專利名稱：三位半表頭高分辨率量程擴展方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種擴展量程的方法，用三位半表頭進行電量和非電量測量，加上本方法可擴大高分辨率的量程，適用于袖珍式表和工業(yè)面板表。
在各種物理量的測量中，往往需要能分辨到0.01mV時，三位半顯示器最大顯示值只有19.99mV，這一數(shù)值太小，不能滿足需要，如K型、T型和W-Re熱電偶均大于20mV。若用四位半表，目前還很難液晶顯示，四位半表頭雖說是微功耗，但也相當大，無法用電池供電，即難以制成袖珍式檢測儀表，而且四位半表頭價格也貴一倍。
本發(fā)明的方法用三位半表頭，電阻分壓器，切換開關和前置放大器組成，附

圖1是其原理方框圖，VX是被測量，切換開關K是改變分辨率，當合向a，三位半表頭4的顯示值VD就等于VX，對應上限是199.9mV，分辨率0.1mV。若需提高分辨率，開關合向b，VX經前置放大器1放大K倍，即10倍或100倍。當取K＝10，小數(shù)點左移一位，分辨率高10倍，即0.01mV，而量程縮小10倍，即19.99mV。
擴大量程是這樣實現(xiàn)的，從三位半表頭外部基準穩(wěn)壓源3經電阻分壓器2產生幾個分檔標準電壓Vzn，若令量程擴展到0-100mV，則分檔數(shù)n＝量程/20＝5，即代表整數(shù)顯示值的分檔電壓分別是Vz0＝0，Vz1＝20mV，Vz2＝40mV，Vz3＝60mV，Vz4＝80mV，每檔遞增20mV。方框2的輸出電壓為KVzn，它與KVx反接，差值輸入表頭4。所以關系式VD＝KVx-KVzn。
被測量VX=VZn+ (VD)/(K) ，由式可見(1)若K＝10，則顯示值縮小10倍，即小數(shù)點左移一位;(2)被測值等于此時的分檔標準電壓Vzn加上此時的顯示值。
由上述分析可見，本發(fā)明的特點是用電阻分壓器2將表頭的外部基準電壓Vz分成各檔遞增K×20mV(或K×2mV)的標準電壓KVzn，并和由前置放大器1放大K倍的被測電壓KVx相減后，差值輸入到表頭4，被測值Vx等于此時的分檔標準電壓Vzn加顯示值，即VX=VZn+ (VD)/(K) 。
這種擴展高分辨率量程的方法很有實用價值，在各種物理量的測試工作中，作為研究要有小巧的體積，用本發(fā)明的方法就可以構成測量各種物理量的寬量程高分辨率的袖珍式檢測儀表，其構成原理如附圖2所示，圖中X是被測物理量，它是在圖1基礎上，加上傳感器6補償器5組成，補償器包括傳感器的非線性補償，熱電偶冷端溫度影響的補償，流量測量時壓力和溫度的補償?shù)?。表頭4直接顯示出被測物理量的數(shù)值，而不是毫伏值。至于提高分辨率后，其相應的精度采用適當措施后容易滿足，這在實施例中已達到。其措施象采用高精度的自穩(wěn)零運放作為前置放大，采用若干有效的抗干擾措施等。
本發(fā)明所述方法在生產過程檢測儀表中也有實用價值，因為操作工人習慣用反映設備運行工況的某些物理量絕對值指導生產，但更適合用偏離正常工況的偏離量指導生產，這個反映正常工況的值就對應顯示整數(shù)電壓KVz1(這里只需一檔)，又可在少花錢的前提下提高分辨率，能更有效地反映出運行設備內變化的工況，附圖3是其原理圖，現(xiàn)以檢測熱處理爐溫為例，正常爐溫900℃。在開爐過程中，選擇開關K1合向a，顯示值范圍0～1999℃，分辨率1℃，當爐溫正常后，開關K1可倒向b，三位半LED顯示器顯示的是爐溫偏離正常工況的差值，上下有±199.9℃的范圍，完全滿足可能變化的需要，此時分辨率就提高到0.1℃，這對金屬結構相變是有好處的。
