電壓測量儀的制作方法
【專利摘要】一種用于直流電壓測量的電壓測量儀，它的第一步進盤由23只1Ω電阻構成測量盤，第二步進盤各由10只0.1Ω電阻構成的測量盤與代換盤組成，第三步進盤也是各由10只0.1Ω電阻構成的測量盤與代換盤組成，第四、五步進盤的各個觸點與第三步進盤中測量盤上的對應觸點連接，使第四、五步進盤步進盤都不需電阻，第二步進盤采用特殊接線，使電壓測量儀內(nèi)部引線電阻上電壓降幾乎為零，電壓測量儀測量時能夠忽略零電勢影響。
【專利說明】電壓測量儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及對直流電壓進行測量的儀器。
【背景技術】
[0002]當前對于有五個步進盤的電壓測量儀，在五個步進盤之間的連接上，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；申請?zhí)?00810121910.X公開了有五個步進盤的電壓測量儀解決開關接觸電阻變差的新方法，它的五個步進盤都由測量盤及代換盤組成，不含輔助盤，每個測量盤及代換盤上都有電阻，它的五個步進盤上的測量盤與代換盤在電路中組成了橋式線路，它最大的毛病在于誤差不獨立，一旦測量盤某點示值超差，就無法確定是哪只電阻超差引起的，這對鑒定與維修帶來不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是設計一種有五個步進盤的電壓測量儀，它不采用橋式線路，這樣誤差可以獨立，且后兩個步進盤只有測量盤，測量盤上沒有電阻，這可以降低成本，減小儀器體積。
[0004]本發(fā)明的技術方案這樣采取:從電壓測量儀外接3V工作電源E正極端鈕經(jīng)過44 Ω電阻Rtl、由21只3Ω電阻構成的可調(diào)電阻Rpi調(diào)節(jié)范圍在O~3.2 Ω之間的可調(diào)電阻Rp2、調(diào)節(jié)范圍在O~0.15 Ω之間 的可調(diào)電阻Rp3，再經(jīng)過五個步進盤回到外接3V工作電源E的負極端鈕組成電壓測量儀工作回路；外接標準電池EN正極端鈕經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K到1018 Ω調(diào)定電阻R1，再經(jīng)過由20只0.05 Ω電阻構成溫度補償盤W到外接標準電池En負極端鈕組成電壓測量儀標準回路；用于連接被測量“Ux”的兩個端鈕，正極端鈕經(jīng)過五個測量盤后，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K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O、
1、2、……23共24個檔位，除第O、第I觸點外，其余各檔觸點間連接I Ω電阻一只，第二步進盤都由有0、1、2、……10共11個檔位測量盤II與代換盤ΙI'組成，測量盤II除第O、第I觸點外，測量盤II與代換盤ΙI'各檔觸點間連接0.1 Ω電阻一只，第三步進盤各由10只0.1Ω電阻構成的測量盤III與代換盤III'組成，第四步進盤的測量盤IV、第五步進盤的測量盤V上的各個觸點與第三步進盤中測量盤上的對應觸點連接，溫度補償盤W由20只
0.05 Ω電阻構成；第二步進盤中代換盤ΙI'的金屬接觸環(huán)連接可調(diào)電阻1^3的低電位一端，代換盤Ir第10觸點連接測量盤I的第23觸點，測量盤I的第I觸點經(jīng)過一只I Ω電阻后連接測量盤II的金屬接觸環(huán)，測量盤I的第O觸點連接測量盤II的第10觸點，測量盤II的第O觸點與測量盤III的第O觸點連接點為電路節(jié)點A，測量盤II的第I觸點經(jīng)過一只0.1Ω電阻后連接電路節(jié)點A，第五步進盤的測量盤V的金屬接觸環(huán)經(jīng)過100ΚΩ電阻R4、測量盤IV的金屬接觸環(huán)經(jīng)過10ΚΩ電阻R5都連接于電路節(jié)點B，代換盤ΙΙI'的第10觸點經(jīng)過999 Ω電阻R6與電路節(jié)點B連接，電路節(jié)點A經(jīng)過112.486 Ω電阻R3連接電路節(jié)點B，節(jié)點B分成兩路:一路經(jīng)過1018Ω調(diào)定電阻R1再經(jīng)過溫度補償盤W的20只0.05 Ω電阻到電路節(jié)點C，另一路經(jīng)過113.2222 Ω電阻R2與電路節(jié)點C連接，節(jié)點C連接電壓測量儀外接3V工作電源E的負極端鈕；用于連接被測量“Ux”的兩個測量端鈕，正極端鈕與測量盤I的金屬接觸環(huán)連接，負極端鈕經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K后與測量盤III的第10觸點連接。
