專利名稱:四量程電位差計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量直流電壓的儀器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前生產(chǎn)的電位差計(jì)，當(dāng)測(cè)量盤有三個(gè)以上時(shí)，兩個(gè)測(cè)量端鈕間存在開關(guān)接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開關(guān)的電刷及觸點(diǎn)不僅采用銀銅復(fù)合材料，接觸面積也做得挺大，來減小測(cè)量開關(guān)步進(jìn)切換時(shí)變差帶來影響，這就使儀器體積變大，即便如此，也不能使電位差計(jì)分辨率小到0.1μV，另外還存在開關(guān)的熱電勢(shì)與接觸可變熱電勢(shì)影響。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題是，當(dāng)電位差計(jì)內(nèi)用于測(cè)量部分有四個(gè)步進(jìn)盤時(shí)，測(cè)量開關(guān)步進(jìn)切換的接觸電阻及變差，開關(guān)熱電勢(shì)不影響測(cè)量結(jié)果，使儀器分辨率達(dá)0.1μV。在量程轉(zhuǎn)換時(shí)，量程轉(zhuǎn)換用電阻是一位數(shù)或二位數(shù)乘10的整數(shù)次冪的阻值。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1及RP2，用于降低電源電壓的固定電阻R0，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)取樣用調(diào)定電阻RN及測(cè)量步進(jìn)開關(guān)上的電阻串聯(lián)在電位差計(jì)工作回路中，調(diào)定電阻上的電壓降與電位差計(jì)內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)相等時(shí)，其工作電流等于1.375mA；其待征在于第一步進(jìn)盤由各有20×80Ω的第I測(cè)量盤與第I′代換盤組成，第二步進(jìn)盤由各有10×8.8Ω的第II測(cè)量盤與第II′代換盤組成，第三步進(jìn)盤由9點(diǎn)與10點(diǎn)之間無電阻，這二個(gè)觸點(diǎn)斷開，其余觸點(diǎn)由電阻連接的9×17.6Ω的第III測(cè)量盤，有10×17.6Ω的第III′代換盤及不焊有電阻、10點(diǎn)獨(dú)立、其余觸點(diǎn)連接的第III″輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由同為10×1.76Ω電阻組成的第IV測(cè)量盤和第IV′代換盤及有10×0.88Ω電阻的第IV″輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余各盤測(cè)量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點(diǎn)通過342.32Ω電阻連接第II′代換盤第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤0點(diǎn)連接一只169.68Ω電阻后與第I測(cè)量盤0點(diǎn)連接；第I′代換盤0點(diǎn)連接一只20303.2Ω電阻后連接第IV″輔助盤0點(diǎn)，第IV″輔助盤第10點(diǎn)與第III″輔助盤第10觸點(diǎn)連接，第IV″輔助盤電刷連接第III″輔助盤除第10觸點(diǎn)以外所有觸點(diǎn)，第III′輔助盤電刷一路連接第III′代換盤0點(diǎn)，另一路連接158.4Ω電阻后與第IV′代換盤0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤第10點(diǎn)直接與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第III測(cè)量盤第9點(diǎn)連接第IV測(cè)量盤0點(diǎn)，第IV測(cè)量盤第10點(diǎn)與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第I′代換盤電刷與20Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部份正極，電阻r1另一端與電阻r3連接在三刀四擲量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×0.01量程觸點(diǎn)連接，178.2Ω電阻r2連接在三刀四擲開關(guān)K1-2的×0.01及×0.1量程觸點(diǎn)，180Ω電阻r3與電阻r5連接在K1-1×0.1量程觸點(diǎn)，1620Ω電阻r4連接在K1-2×1量程觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)與K1-2×10量程觸點(diǎn)連接在測(cè)量電路負(fù)極，電阻r4的另一端與電阻r2連接，1800Ω電阻r5連接在K1-2×1量程觸點(diǎn)，另一端與電阻r3連接，18000Ω電阻r6與第一測(cè)量盤電刷連接在三刀四擲開關(guān)K1-1×10量程觸點(diǎn)，電阻r6另一端連接電阻r5，三刀四擲開關(guān)K1-1及K1-2的兩個(gè)常閉觸點(diǎn)短接，兩個(gè)測(cè)量端鈕正極與第II測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過檢流計(jì)切換開關(guān)K2與第III測(cè)量盤0點(diǎn)連接。
