專利名稱：有五位讀數采用換位支路二量程轉換的直流電位差計的制作方法
技術領域：
本發明涉及測量直流電壓的儀器。
背景技術：
當前生產的電位差計，當測量盤有三個以上時，兩個測量端鈕間存在開關接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開關的電刷及觸點不僅采用銀銅復合材料，接觸面積也做得挺大，來減小測量開關步進切換時變差帶來影響，這就使儀器體積變大，即便如此，也不能使電位差計分辨率小到0.1μv，另外還存在開關的熱電勢與接觸可變熱電勢影響。
發明內容
本發明要解決的問題是，當電位差計內用于測量部分有三個步進盤與一個滑線盤時，測量開關步進切換的接觸電阻及變差，開關熱電勢不影響測量結果，使儀器分辨率達0.1μv。在量程轉換時，量程轉換用電阻是一位數乘10的整數次冪的阻值。
本發明的技術方案是這樣的工作電流調節電阻RP1及RP2，用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標準時取樣用調定電阻RN及測量步進開關上的電阻串聯在電位差計工作回路中，調定電阻上的電壓降與電位差計內附標準相等時，其工作電流等于2.75mA；其特征在于第一步進盤由各有20×4Ω的第I測量盤與第I′代換盤組成，第二步進盤由0點與1點之間無電阻，這二個觸點斷開，其余觸點由電阻連接的9×0.88Ω的第II測量盤，有10×0.88Ω的第II′代換盤及不焊有電阻、0點獨立、其余觸點連接的第II″輔助盤組成，第三步進盤由同為10×0.88Ω電阻組成的第III測量盤和第III′代換盤及有10×0.44Ω電阻的第III″輔助盤組成，第四盤為雙滑線盤，兩根滑線電阻阻值都是0～0.484Ω，其中一根為第IV測量盤滑線，另一根為第IV′代換盤滑線，滑線的刻度盤標有0～10十一個示值的10個大格，每大格有10個小格，0示值往前有5個小格顯示，再往前到滑線盤始端也相當于“-1”往后有5小格電阻在滑線盤內部，每大格對應的電阻值是0.044Ω，除第一步進盤外，其余各盤測量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點通過17.116Ω電阻R1連接第III″輔助盤第10點，第III″輔助盤0點連接第II″輔助盤0點連接，該盤電刷與第II″輔助盤除0點外其余點連接，第II″輔助盤電刷一路連接第II′代換盤第10點，另一路通過7.92Ω電阻R2與第III′代換盤第10點連接，第II測量盤第1點連接第III測量盤第10點，第II測量0點與第III測量盤0點共同連接阻值為8.044Ω電阻R3后與第I測量盤0點連接，第I測量盤第20點連接第IV測量盤第10點，第IV′代換盤始端連接1019.516Ω電阻R4后與第I′代換盤0點連接；第I″代換盤電刷與100Ω電阻r1并聯在電位差計測量部分正極，電阻r1與900Ω電阻r2與雙刀雙擲量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，電阻r2另一端及第I測量盤電刷與量程轉換開關K1-1的×1量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的常閉觸點連接電位差計測量部份負極；測量端兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負極通過檢流計切換開關K2與第IV測量盤線始端連接。
通過以上技術方案，三個步進盤及一個滑線盤用于測量部分的測量盤是用導線連接的，接觸電阻及變差，不在測量回路內，影響的只是電位差計工作回路總阻，由于總阻阻值很大，所以變差可以忽略，幾個μV的熱電勢影響的是電源電壓，電源電壓是伏，熱電勢是多少μV，兩者相差10的6次方數量級，因此影響可以忽略，退一步講，即使接觸電阻變差及熱電勢大到不可忽略程度，可通過對標準來調整RP2的阻值得到修正，零電勢可以通過調整滑線盤零位得到修正，或增大第IV測量盤與第I測量盤之間引線電阻來修正，因此本儀器分辨率為0.1μV時，能得到很好的重復性。由于量程轉換用電阻是一位數或兩位數乘10的整數次冪，可用過渡標準電阻對量程轉換用電阻阻值進行修正，提高了電位差計量程比的準確度。
