專利名稱：有五個(gè)測(cè)量盤(pán)采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的電位差計(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(pán)有三個(gè)以上時(shí)，兩個(gè)測(cè)量端鈕間存在開(kāi)關(guān)接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開(kāi)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(lái)減小測(cè)量開(kāi)關(guān)步進(jìn)切換時(shí)變差帶來(lái)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(kāi)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(wèn)題是，當(dāng)電位差計(jì)內(nèi)用于測(cè)量部分的步進(jìn)開(kāi)關(guān)有五個(gè)時(shí)，測(cè)量開(kāi)關(guān)步進(jìn)切換的接觸電阻及變差，開(kāi)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、RP2、RP3及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)定電阻和溫度補(bǔ)償盤(pán)RP4以及五個(gè)測(cè)量步進(jìn)開(kāi)關(guān)上的電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在電位差計(jì)工作回路中，工作電流在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)為2mA；其特征在于第一步盤(pán)由第I測(cè)量盤(pán)與第I’代換盤(pán)組成，提供0～20的示值，兩只盤(pán)上面電阻均為20×50Ω，第二步進(jìn)盤(pán)由“0”、“1”兩觸點(diǎn)間無(wú)電阻，1～10觸點(diǎn)有9×11Ω電阻的第II測(cè)量盤(pán)，10×11Ω的第II’代換盤(pán)及不接有電阻，0觸點(diǎn)獨(dú)立，其余觸點(diǎn)相連的第II”輔助盤(pán)組成，第三步進(jìn)盤(pán)由“9”、“10”兩觸點(diǎn)間無(wú)電阻，0～9觸點(diǎn)間是9×11Ω電阻的第III測(cè)量盤(pán)，10×11Ω的第III’代換盤(pán)及第10點(diǎn)獨(dú)立其余各點(diǎn)連接的第III”輔助盤(pán)組成，第四步進(jìn)盤(pán)由都是10×0.11Ω電阻的第IV測(cè)量盤(pán)與第IV’代換盤(pán)及阻值是10×0.055Ω的第IV”輔助盤(pán)組成，第五步進(jìn)盤(pán)由阻值是10×0.11Ω的第V測(cè)量盤(pán)、第V’代換盤(pán)及阻值是10×0.055Ω的第V”輔助盤(pán)組成，除第一步進(jìn)盤(pán)外，其余四個(gè)步進(jìn)盤(pán)的代換盤(pán)與測(cè)量盤(pán)的電刷互相連接；第I’代換盤(pán)電刷連在測(cè)量電路正極，第I’代換盤(pán)第20點(diǎn)連接818.895Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤(pán)第10點(diǎn)，第IV”輔助盤(pán)0點(diǎn)連接第II”輔助盤(pán)0點(diǎn)；第IV”輔助盤(pán)電刷連接第II”輔助盤(pán)除0點(diǎn)外的觸點(diǎn)，第II”輔助盤(pán)電刷分成兩路，一路經(jīng)過(guò)108.9Ω電阻R2后與第IV”代換盤(pán)第10點(diǎn)連接，另一路連接第II’代換盤(pán)第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤(pán)第1點(diǎn)經(jīng)過(guò)9.9Ω電阻R3后第IV測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)連接，第II測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)和第IV測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)都與105.555Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接；第I’代換盤(pán)0點(diǎn)連接18744.45Ω電阻R5后與第V”輔助盤(pán)0點(diǎn)連接，第V”輔助盤(pán)第10點(diǎn)連接第III”輔助盤(pán)第10點(diǎn)，第V”輔助盤(pán)電刷連接第III’輔助盤(pán)除第10觸點(diǎn)外其余各觸點(diǎn)，第III”輔助盤(pán)電刷分成兩支路，一路經(jīng)過(guò)108.9Ω電阻R6后連接第V’代換盤(pán)的0點(diǎn)，另一路連接第III’代換盤(pán)0點(diǎn)，第III測(cè)量盤(pán)第9點(diǎn)連接9.9Ω電阻R7后與第V測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)與第V盤(pán)測(cè)量第10點(diǎn)均與第I測(cè)量盤(pán)第20點(diǎn)連接；第I′代換盤(pán)電刷與200Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部份正極，電阻r1的另一端連接四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1的×1量程觸點(diǎn)K1-2的×1量程觸點(diǎn)與K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