通過以上技術(shù)方案，四個(gè)步進(jìn)盤用于測(cè)量部分的測(cè)量盤是用導(dǎo)線連接的，接觸電阻及變差，不在測(cè)量回路內(nèi)，影響的只是電位差計(jì)工作回路總阻，由于總阻阻值很大，所以變差可以忽略，幾個(gè)μV的熱電勢(shì)影響的是電源電壓，電源電壓是伏，熱電勢(shì)是多少μV，兩者相差10的6次方數(shù)量級(jí)，因此影響可以忽略，退一步講，即使接觸電阻變差及熱電勢(shì)大到不可忽略程度，可通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整RP2的阻值得到修正，零電勢(shì)可以通過增大第IV測(cè)量盤與第I測(cè)量盤之間引線電阻來修正，因此本儀器分辨率為0.1μV時(shí)，能得到很好的重復(fù)性。由于量程轉(zhuǎn)換用電阻是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，可用過渡標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)量程轉(zhuǎn)換用電阻阻值進(jìn)行修正，提高了電位差計(jì)量程比的準(zhǔn)確度。
附圖是本發(fā)明原理電路。
具體實(shí)施方式由“Ux”正極經(jīng)過各個(gè)測(cè)量盤，再經(jīng)過切換開關(guān)K2到“Ux”負(fù)極是測(cè)量回路，由電源正極經(jīng)過測(cè)量步進(jìn)開關(guān)到調(diào)定電阻RN及RP3，然后到電阻R0，可調(diào)電阻RP2及RP1后，回到電源負(fù)極是工作回路，從標(biāo)準(zhǔn)電池EN正極經(jīng)過切換開關(guān)K2，到調(diào)定電阻RN及RP3，再到標(biāo)準(zhǔn)電池負(fù)極是標(biāo)準(zhǔn)回路。當(dāng)四只盤都擲“0”時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電阻是2200Ω，右邊電阻等于22000Ω，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻為2000Ω，因此第一盤兩把電刷間總電流的10/11在左邊流動(dòng)，1/11在右邊流動(dòng)。當(dāng)?shù)谌P擲第10點(diǎn)時(shí)，第四盤與第三盤并聯(lián)部份電阻相等，當(dāng)?shù)谒谋P擲不同示值時(shí)，電路阻值不變。當(dāng)?shù)谌P不擲在第10點(diǎn)時(shí)，第四盤擲不同示值，電路阻值在沒有第IV″輔助盤時(shí)阻值是變化的，第四盤每增加一個(gè)步進(jìn)，電路阻值會(huì)減少每個(gè)步進(jìn)電阻一半的阻值，為了保持電路總阻不變，在第IV″輔助盤中每個(gè)步進(jìn)增加同樣阻值，當(dāng)?shù)谌竭M(jìn)盤擲第10點(diǎn)時(shí)阻值最小，這時(shí)讓第IV″輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變。由于第二盤及第一盤均由阻值相同的測(cè)量盤及代換盤組成，所以四個(gè)盤無論擲何示值，電路總阻不變。
在×10量程，第一步進(jìn)盤兩把電刷間電阻被10倍于自身阻值的電阻r1、電阻r3、電阻r5、r6串聯(lián)后并聯(lián)，因此流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間總電流為電位差計(jì)電流的10/11，流過電阻r1、r3、r5、r6的電流為電位差計(jì)工作電流的1/11；在×1量程時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間的電阻串聯(lián)電阻r6后10倍于互相串聯(lián)的電阻r1，和電阻r3、電阻r5相并聯(lián)，使流過測(cè)量盤電流減小到×10量程的1/10；在×0.1量程時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻串聯(lián)了電阻r6與r5后與電阻r1串聯(lián)r3后并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻是r1加r3的109倍，因此流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間總電流是電位差計(jì)工作電流的1/110，該電流是×10量程時(shí)的電流的1/100，該量程減少的阻值，通過串入電阻r4后來保持電路總阻不變。在×0.01量程時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間的電阻串聯(lián)了電阻r6、電阻r5、電阻r3后與電阻r1并聯(lián)，串聯(lián)后的阻值是電阻r1的1099倍，使流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間的電流為電位差計(jì)工作電流的1/1100，使量限降低到×10量程時(shí)的千分之一，該量程減少的阻值，通過電阻r2串聯(lián)電阻r4后來保持電路總阻不變。