對某些要求更高的物理量檢測，若分辨率提高到0.01〔單位〕，也還有上下±20〔單位〕的波動顯示范圍，也已足夠。
正常工況值可以按需要改變，只要將切換開關K2合向c，這一溫度就在表頭上顯示，待調整完畢，開關K2合向d，同時這一正９た鮒狄蠶允駒諳允酒僚員擼玫乒庹樟磷幟?，用插卡片方g礁緩鮮實淖摯ǎ蠐檬侄嗦肫骷由掀叨蝸允酒饗允盡 由上述可見，用本發(fā)明構成的高分辨率偏離量顯示的面板表，其特點在于取一檔任意可調電壓KVz1，此電壓對應設備正常運行工況，這一數(shù)值用燈光字幕或手動編碼器顯示在顯示屏上，三位半表頭的LED顯示器上所顯示的是已提高了分辨率的正常運行工況的偏離量。
實施本發(fā)明方法的例子之一是“DUJ1型袖珍式數(shù)字電位差計，”現(xiàn)選這一實例來具體說明，這一儀表的同類技術是CNZL86208667“校驗、測量兩用數(shù)字毫伏表”，該表輸出電壓范圍是0～100mV，但它存在兩個嚴重的缺點，分辨率為0.01mV的對應量程只有20mV，而很多傳感器如熱電偶、自動平衡記錄儀等顯示儀表均大于20mV，二是只一個輸出可調電位器，雖是十圈電位器，但仍太粗，每變一小格(即指針移動1mm)就變0.2mV，因此校驗時，輸出標準電壓不能在小數(shù)點后第二位定點，由于這兩個缺點大大限制了它的實用價值。而DUJ1表的功能和使用價值與電位差計完全相同，而且大部分指標均超過攜帶式電位差UJ33a，因此按習慣將DUJ1表稱為袖珍式數(shù)字電位差計。
附圖4是DUJ1袖珍數(shù)字電位差計原理框圖，圖5是DUJ1表的電路圖。圖6是DUJ1樣機的外貌圖，各個開關，電位器的作用已在面板上標明，此圖只供對說明書理解的參考。
下面對附圖4、5就袖珍式數(shù)字電位差計原理進行說明。圖4中方框6是三位半表頭，3是其外部基準穩(wěn)壓源，即圖5中的穩(wěn)壓管z方框5是可調分壓器，由圖5中多圈電位器W1，W2組成，其中W1為粗調，指針轉動每小格變化0.2mV，W2為細調，每一小格半變化0.01mV。K2是測量、輸出選擇開關，當開關K2合向輸出側，則儀表端子上就有標準電壓Vx輸出，方框6是輸出跟測器，輸出電壓的準確值由表頭指示。K3是分辨率選擇開關，當K3合向0.1mV側，表頭就直接顯示輸出值。當K3合向0.01mV側，表頭顯示的就是KVzn與KVx之差。方框1是前置放大器，在圖4中就是自穩(wěn)零運放，放大倍數(shù)K。方框2是電阻分壓器，它的輸出電壓是KVzn，下角n是檔數(shù)，因量程是0～100mV，所以n＝100/20＝5，共五檔，圖5中K4就是五值切換開關。放大倍數(shù)K取10，則每檔遞增標準電壓10×20＝200mV，電阻分壓器在圖5中就由電阻R1，R2，R3，和R4構成。電壓KVzn與KVx反接，差值輸入到三位半表頭4。這樣就實現(xiàn)了本發(fā)明所述的高分辨率量程的擴展。
綜上所述，袖珍式數(shù)字電位差計由三位半表頭4，表頭的外部基準穩(wěn)壓源3，可調分壓器5，輸出跟隨器6，電阻分壓器2，前置放大器1和切換開關組成，其特點在于選擇分辨率為0.01mV檔使用時，五檔每隔10×20mV遞增的標準電壓10Vzn和放大10倍后的被測電壓(或輸出標準電壓)10Vx反接，其差值輸入到三位半表頭。
其特點還在于調節(jié)輸出標準電壓大小的電位器由粗調W1和細調W2組成。