，K1-3的×1量程觸點(diǎn)通過(guò)1620Ω電阻r2與K1-3的×10量程觸點(diǎn)連接，該觸點(diǎn)連接在電位差計(jì)測(cè)量電路的負(fù)極，四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接第1測(cè)量盤(pán)電刷；20Ω電阻r3與第I′代換盤(pán)電刷連接，電阻r3的另一端連接K1-1的×0.1量程觸點(diǎn)，K1-2的×0.1量程觸點(diǎn)通過(guò)180Ω電阻r4與K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，K1-3的×0.1量程觸點(diǎn)與×1量程觸通過(guò)160.2Ω電阻r5連接，四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1、K1-2、K1-3的三個(gè)常閉觸點(diǎn)短接；測(cè)量盤(pán)兩個(gè)端鈕正極與第II測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過(guò)檢流計(jì)切換開(kāi)關(guān)K2與第III測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接；通過(guò)以上技術(shù)方案，五個(gè)步進(jìn)盤(pán)用于測(cè)量部分的測(cè)量盤(pán)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(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整RP3的阻值得到修正，零電勢(shì)可增大第V測(cè)量盤(pán)與第I測(cè)量盤(pán)之間引線電阻來(lái)修正，正因?yàn)槿绱?，降低了?duì)開(kāi)關(guān)的要求，采用小型測(cè)量步進(jìn)開(kāi)關(guān)后，整臺(tái)儀器外型尺寸減小許多，并且本儀器分辨率為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(guò)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)施例方式
在圖中，由“Ux”正極經(jīng)過(guò)各個(gè)測(cè)量盤(pán)，再經(jīng)過(guò)切換開(kāi)關(guān)K2到“Ux”負(fù)極是測(cè)量回路，由電源正極經(jīng)過(guò)測(cè)量步進(jìn)開(kāi)關(guān)到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤(pán)RP4，然后到電阻R0，可調(diào)電阻RP3、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(guò)切換開(kāi)關(guān)K2，到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤(pán)RP4，再到標(biāo)準(zhǔn)電池負(fù)極是標(biāo)準(zhǔn)回路。當(dāng)五只盤(pán)都擲“0”時(shí)，第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間左邊電阻等于1980Ω，右邊電阻等于19800Ω，第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間總阻為1800Ω，因此第一盤(pán)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)诙P(pán)擲0點(diǎn)時(shí)，第二盤(pán)與第四盤(pán)并聯(lián)部份電阻相等，當(dāng)?shù)谒谋P(pán)擲不同示值時(shí)，電路阻值不變。當(dāng)?shù)诙P(pán)不擲在0時(shí)，第四盤(pán)擲不同示值，電路阻值在沒(méi)有第IV”輔助盤(pán)時(shí)阻值是變化的，第四盤(pán)每增加一個(gè)步進(jìn)，電路阻值會(huì)增大每個(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(pán)中每個(gè)步進(jìn)減小同樣阻值，當(dāng)?shù)诙竭M(jìn)盤(pán)擲0時(shí)，阻值最小，這時(shí)讓第IV”輔助盤(pán)電阻全部串入電路，使電路阻值不變，同理，右邊電路設(shè)置第III”輔助盤(pán)及第V”輔助盤(pán)是為了第三步進(jìn)盤(pán)及第五步進(jìn)盤(pán)開(kāi)關(guān)切換到任何示值保持電路總阻不變，由于第一盤(pán)由阻值相同的測(cè)量盤(pán)及代換盤(pán)組成，所以五個(gè)盤(pán)無(wú)論擲何示值，電路總阻不變；在×1量程時(shí)，阻值為第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間阻值的1/9的電阻r1與兩把電刷并聯(lián)，使流過(guò)第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間的電流減小到×10量程時(shí)的1/10，使量限降低到1/10，電阻r1與兩把電刷并聯(lián)后使電阻值減小，因此電位差計(jì)電路中串入電阻r2來(lái)保持總電阻值不變。