基本量程電位差計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工作電流為1.375mA，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電流12.5/11mA，右邊電流為1.251//mA，右邊電流流過第III″輔助盤電刷后分成相等的兩個(gè)支路，當(dāng)?shù)谌P擲第10點(diǎn)時(shí)，流過第III測(cè)量盤及第IV測(cè)量盤的兩個(gè)支路是分開的，當(dāng)?shù)贗II測(cè)量盤不擲第10點(diǎn)時(shí)，流過第III測(cè)量盤支路電流全部流過第IV測(cè)量盤電阻，第IV測(cè)量盤10只電阻起到第III測(cè)量盤第10只電阻的作用，當(dāng)?shù)贗V測(cè)量盤擲n4時(shí)，n4～10電阻上的電流雖然就是右邊電流，但可以看成是兩個(gè)支路電流疊加而成，因此計(jì)算時(shí)可以以分開計(jì)算；標(biāo)準(zhǔn)工作電流是這樣確定的，在“UX”兩端的兩個(gè)測(cè)量端鈕按極性接上接近滿量程的標(biāo)準(zhǔn)電壓，開關(guān)K2擲向左邊，測(cè)量盤示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓值相同，通過調(diào)節(jié)工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1及RP2，使檢流計(jì)指零，再將開關(guān)K2擲向右邊，取樣用調(diào)定電阻RN的阻值是740Ω，串聯(lián)了0～2Ω可調(diào)電阻RP3，調(diào)節(jié)RP3，使檢流計(jì)再次指零，再將開關(guān)K2擲向左邊，調(diào)節(jié)RP2使檢流計(jì)指零，又將開關(guān)K2擲向右邊調(diào)節(jié)RP3使檢流計(jì)指零，當(dāng)開關(guān)指向左邊及右邊不作調(diào)節(jié)檢流計(jì)均指零時(shí)，說明電位差計(jì)工作電流已標(biāo)準(zhǔn)化，即調(diào)定電阻上的壓降與不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池EN的電動(dòng)勢(shì)已經(jīng)相等，這時(shí)將RP3鎖定，該電位差計(jì)今后就以此為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)工作電流標(biāo)準(zhǔn)化后，第I測(cè)量盤擲n1，第II測(cè)量盤擲n2，第III測(cè)量盤擲n3，第IV測(cè)量盤擲n4，開關(guān)K2擲向左邊，這時(shí)位于測(cè)量的兩個(gè)端鈕間電壓為Ux＝12.5/11×8.8n2+12.5/11×(160+8.8+0.88)+12.5/11×80n1-1.25/11×(20-n1)×80-1.25/22×(10-n4)×1.76-1.25/22×(10-n3)×17.6(mv)＝10n2+2000/11+10+1+1000n1/11-2000/11+100n1/11-1+0.1n4-10+1n3(mv)＝100n1+10n2+1n3+0.1n4(mv)電位差計(jì)工作電壓為4.5V，由于干電池每節(jié)穩(wěn)定電動(dòng)勢(shì)在1.4V～1.65V之間，為實(shí)現(xiàn)電源電壓在4.2V～4.95V均能把電位差計(jì)工作電流調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，取固定電阻R0＝494Ω，可調(diào)電阻RP1＝20×27Ω，RP2為0～30Ω。
放大器輸入端正反連接的二極管D1及D2用于輸入保護(hù)，兩塊集成放大器OPA128進(jìn)行差動(dòng)輸入差動(dòng)輸出，反饋電阻R1與R2要相等，這里取1MΩ，電阻R3取200Ω，放大后信號(hào)用電流表G顯示，電阻R用于標(biāo)準(zhǔn)回路限流，三刀四擲開關(guān)中K1-3用于不同時(shí)對(duì)放大器輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7上的信號(hào)電壓在×0.01量程時(shí)，全部進(jìn)入放大電路，在×0.1量程時(shí)，輸入信號(hào)電壓為(R5+R6+R7)/(R4+R5+R6+R7)，在×1量程時(shí)輸入信號(hào)電壓為(R6+R7)/(R4+R5+R6+R7)，在×10量程時(shí)，輸入信號(hào)電壓為R7/(R4+R5+R6+R7)。
權(quán)利要求