附圖5中電容C1，C2對抗干擾，使高分辨率時顯示值穩(wěn)定有積極的作用，它兩都具有較大的數(shù)值，例如本樣機采用10μf。電容C3也是關鍵元件，太小顯示值不穩(wěn)定，太大切換時過渡時間太長，本樣機采用0.47μf的滌淪電容。
所以DUI1表的特點還在于儀表輸入(出)端用電容C1接地可調電位器輸出端經電容C2接地，A/D片的負輸入端經電容C3接地。
由附圖4可見，整個儀表所需的基準電壓Vz均來自一個基準穩(wěn)壓源3，它供給表頭、可調分壓器和電阻分壓器。穩(wěn)壓管Z是三位半表頭原有的外部基準穩(wěn)壓。當然，可調分壓器5和電阻分壓器2也可另用一個穩(wěn)壓管來獨立地供電，這樣只是多費點錢，因為Z是用基準的低溫度系數(shù)穩(wěn)壓管。
因此DUJ1表的特點還在于電阻分壓器2和可調分器5并聯(lián)在三位半表頭的外部基準穩(wěn)壓管Z上，或另用一個穩(wěn)壓管對這兩個分壓器獨立地供電。
附圖5上7是由運放構成的雙電源變換電路，8是由異或門構成的小數(shù)點驅動電路和電池低電壓指示電路。數(shù)字21、30、31、32、35、36均是A/D片的管腳，共40腳，V+與V-是正負電源。
權利要求
1.一種擴展量程的方法，由三位半表頭4，電阻分壓器2及前置放大器1構成，其特征在于用電阻分壓器2將表頭的外部基準電壓Vz分成各檔遞增K×20mv或K×2mV的標準電壓KVzn，并和由前置放大器1放大K倍的被測電壓KVx相減后，差值輸入到表頭4，被測值Vx等于此時的分檔標準電壓Vzn加顯示值，即 Vx=Vzn+VD/K。
2.按權利要求1所述方法，其特征在于加傳感器6和補償器5構成測量各種物理的寬量程高分辨率的袖珍式檢測儀表。
3.按權利要求1所述方法，構成高分辨率偏離量顯示的面板表，其特征在于取一擋任意可調電壓KVZ1，此電壓對應設備正常運行工況，這一數(shù)值用燈光字幕或手動編碼器顯示在顯示屏上。三位半表頭的LED顯示器上所顯示的是已提高分辨率的正常運行工況的偏離量。
4.一種袖珍式數(shù)字電位差計及電路，由三位半表頭4，表頭的外部基準穩(wěn)壓源3，可調分壓器5，前置放大器1和切換開關組成，其特征在于選擇分辨率為0.01mV擋使用時，五擋每隔10×20mV遞增的標準電壓10Vzn和放大10倍后的被測電壓(或輸出標準電壓)10VX反接，其差值輸入到三位半表頭。
5.按權利要求4所述數(shù)字電位差計及電路，其特征在于調節(jié)輸出標準電壓大小的電位器由粗調W1和細調W2組成。
6.按權利要求4，5所述數(shù)字電位差計及電路，其特征在于電阻分壓器2和可調分壓器5并聯(lián)在三位表頭的外部基準穩(wěn)壓管z上，或另用一個穩(wěn)壓管對這兩個分壓器獨立地供電。
7.按權利要求4所述數(shù)字電位差計及電路，儀表輸入端用電容C1接地，可調分壓器輸出端經電容C2接地，A/D片的負輸入端經電容C3接地。
全文摘要
本發(fā)明闡明三位半表頭在高分辨率使用時，其量程的擴展方法，并闡明由此方法構成的測量各種物理量的寬量程高分辨率的袖珍式檢測儀表，構成高分辨率偏離量顯示的面板表。在實施例中，詳細說明了袖珍式數(shù)字電位差計的電路及原理，它的功能和電位差計完全相同，并且大部分指標超過攜帶式電位差計UJ3文檔編號G01R17/00GK1037038SQ88102098
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月22日 優(yōu)先權日1988年4月22日
發(fā)明者方之崗, 華奇平 申請人:方之崗, 華奇平