在×0.1量程，第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間總阻串聯(lián)電阻r4后，以99倍于電阻r3的阻值與電阻r3并聯(lián)，使流過(guò)測(cè)量盤(pán)電流減小到×10量程的1/100，使量限降低到×10量程的1/100，并聯(lián)使阻值減小，通過(guò)在電位差計(jì)電路中串聯(lián)進(jìn)電阻r5加電阻r2保持總阻值不變；電位差計(jì)工作電流為2mA，第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間左邊電流20/11mA，右邊電流為2/11mA，左邊電流流過(guò)第II″輔助盤(pán)電刷后分成相等的兩個(gè)支路，當(dāng)?shù)诙P(pán)擲0點(diǎn)時(shí)，流過(guò)第II測(cè)量盤(pán)及第IV測(cè)量盤(pán)的兩個(gè)支路是分開(kāi)的，當(dāng)?shù)贗I測(cè)量盤(pán)不擲0時(shí)，流過(guò)第II測(cè)量盤(pán)支路電流全部流過(guò)第IV測(cè)量盤(pán)電阻，第IV測(cè)量盤(pán)10只電阻加上電阻R3起到第II測(cè)量盤(pán)第1只電阻的作用，當(dāng)?shù)贗V測(cè)量盤(pán)擲n4時(shí)，n4～0電阻上的電流雖然就是左邊電流，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(kāi)計(jì)算；同理，第一步進(jìn)盤(pán)兩把電刷間右邊電流在第五盤(pán)擲n5時(shí)，10～n5的電流看成二個(gè)支路電流疊加，計(jì)算時(shí)采取分開(kāi)計(jì)算。取樣用調(diào)定電阻RN阻值是509Ω，在工作電流標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，調(diào)定電阻上的壓降是1.018V，電位差計(jì)檢定在恒溫室中進(jìn)行，在20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)是1.0186V，溫度偏離20℃時(shí)，每度可按-40μV進(jìn)行補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償盤(pán)RP4為20×0.025Ω，滿足0.02級(jí)電位差計(jì)每個(gè)步值補(bǔ)償50μV的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)電池EN上的溫度計(jì)最小分度是0.1℃，根據(jù)溫度值對(duì)溫度補(bǔ)償盤(pán)進(jìn)行調(diào)節(jié)后，開(kāi)關(guān)K2指向右邊，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP1、RP2及PR3后，使檢流計(jì)G指零，這時(shí)電位差計(jì)工作電流已標(biāo)準(zhǔn)化，這時(shí)，第I測(cè)量盤(pán)擲n1，第I測(cè)量盤(pán)擲n1，第II測(cè)量盤(pán)擲n2，第III測(cè)量盤(pán)擲n3第IV測(cè)量盤(pán)擲n4、第V測(cè)量盤(pán)擲n5。
Ux＝10/11×11n2+10/11×0.11n4+20/11×(100+5.5+0.055)+20/11×50n1-2/11×(20-n1)×50-2/22×(10-n5)×0.11-1/11×(10-n3)×11(mv)＝10n2+0.4n4+2000/11+10+0.1+1000n1/11-2000/11+100n1/11-0.1+0.01n5-10+1n3(mv)＝100n1+10n2+1n3+0.1n4+0.01n5(mv)以上是×10量程五個(gè)測(cè)量盤(pán)示值，在×0.1量程時(shí)，五個(gè)測(cè)量盤(pán)示值表達(dá)為n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4+0.0001n5(mv)。
電位差計(jì)工作電壓為6V，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5.6V～6.6V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＝490Ω，可調(diào)電阻RP1＝20×25Ω，RP2為20×1.4Ω，RP3為20×0.08Ω。
四刀雙擲開(kāi)關(guān)K1-4對(duì)×10、×1量程進(jìn)行輸入信號(hào)的衰減，在×0.1量程全部信號(hào)進(jìn)入放大器，在×1量程輸入信號(hào)為全部信號(hào)的(R10+R9)/(R8+R9+R10)，在×10量程時(shí)，輸入信號(hào)為全部信號(hào)的R10/(R8+R9+R10)放大器輸入端正反連接的二極管D1和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R11與R12要相等，這里取1MΩ，電阻R13取200Ω，放大后信號(hào)用電流表G顯示。
權(quán)利要求
一種有五個(gè)測(cè)量盤(pán)采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的電位差計(jì)，它有工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1、RP2、RP3及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)定電阻和溫度補(bǔ)償盤(pán)RP4以及五個(gè)測(cè)量步進(jìn)開(kāi)關(guān)上的電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在電位差計(jì)工作回路中，工作電流在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)為2mA；其特征在于第一步盤(pán)由第I測(cè)量盤(pán)與第I’代換盤(pán)組成，提供0～20的示值，兩只盤(pán)上面電阻均為20×50Ω，第二步進(jìn)盤(pán)由“0”、“1”兩觸點(diǎn)間無(wú)電阻，1～10觸點(diǎn)有9×11Ω電阻的第II測(cè)量盤(pán)，10×11Ω的第II’代換盤(pán)及不接有電阻，0觸點(diǎn)獨(dú)立，其余觸點(diǎn)相連的第II”輔助盤(pán)組成，第三步進(jìn)盤(pán)由“9”、“10”兩觸點(diǎn)間無(wú)電阻，0～9觸點(diǎn)間是9×11Ω電阻的第III測(cè)量盤(pán)，10×11Ω的第III’代換盤(pán)及第10點(diǎn)獨(dú)立其余各點(diǎn)連接的第III”輔助盤(pán)組成，第四步進(jìn)盤(pán)由都是10×0.11Ω電阻的第IV測(cè)量盤(pán)與第IV’代換盤(pán)及阻值是10×0.055Ω的第IV”輔助盤(pán)組成，第五步進(jìn)盤(pán)由阻值是10×0.11Ω的第V測(cè)量盤(pán)、第V’代換盤(pán)及阻值是10×0.055Ω的第V”輔助盤(pán)組成，除第一步進(jìn)盤(pán)外，其余四個(gè)步進(jìn)盤(pán)的代換盤(pán)與測(cè)量盤(pán)的電刷互相連接；第I’代換盤(pán)電刷連在測(cè)量電路正極，第I’代換盤(pán)第20點(diǎn)連接818.895Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤(pán)第10點(diǎn)，第IV”輔助盤(pán)0點(diǎn)連接第II”輔助盤(pán)0點(diǎn)；第IV”輔助盤(pán)電刷連接第II”輔助盤(pán)除0點(diǎn)外的觸點(diǎn)，第II”輔助盤(pán)電刷分成兩路，一路經(jīng)過(guò)108.9Ω電阻R2后與第IV”代換盤(pán)第10點(diǎn)連接，另一路連接第II’代換盤(pán)第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤(pán)第1點(diǎn)經(jīng)過(guò)9.9Ω電阻R3后第IV測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)連接，第II測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)和第IV測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)都與105.555Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接；第I’代換盤(pán)0點(diǎn)連接18744.45Ω電阻R5后與第V”輔助盤(pán)0點(diǎn)連接，第V”輔助盤(pán)第10點(diǎn)連接第III”輔助盤(pán)第10點(diǎn)，第V”輔助盤(pán)電刷連接第III’輔助盤(pán)除第10觸點(diǎn)外其余各觸點(diǎn)，第III”輔助盤(pán)電刷分成兩支路，一路經(jīng)過(guò)108.9Ω電阻R6后連接第V’代換盤(pán)的0點(diǎn)，另一路連接第III’代換盤(pán)0點(diǎn)，第III測(cè)量盤(pán)第9點(diǎn)連接9.9Ω電阻R7后與第V測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)與第V盤(pán)測(cè)量第10點(diǎn)均與第I測(cè)量盤(pán)第20點(diǎn)連接；第I′代換盤(pán)電刷與200Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部份正極，電阻r1的另一端連接四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1的×1量程觸點(diǎn)K1-2的×1量程觸點(diǎn)與K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，K1-3的×1量程觸點(diǎn)通過(guò)1620Ω電阻r2與K1-3的×10量程觸點(diǎn)連接，該觸點(diǎn)連接在電位差計(jì)測(cè)量電路的負(fù)極，四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接第1測(cè)量盤(pán)電刷；20Ω電阻r3與第I′代換盤(pán)電刷連接，電阻r3的另一端連接K1-1的×0.1量程觸點(diǎn)，K1-2的×0.1量程觸點(diǎn)通過(guò)180Ω電阻r4與K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，K1-3的×0.1量程觸點(diǎn)與×1量程觸通過(guò)160.2Ω電阻r5連接，四刀三擲開(kāi)關(guān)K1-1、K1-2、K1-3的三個(gè)常閉觸點(diǎn)短接；測(cè)量盤(pán)兩個(gè)端鈕正極與第II測(cè)量盤(pán)第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過(guò)檢流計(jì)切換開(kāi)關(guān)K2與第III測(cè)量盤(pán)0點(diǎn)連接。
全文摘要
一種用于直流電壓的有五個(gè)測(cè)量盤(pán)采用分流支路三量程轉(zhuǎn)換的電位差計(jì)，它用20×50Ω作第I測(cè)量盤(pán)，用9×11Ω作第II、第III測(cè)量盤(pán)，用10×0.11Ω作第IV、第V測(cè)量盤(pán)，兩個(gè)測(cè)量端鈕間所有測(cè)量盤(pán)上的電阻是用導(dǎo)線連接的，排除了測(cè)量開(kāi)關(guān)在步進(jìn)切換時(shí)的接觸電阻變差、熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在分辨率為0.1μV時(shí)，也有很好的重復(fù)性，量程轉(zhuǎn)換用電阻采用的阻值是一位數(shù)或兩位數(shù)乘10的整數(shù)次冪，以利于電位差計(jì)量程比的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01R17/00GK1793952SQ20051006225
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者駱乃光 申請(qǐng)人:駱乃光