[0005]通過以上技術方案，第一步進盤不用代換盤，第四、第五步進盤都沒有代換盤，且第四、第五步進盤的測量盤上都沒有電阻，五個步進盤誤差獨立，后兩盤相同步進帶來的誤差一致，這給調(diào)試與維修帶來方便；也使電壓測量儀結構簡單，體積縮小，從而降低了生產(chǎn)成本；當電壓測量儀五個測量盤置“O”時，電壓測量儀的內(nèi)部線路總電勢是A點電位，一點電位為“0”，所以本電壓測量儀的零電勢很小，后三個步進盤各個支路幾個μ V的熱電勢都串聯(lián)在IV電壓降上，因此熱電勢對“Ux”的兩個測量端鈕影響可以忽略；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]附圖是本發(fā)明 原理電路。
[0007]在圖1中，第二步進盤中測量盤II與代換盤II上10X0.1Ω的電阻，表示測量盤II與代換盤Ir各由10只0.1 Ω的電阻組成，同理測量盤I上23X I Ω，的表示測量盤I由23只I Ω電阻組成，可調(diào)電阻Rpi上21 X 3 Ω的表示可調(diào)電阻Rpi由21只3 Ω電阻構成。
[0008]在圖1中，步進盤及溫度補償盤上粗黑線條表示金屬接觸環(huán)，空心小圓圈表示金屬觸點，雙向箭頭表示金屬電刷。
【具體實施方式】
[0009]圖1中，在第二步進盤中測量盤II與代換盤11'每個步進的電阻值相同，都是
0.1 Ω，測量盤II在電路中每步進增加的電阻等于代換盤ΙI'每步進減少的電阻，所以電路中總阻不變；第三步進盤用測量盤III與代換盤Iir來保持電路總阻不變原理同第二步進盤。電壓測量儀工作電流設計成10mA，電壓測量儀IOmA工作電流經(jīng)過第一、第二步進盤到節(jié)點A后分成四路:一路經(jīng)過測量盤IV，一路經(jīng)過測量盤V，另一路經(jīng)過第三步進盤，再一路經(jīng)過112.486 Ω電阻R3,四路電流匯合于節(jié)點B。除經(jīng)過電阻R3支路外，節(jié)點A、節(jié)點B之間各支路電阻比:測量盤V:測量盤IV:第三步進盤=100: 10: 1，所以，除流過電阻R3支路外，流過節(jié)點A、節(jié)點B之間各支路電流比為:測量盤V:測量盤IV:第三步進盤=
I: 10: 100，除電阻R3支路外，節(jié)點A、節(jié)點B之間電阻是100ΚΩ/111，讓流過測量盤V、測量盤IV與第三步進盤的總電流是1.11mA，流過電阻R3的電流為8.89mA，則8.89mAXR3 =100K Ω/111 X 1.11mA，電阻R3 = 112.486 Ω。電壓測量儀IOmA工作電流經(jīng)過電阻R3分流，使得流過測量盤V電流為0.01mA，測量盤IV電流為0.1mA，第三步進盤電流為ImA ;各個步進盤置不同示值時節(jié)點A與節(jié)點B之間阻值是變化的，節(jié)點A與節(jié)點B之間阻值用電阻Rab表示，各步進盤電阻變量為 X，則 I/Rab = I/ (100K Ω +X) +1/ (10K Ω +X) +1/1K Ω +889/100K Ω
[0010]兩邊求導:(1/RabV= {I/(100K+X)+1/(10K+X)+1/(1000)+889/100K}'
[0011]-Rab' /Rab2 = {-1/(100Κ+Χ)2-1/(10Κ+Χ)2+0+0}
[0012]Rab' = {I / (100K+X) 2+l/ (10K+X)2} Rab2[0013]Rab的導數(shù)是正值，所以各步進盤電阻變量增大時，節(jié)點A與節(jié)點B之間總阻值Rab是增大的。各個步進盤置“O”示值時節(jié)點A與節(jié)點B之間阻值最小，這時節(jié)點A、B之間阻值為100 Ω，各個步進盤置“10”示值時節(jié)點A與節(jié)點B之間阻值Rab最大，這時節(jié)點A、B之間阻值Rab為100.002 Ω，比最小示值大了十萬分之一，因此，當電壓測量儀精度不高于萬分之二時，不管各個步進盤置何示值，節(jié)點A、B之間阻值變化都可以忽略。
[0014]當工作電流標準化后，第I測量盤擲Ii1，第II測量盤擲112，第III測量盤擲113，第IV測量盤擲n4，第V測量盤擲n5，開關K擲向左邊，這時位于測量的兩個端鈕間電壓為:
[0015]Ux= IOXn^lOX0.ln2+l X0.1η3+0.1X0.1η4+0.01X0.1n5 (mv)
[0016]= lOn^ria+0.1η3+0.01η4+0.0Oln5 (mv)
[0017]飽和標準電池En電動勢約為1.0186V，溫度每增加I°C，輸出電壓約減小40 μ V，從1018 Ω調(diào)定電阻R8,再加上20只0.05 Ω電阻構成溫度補償盤W總阻是1019 Ω，電阻R2的阻值1019Ω的1/9，因此流過電阻民的電流是9mA，流過1018Ω調(diào)定電阻&及溫度補償盤W的電流是1mA，1018 Ω調(diào)定電阻R8上電壓1.018V,溫度補償盤W每步進補償電壓50 μ V,當雙刀雙擲開關K擲向右邊，可對外接飽和標準電池進行溫度補償。
[0018]標準工作電流是這樣確定的:外接飽和標準電池每年到省級計量部門鑒定，獲得一個室溫在20°C時準確值，根據(jù)0.1度分辨率的飽和標準電池上溫度計顯示值，對照表格可知飽和標準電池的電動勢，或者每升高1°C減去40μ V進行估算，根據(jù)飽和標準電池的電動勢調(diào)節(jié)溫度補償盤上值與飽和標準電池的電動勢值一致，將雙刀雙擲開關K擲向右邊，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rp1、可調(diào)電阻Rp2、可調(diào)電阻RP3，使檢流計G指零，這時工作電流就標準化了，為 IOmA0
[0019]電壓測量儀器工作電壓為3V,由于干電池每節(jié)穩(wěn)定電動勢在1.4V~1.65V之間，為實現(xiàn)電源電壓在1.35V~1.65V均能把電壓測量儀器工作電流調(diào)整到標準狀態(tài)，取固定電阻Rtl = 44 Ω，可調(diào)電阻RPi = 21 X 3 Ω，可調(diào)電阻RP2為O~3.2 Ω，可調(diào)電阻Rp3為O~
0.15Ω，這樣用兩組甲電池串聯(lián)起來就可以作為外接3V工作電源，也可以用外接3V穩(wěn)壓電
源工作。
【權利要求】
1.一種電壓測量儀，從電壓測量儀外接3V工作電源E正極端鈕經(jīng)過44Ω電阻R。、由.21只3Ω電阻構成的可調(diào)電阻Rp1、調(diào)節(jié)范圍在O~3.2 Ω之間的可調(diào)電阻Rp2、調(diào)節(jié)范圍在.O~0.15 Ω之間的可調(diào)電阻Rp3，再經(jīng)過五個步進盤回到外接3V工作電源E的負極端鈕組成電壓測量儀工作回路；外接標準電池En正極端鈕經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K到1018 Ω調(diào)定電阻R1，再經(jīng)過由20只0.05 Ω電阻構成溫度補償盤W到外接標準電池En負極端鈕組成電壓測量儀標準回路；用于連接被測量“Ux”的兩個端鈕，正極端鈕經(jīng)過五個測量盤后，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K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、……23共.24個檔位，除第O、第I觸點外，其余各檔觸點間連接I Ω電阻一只，第二步進盤都由有O、1、.2、……10共11個檔位測量盤II與代換盤ΙI'組成，測量盤II除第O、第I觸點外，測量盤II與代換盤ΙI'各檔觸點間連接0.1 Ω電阻一只，第三步進盤各由10只0.1 Ω電阻構成的測量盤III與代換盤Iir組成，第四步進盤的測量盤IV、第五步進盤的測量盤V上的各個觸點與第三步進盤中測量盤上的對應觸點連接，溫度補償盤W由20只0.05 Ω電阻構成；第二步進盤中代換盤ΙI'的金屬接觸環(huán)連接可調(diào)電阻Rp3的低電位一端，代換盤ΙI'第.10觸點連接測量盤I的第23觸點，測量盤I的第I觸點經(jīng)過一只I Ω電阻后連接測量盤II的金屬接觸環(huán)，測量盤I的第O觸點連接測量盤II的第10觸點，測量盤II的第O觸點與測量盤III的第O觸點連接點為電路節(jié)點A，測量盤II的第I觸點經(jīng)過一只0.1 Ω電阻后連接電路節(jié)點A，第五步進盤的測量盤V的金屬接觸環(huán)經(jīng)過100K Ω電阻R4、測量盤IV的金屬接觸環(huán)經(jīng)過10ΚΩ電阻R5都連接于電路節(jié)點B，代換盤ΙΙI'的第10觸點經(jīng)過999Ω電阻R6與電路節(jié)點B連接，電路節(jié)點A經(jīng)過112.486 Ω電阻R3連接電路節(jié)點B，節(jié)點B分成兩路:一路經(jīng)過1018 Ω調(diào)定電阻R1再經(jīng)過溫度補償盤W的20只0.05 Ω電阻到電路節(jié)點C，另一路經(jīng)過113.2222 Ω電阻R2與電路節(jié)點C連接，節(jié)點C連接電壓測量儀外接3V工作電源E的負極端鈕；用于連接被測量“Ux”的兩個測量端鈕，正極端鈕與測量盤I的金屬接觸環(huán)連接，負極端鈕經(jīng)過兩個常閉觸點之間接有檢流計G的雙刀雙擲開關K后與測量盤III的第10觸點連接。
【文檔編號】G01R19/00GK103777051SQ201110459617
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年12月30日 優(yōu)先權日:2011年12月30日
【發(fā)明者】孫笑聲 申請人:孫笑聲