一種四量程電位差計(jì)，它有工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1及RP2，用于降低電源電壓的固定電阻R0，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)取樣用調(diào)定電阻RN及測(cè)量步進(jìn)開關(guān)上的電阻串聯(lián)在電位差計(jì)工作回路中，調(diào)定電阻上的電壓降與電位差計(jì)內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)相等時(shí)，其工作電流等于1.375mA；其待征在于第一步進(jìn)盤由各有20×80Ω的第I測(cè)量盤與第I′代換盤組成，第二步進(jìn)盤由各有10×8.8Ω的第II測(cè)量盤與第II′代換盤組成，第三步進(jìn)盤由9點(diǎn)與10點(diǎn)之間無電阻，這二個(gè)觸點(diǎn)斷開，其余觸點(diǎn)由電阻連接的9×17.6Ω的第III測(cè)量盤，有10×17.6Ω的第III′代換盤及不焊有電阻、10點(diǎn)獨(dú)立、其余觸點(diǎn)連接的第III″輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由同為10×1.76Ω電阻組成的第IV測(cè)量盤和第IV′代換盤及有10×0.88Ω電阻的第IV″輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余各盤測(cè)量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點(diǎn)通過342.32Ω電阻連接第II′代換盤第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤0點(diǎn)連接一只169.68Ω電阻后與第I測(cè)量盤0點(diǎn)連接；第I′代換盤0點(diǎn)連接一只20303.2Ω電阻后連接第IV″輔助盤0點(diǎn)，第IV″輔助盤第10點(diǎn)與第III″輔助盤第10觸點(diǎn)連接，第IV″輔助盤電刷連接第III″輔助盤除第10觸點(diǎn)以外所有觸點(diǎn)，第III′輔助盤電刷一路連接第III′代換盤0點(diǎn)，另一路連接158.4Ω電阻后與第IV′代換盤0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤第10點(diǎn)直接與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第III測(cè)量盤第9點(diǎn)連接第IV測(cè)量盤0點(diǎn)，第IV測(cè)量盤第10點(diǎn)與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第I′代換盤電刷與20Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部份正極，電阻r1另一端與電阻r3連接在三刀四擲量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×0.01量程觸點(diǎn)連接，178.2Ω電阻r2連接在三刀四擲開關(guān)K1-2的×0.01及×0.1量程觸點(diǎn)，180Ω電阻r3與電阻r5連接在K1-1×0.1量程觸點(diǎn)，1620Ω電阻r4連接在K1-2×1量程觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)與K1-2×10量程觸點(diǎn)連接在測(cè)量電路負(fù)極，電阻r4的另一端與電阻r2連接，1800Ω電阻r5連接在K1-2×1量程觸點(diǎn)，另一端與電阻r3連接，18000Ω電阻r6與第一測(cè)量盤電刷連接在三刀四擲開關(guān)K1-1×10量程觸點(diǎn)，電阻r6另一端連接電阻r5，三刀四擲開關(guān)K1-1及K1-2的兩個(gè)常閉觸點(diǎn)短接，兩個(gè)測(cè)量端鈕正極與第II測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過檢流計(jì)切換開關(guān)K2與第III測(cè)量盤0點(diǎn)連接。
專利摘要
一種用于電壓測(cè)量的四量程電位差計(jì)，它用20×80Ω作第I測(cè)量盤，10×8.8Ω作第II測(cè)量盤，9×17.6Ω作第III測(cè)量盤，10×1.76Ω作第IV測(cè)量盤，除了不影響測(cè)量結(jié)果的轉(zhuǎn)換開關(guān)外，電位差計(jì)兩個(gè)測(cè)量端鈕與四個(gè)測(cè)量盤之間用導(dǎo)線直接連接的，測(cè)量步進(jìn)開關(guān)的接觸電阻，變差及熱電勢(shì)排除在測(cè)量結(jié)果之外，零電勢(shì)大也可增大負(fù)電勢(shì)來進(jìn)行補(bǔ)償，用四個(gè)阻值為一位數(shù)或二位數(shù)乘10的整數(shù)次冪的電阻進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G01R17/20GK1991383SQ200510062352
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者駱乃光 申請(qǐng)人:駱乃光導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan