到等效于電阻rn、rn’、rn”的交點Qn(n＝1、2、3…8)與經(jīng)過200Ω電阻R12到交點Qn電阻值相等，測量盤II置“9”時，節(jié)點B經(jīng)過測量盤I到節(jié)點F的電阻值與經(jīng)過200Ω電阻R12到節(jié)點F的電阻值都等于211Ω，所以流過測量盤I與200Ω電阻R12的電流各為1mA，測量盤II置“10”時，節(jié)點B經(jīng)過測量盤I到節(jié)點C的電阻值與經(jīng)過200Ω電阻R12到節(jié)點C的電阻值都等于210Ω，所以流過測量盤I與200Ω電阻R12的電流也各為1mA。
對于測量盤II在1～8觸點之間的9只9Ω首尾相連的電阻環(huán)而言，測量盤II置“1”時電阻R1與8只阻值同為9Ω電阻并聯(lián)，流過電阻R9的電流為1/9mA，節(jié)點H與節(jié)點D之間的電壓UHD＝1/9×9mV＝1mV；測量盤II置“2”時電阻(R1+R2)與7只阻值同為9Ω電阻并聯(lián)，流過電阻R9的電流為2/9mA，節(jié)點H與節(jié)點D之間的電壓UHD＝2/9×9mV＝2V；同理，測量盤II置“n”時(n＝1、2、3…8)電阻節(jié)點H與節(jié)點D之間的電壓UHD＝nmV；測量盤II置“9”時，節(jié)點F與節(jié)點D之間8Ω電阻環(huán)上的電壓UHD＝8mV加1Ω電阻R10上1mV，共9mV；測量盤II置“10”時，節(jié)點C與節(jié)點D之間8Ω電阻環(huán)上的電壓UHD＝8mV加1Ω電阻R10上1mV及1Ω電阻R11上1mV，共10mV；當測量盤I及測量盤II置“0”時，電流不經(jīng)過電阻R9，UCD＝0mV；當測量盤I不置“0”時流過測量盤I的電流在節(jié)點C、D之間的10mV電壓疊加在測量盤II上，代替測量盤I的0、1觸點間的電阻，工作電流標準化時，第一步進盤每步進為10mV，第二步進盤每步進為1mV，第三盤上的電流是2mA，每大格阻值是0.05Ω，每大格上的電壓為2×0.05Ω＝0.1mV，因此每小格為10μV；當電壓測量儀的兩個測量端鈕連接被測量，轉動電壓測量儀測量盤使檢流計指零時，電壓測量儀在兩個測量端鈕間的電壓與被測量電壓相等，這時電壓測量儀測量盤上的示值即被測量的電壓值。本電壓測量儀在×10量程最高測量電壓為230mV，最小分辨率為10μV。
×1量程時，從節(jié)點A經(jīng)過節(jié)點D到測量滑線III第10點之間的115.5Ω電阻串聯(lián)了電阻R13之和是117Ω與其并聯(lián)的電阻R14是13Ω，117Ω是13Ω的9倍，因此，1/10的工作電流即0.2mA電流從節(jié)點A經(jīng)過節(jié)點D到測量滑線III第10點，并聯(lián)后減小的電阻值通過串聯(lián)進105.3Ω輔助電阻R15來保持電路總阻不變。
當?shù)谝徊竭M盤置n1、第二步進盤置n2、第三盤置n3(n3表示大格示值)這時“Ux”兩個測量端鈕間電壓為Ux＝1n1+0.1n2+0.01n3(mV)這時每小格為1μV。
在×0.1量程時，從節(jié)點A經(jīng)過節(jié)點D到開關K1-2的×0.1量程觸點間的117Ω電阻串聯(lián)1170Ω電阻R15后有1287Ω電阻值與13Ω電阻R14并聯(lián)，從節(jié)點A經(jīng)過節(jié)點D到開關K1 -2的×0.1量程觸點間的電阻值是電阻R14的99倍，因此流過輔助盤II′的電流是0.02mA，流過電阻R14的電流是1.98mA，并聯(lián)減小的阻值通過串聯(lián)104.13Ω電阻R17來保持電路阻值不變。這時第一步進盤置n1、第二步進盤置n2、第三步進盤置n3(n3表示大格示值)，“Ux”兩個測量端鈕間電壓為Ux＝＝0.1n1+0.01n2+0.001n3(mV)這時每小格為0.1μV。
每批生產(chǎn)的標準電池的電動勢是離散的，在1.0188V～1.0196V之間，標準化的工作電流為2mA，因此調定電阻RN取509Ω，外加0～1Ω可鎖定的可調電阻RP2，可以覆蓋標準電池電動勢的變化范圍。
干電池新的時候電動勢約為1.65V，用舊到1.35V以下時，電流不穩(wěn)，為了使干電池在新、舊情況下都能使電壓測量儀的工作電流調節(jié)到標準化，為此電阻R0取50Ω。取可調電阻RP1為0～150Ω。
標準電流是這樣確定的把200mV標準信號電壓按極性與電壓測量儀“Ux”兩個測量端鈕連接，電壓測量儀步進盤示值與標準信號電壓值相同，雙刀雙擲開關K2擲向左邊，調節(jié)可調電阻RP1，使檢流計G指零；再將雙刀雙擲開關K2擲向右邊，調節(jié)可調電阻RP2，使檢流計G指零，這時把可調電阻RP2鎖定；電壓測量儀今后使用時依此為標準。
權利要求