附圖是本發明原理電路。
具體實施例方式
由“Ux”正極經過各個測量盤，再經過切換開關K2到“Ux”負極是測量回路，由電源正極經過測量步進開關到調定電阻RN及RP3，然后到電阻R0，可調電阻RP2及RP1后，回到電源負極是工作回路，從標準電池EN正極經過切換開關K2，到調定電阻RN及RP3，再到標準電池負極是標準回路。當四只盤都擲“0”時，第一步進盤兩把電刷間左邊電阻有110Ω，右邊電阻等于1100Ω，第一步進盤兩把電刷間總阻為100Ω，因此第一盤兩把電刷間總電流的10/11在左邊流動，1/11在右邊流動。當第二盤擲0點時，第二盤與第三盤并聯部份電阻相等，當第三盤擲不同示值時，電路阻值不變。當第二盤不擲在0時，第三盤擲不同示值，電路阻值在沒有第III″輔助盤時阻值是變化的，第三盤每增加一個步進，電路阻值會增加每個步進電阻一半的阻值，為了保持電路總阻不變，在第III″輔助盤中每個步進減小同樣阻值，當第二步進盤擲0時阻值最小，這時讓第III′輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變。由于第一盤及第四盤均由阻值相同的測量盤及代換盤組成，所以四個盤無論擲何示值，電路總阻不變。
在×1量程時，第一步進盤兩把電刷間總電阻被10倍于自身阻值電阻r1和電阻r2并聯，因此流過第一步進盤兩把電刷間總電流為電位差計工作電流的10/11，流過電阻r1和電阻r2的電流為電位差計工作電流的1/11；在×0.1量程時，第一步進盤兩把電刷間電阻串聯電阻r2后，以10倍于電阻r1的阻值與電阻r1并聯，使電阻r1上的電流為電位差計工作電流的10/11，第一步進盤兩把電刷間的電流為電位差計工作電流的1/11，因此測量盤上電流減小到1/10，使量限降低到1/10。
基本量程電位差計工作電流為2.75mA，第一步進盤兩把電刷間左邊電流25/11mA，右邊電流為2.5/11mA，左邊電流流過第II″輔助盤電刷后分成相等的兩個支路，當第二盤擲0點時，流過第II測量盤及第III測量盤的兩個支路是分開的，當第II測量盤不擲0時，流過第II測量盤支路電流全部流過第III測量盤電阻，第III測量盤10只電阻起到第II測量盤第1只電阻的作用，當第III測量盤擲n3時，n3～0電阻上的電流雖然就是左邊電流，但可以看成是兩個支路電流疊加而成，因此計算時可以以分開計算；2.75mA工作電流是這樣確定的，在“Ux”兩端的兩個測量端鈕按極性接上接近滿量程的標準電壓，開關K2擲向左邊，測量盤示值與標準電壓值相同，通過調節工作電流調節電阻RP1及RP2，使檢流計指零，再將開關K2擲向右邊，取樣用調定電阻RN的阻值是370Ω，串聯了0～1Ω可調電阻RP3，調節RP3，使檢流計再次指零，再將開關K2擲向左邊，調節RP2使檢流計指零，又將開關K2擲向右邊調節RP3使檢流計指零，當開關指向左邊及右邊不作調節檢流計均指零時，說明電位差計工作電流已標準化，即調定電阻上的壓降與不飽和標準電池EN的電動勢已經相等，這時將RP3鎖定，該電位差計今后就以此為標準。當工作電流標準化后，在×1量程時第I測量盤擲n1，第II測量盤擲n2，第III測量盤擲n3，第IV測量盤擲n4，開關K2擲向左邊，這時位于測量的兩個端鈕間電壓為Ux＝25/22×0.88n2+25/22×0.088n3+25/11×(8+0.044)+25/11×4n1-2.5/11×(20-n1)×4-2.5/11×(10-n4)×0.044(mv)＝n2+0.1n3+200/11+0.1+100n1/11-200/11+10n1/11-0.1+0.01n4(mv)＝10n1+n2+0.1n3+0.01n4(mv)以上是×1量程時，四個測量盤示值，在×0.1量程時，四個測量盤示值表達為n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4(mv)以上n4按大格阻值計算，因此在×0.1量程每小格分辯率為0.1μv。
電位差計工作電壓為1.5v，為了使電源電壓在1.4v～1.65v范圍內工作取固定電阻R0＝47Ω，可調電阻RP1＝20×4.3Ω，可調電阻RP2為0～5.1Ω雙刀雙擲開關K1-2對×1量程的輸入信號進行衰減，在×0.1量程全部信號進入運放，在×1量程時進輸入信號為R9/(R8+R9)。
放大器輸入端正反連接的二極管D1及D2用于輸入保護，兩塊集成放大器OPA128進行差動輸入差動輸出，反饋電阻R5與R6要相等，這里取1MΩ，電阻R7取200Ω，放大后信號用電流表G顯示。
權利要求
一種有五位讀數采用換位支路二量程轉換的直流電位差計，它有工作電流調節電阻RP1及RP2，用于降低電源電壓的固定電阻R0，對標準時取樣用調定電阻RN及測量步進開關上的電阻串聯在電位差計工作回路中，調定電阻上的電壓降與電位差計內附標準相等時，其工作電流等于2.75mA；其特征在于第一步進盤由各有20×4Ω的第I測量盤與第I′代換盤組成，第二步進盤由0點與1點之間無電阻，這二個觸點斷開，其余觸點由電阻連接的9×0.88Ω的第II測量盤，有10×0.88Ω的第II′代換盤及不焊有電阻、0點獨立、其余觸點連接的第II″輔助盤組成，第三步進盤由同為10×0.88Ω電阻組成的第III測量盤和第III′代換盤及有10×0.44Ω電阻的第III″輔助盤組成，第四盤為雙滑線盤，兩根滑線電阻阻值都是0～0.484Ω，其中一根為第IV測量盤滑線，另一根為第IV′代換盤滑線，滑線的刻度盤標有0～10十一個示值的10個大格，每大格有10個小格，0示值往前有5個小格顯示，再往前到滑線盤始端也相當于“-1”往后有5小格電阻在滑線盤內部，每大格對應的電阻值是0.044Ω，除第一步進盤外，其余各盤測量盤與代換盤的電刷各自兩兩連通；第I′代換盤第20點通過17.116Ω電阻R1連接第III″輔助盤第10點，第III″輔助盤0點連接第II″輔助盤0點連接，該盤電刷與第II″輔助盤除0點外其余點連接，第II″輔助盤電刷一路連接第II′代換盤第10點，另一路通過7.92Ω電阻R2與第III′代換盤第10點連接，第II測量盤第1點連接第III測量盤第10點，第II測量0點與第III測量盤0點共同連接阻值為8.044Ω電阻R3后與第I測量盤0點連接，第I測量盤第20點連接第IV測量盤第10點，第IV′代換盤始端連接1019.516Ω電阻R4后與第I′代換盤0點連接；第I″代換盤電刷與100Ω電阻r1并聯在電位差計測量部分正極，電阻r1與900Ω電阻r2與雙刀雙擲量程轉換開關K1-1的×0.1量程觸點連接，電阻r2另一端及第I測量盤電刷與量程轉換開關K1-1的×1量程觸點連接，量程轉換開關K1-1的常閉觸點連接電位差計測量部份負極；測量端兩個端鈕正極與第II測量盤第10點連接，負極通過檢流計切換開關K2與第IV測量盤線始端連接。
全文摘要
一種用于直流電壓測量的有五位讀數采用換位支路二量程轉換的直流電位差計，有2個量程，它有20×4Ω、9×0.88Ω、10×0.88Ω三個測量盤和0～0.484Ω滑線盤組成，提供五位讀數，所有測量用電阻直接用導線連接，將測量步進開關的接觸電阻及變差排除在測量結果之外，最小分辨為0.1μV時也有很好的重復性，量程轉換用電阻是一位數乘10的整數次冪。
文檔編號G01R17/00GK1808137SQ200510062220
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者駱乃光 申請人:駱乃光
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