一種分辨率達0.1μV的電壓測量儀，從電壓測量儀1.5V工作電源的正極經(jīng)過由兩個步進盤、一個雙滑線盤、量程轉換電阻及量程轉換開關組成的電阻測量網(wǎng)絡到509Ω的調定電阻RN及0～1Ω可鎖定的可調電阻RP2，再到50Ω電阻R0，經(jīng)過0～150Ω可調電阻RP1到工作電源的負極組成電壓測量儀工作回路；標準電池EN正極經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到調定電阻RN及可鎖定的可調電阻RP2，再經(jīng)過100KΩ限流電阻R到標準電池EN負極組成電壓測量儀標準回路；連接被測量的“UX”兩個端鈕，正極端鈕經(jīng)過兩個測量盤及一個雙滑線盤后，再經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K2到負極端鈕組成電壓測量儀補償回路；其特征在于第一步進盤有測量盤I，它有0、1、2……22共23個檔位，除0、1觸點間直接連接外，其余各檔觸點間連接10Ω電阻一只，另有輔助盤I’及輔助盤I”，輔助盤I’的電刷與輔助盤I”的電刷用導線連接的連接點為電路節(jié)點B，輔助盤I’及輔助盤I”的0觸點孤立，其余觸點用導線連接；第三盤為雙滑線盤，兩根滑線粗細材質相同，阻值都是0.5Ω，其中一根為測量滑線III，另一根為輔助滑線III′，雙滑線盤的刻度盤分10大格，每大格對應的阻值為0.05Ω，每大格分10小格，兩根滑線電阻上的電刷是同一片金屬刷片；第二步進盤由測量盤II與輔助盤II′組成，測量盤II有0、1、2、……10共11個檔位，0～8檔位上面有9個9Ω的電阻連接成環(huán)狀第1個電阻R1一端焊接第2個電阻R2一端，電阻R2另一端焊接第3個電阻R3一端……依次焊接，第8個電阻R8另一端與第9個電阻R9的一端連接點為電路節(jié)點H，第9個電阻R9另一端與第1個電阻R1的另一端與第三盤測量滑線III的0點的連接，測量滑線III的0點為電路節(jié)點D，電阻R1與電阻R2的連接點經(jīng)過12Ω電阻與第1觸點連接，電阻R2與電阻R3的連接點經(jīng)過6Ω電阻與第2觸點連接，電阻R3與電阻R4的連接點經(jīng)過2Ω電阻與第3觸點連接，電阻R4與電阻R5的連接點與第4觸點連接，電阻R5與電阻R6的連接點與第5觸點連接，電阻R6與電阻R7的連接點經(jīng)過2Ω電阻與第6觸點連接，電阻R7與電阻R8的連接點經(jīng)過6Ω電阻與第7觸點連接，電阻R8與電阻R9的連接點即節(jié)點H一路經(jīng)過12Ω電阻與第8觸點連接，另一路經(jīng)過1Ω電阻后到節(jié)點F再經(jīng)過11Ω電阻與第9觸點連接，節(jié)點F經(jīng)過1Ω電阻到節(jié)點C，節(jié)點C經(jīng)過10Ω電阻與第10觸點連接，測量盤II的“0”觸點經(jīng)過20Ω電阻與節(jié)點D連接，第二步進盤的輔助盤II′上是10×0.5Ω的電阻；輔助盤II′第10觸點與13Ω量程轉換電阻R14一端的連接點為電路節(jié)點A，節(jié)點A連接電壓測量儀工作電源的正極，量程轉換電阻R14的另一端連接與量程轉換開關K1中K1-1層的×0.1及×1量程觸點連接，輔助盤II′的0觸點連接輔助盤I”的0觸點，輔助盤II′的電刷連接輔助盤I”除0觸點外的其它觸點，測量盤II的電刷經(jīng)過200Ω電阻R12后連接節(jié)點B，輔助盤I’除0觸點外的其它觸點連接測量盤I第22觸點，測量盤I第0、1觸點與節(jié)點C連接，輔助盤I’的0觸點經(jīng)過220Ω電阻后與節(jié)點D連接，測量滑線III第10點經(jīng)過1.5Ω電阻R13后與量程轉換開關K1中K1-1層的×10量程觸點，K1-1層的×10量程觸點與量程轉換開關K1中K1-2層的×1量程觸點用導線連接，K1-2層的×1量程觸點經(jīng)過1170Ω電阻R15后與K1-2層的×0.1量程觸點連接，量程轉換開關K1中K1-3層的×10量程觸點連接調定電阻RN高電位一端，量程轉換開關K1中K1-3層的×1量程觸點經(jīng)過150.3Ω電阻R16后與調定電阻RN高電位一端連接，量程轉換開關K1中K1-3層的×0.1量程觸點經(jīng)過104.13Ω電阻R17后與調定電阻RN高電位一端連接，用于連接被測量的“UX”兩個測量端鈕，正極與測量盤I電刷連接，負極經(jīng)過雙刀雙擲開關K2后與測量盤III的第10點連接。
全文摘要
一種用于直流電壓測量分辨率達0.1μV的電壓測量儀，它的第一步進盤由21×10Ω的測量盤與不含電阻的輔助盤I’、輔助盤I”組成，第二步進盤由9×9Ω環(huán)形電阻及二只1Ω電阻網(wǎng)構成測量盤，由10×0.5Ω電阻構成輔助盤，第三盤為雙滑線盤，兩個測量盤與測量滑線間用導線連接，不通過開關切換，使電壓測量儀測量時不存在變差及熱電勢影響，用13Ω電阻分流電流獲得×1、×0.1兩個擴展量程，分辨率達0.1μV，且省去了第一及第二步進盤的代換盤。
文檔編號G01R19/00GK101055290SQ200710068950
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權日2007年5月29日
發(fā)明者張春雷, 方李 申請人:張春雷