专利名称：四量程直流电位差计的制作方法
技术领域：
本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。
背景技术：
当前对于有三个测量盘的电位差计，在三个测量盘之间的连接上，中间盘普遍采用开关切换，这样就产生接触电阻的变差，给分辨率带来限制。为了克服该问题，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银—铜复合材料；专利号ZL200520101772.0公布了有三个测量盘的电位差计解决开关接触电阻变差的新方法，它的第一、第二步进盘各有测量盘、代换盘与辅助盘组成，测量盘与代换盘上的电阻阻值相同，测量盘每增加一个电阻，代换盘就减小相同电阻，由于第一步进盘不置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第一步进盘置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻不变，为此第一步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置0及不置0两种情况的电路连接，第二步进盘也增加了辅助盘，上面有10只电阻来分别接入或切出若干个电阻使电路总阻不变。两个测量盘连接后与滑线盘连接在两个测量端钮间，使步进盘开关上的电刷排除在测量回路之外，三个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于第一、第二步进盘都有代换盘，增加了第一、第二步进盘开关焊有电阻的层数，从而增大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂。
发明内容
本发明的目的是设计一种有三个测量盘的四量程直流电位差计，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，第一、第二步进盘取消代换盘，且有四个量程变换，使分辨率达0.1μV。
本发明的技术方案这样采取电流从电位差计4.5V工作电源的正极经过由两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻组成的电阻测量网络到509Ω的调定电阻RN及0～1Ω可锁定的可调电阻RP3再经过420Ω可调电阻R0，0～20Ω可调电阻RP2及22×17Ω可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池EN正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2到调定电阻RN及可锁定的可调电阻RP3，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电位差计标准回路；用于连接被测量的“Ux”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘的电阻网络后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2到负极端钮组成电位差计测量回路；第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2……22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接100Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’及辅助盘I”的0触点孤立，其余所有触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.5Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，上面有11个110Ω的电阻，第1个电阻R1一端焊接第2个电阻R2一端，电阻R2另一端焊接第3个电阻R3一端……依次焊接，第10个电阻R10另一端与第11个电阻R11的一端连接的为电路节点A，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接于测量滑线III的0点，测量滑线III的0点为电路节点B，电阻R1与电阻R2的连接点经过200Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过120Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过60Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点经过20Ω电阻与第4触点连接，电阻R5与电阻R6的连接点与第5触点连接，电阻R6与电阻R7的连接点与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过20Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点经过60Ω电阻与第8触点连接，电阻R9与电阻R10的连接点经过120Ω电阻与第9触点连接，电阻R10与电阻R11的连接点经过200Ω电阻与第10触点连接，电阻R1与电阻R11连接的节点B点经过300Ω电阻与0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R14的一端并联于节点C，节点C连接电位差计工作电源的正极，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过1900Ω电阻后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，该连接点为电路节点D，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点A连接，辅助盘I’的0触点经过2200Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过15Ω电阻R13后与量程转换开关K1-1的×10量程触点连接，117Ω量程转换电阻R15的一端连接量程转换开关K1-1的×1量程触点，另一端与量程转换开关K1-1的×0.1量程触点连接后与量程转换电阻R14的另一端连接于量程转换开关K1-1的×0.01量程触点；量程转换开关K1-2的×1量程触点与量程转换开关K1-1的×10量程触点用导线连接，量程转换开关K1-2的×1量程触点与量程转换开关K1-2的×0.1量程触点经过117Ω量程转换电阻R16连接，量程转换开关K1-2的×0.1量程触点与量程转换开关K1-2的×0.01量程触点经过11700Ω量程转换电阻R17连接，量程转换开关K1-3的×10量程触点与量程转换开关K1-3的×1量程触点经过1053Ω辅助电阻R18连接，量程转换开关K1-3的×1量程触点与量程转换开关K1-3的×0.1量程触点经过104.13Ω辅助电阻R19连接，104.013Ω辅助电阻R20的一端连接量程转换开关K1-3的×1量程触点，另一端与量程转换开关K1-3的×0.01量程触点连接，三刀四掷开关K1的三层K1-1层、K1-2层及K1-3层的三个常闭触点用导线连接，量程转换开关K1-3的×10量程触点连接调定电阻RN高电位一端；电位差计用于连接被测量的“UX”两个测量端钮，正极与测量盘I电刷连接，负极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2后与辅助滑线III′连接。
通过以上技术方案，第一步进盘不用代换盘，两层辅助盘上都没有电阻，可以装在开关里层，测量盘I装在开关外层；第二步进盘不用代换盘，开关每个步进转动15°角，每层分布24个触点，减去两档定位，第二步进盘的辅助盘II′及测量盘II各11个触点正好分布在开关的同一层，各占半周，电阻装在开关外层，电阻超差时卸下装上容易，这给调试与维修带来方便；这样使电位差计结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电位差计内部测量回路与工作回路共有部份的线路上没有开关，所以不存在变差影响，当电位差计三个测量盘置“0”时，电位差计工作电流在B点汇合，零电势测量的是B点电位，在测量回路中，不存在工作电流流过引线电阻，所以本电位差计零电势很小；两根滑线电阻粗细材质相同，产生的热电势大小相等、方向相反，所以本电位差计热电势也很小，因此，在×0.01量程、分辨率为0.1μV时，本电位差计测量也能得到很好的重复性。
附图是本发明原理电路。
具体实施例方式
图中，测量盘II在节点A与节点B之间是十一只110Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“5”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只110Ω电阻与6只110Ω电阻并联，并联后阻值最大为300Ω，测量盘II的其它触点到节点B之间的电阻值都连接到300Ω为准，5、6触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点B之间是4只110Ω电阻与7只110Ω电阻并联，并联后阻值为280Ω，所以4、7触点经过20Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“3”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只110Ω电阻与8只110Ω电阻并联，并联后阻值为240Ω，所以3、8触点经过60Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“9”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只110Ω电阻与9只110Ω电阻并联，并联后阻值为180Ω，所以2、9触点经过120Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“10”时，测量盘II的电刷到节点B之间是1只110Ω电阻与10只110Ω电阻并联，并联后阻值为100Ω，所以1、10触点经过200Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“0”，测量盘II的电刷到节点B之间是300Ω电阻连接。
第一步进盘置“0”、第二步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……10)时，节点D与节点B之间的电阻值是两个同是2200Ω的电阻并联，因此是1100Ω。
第一步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步进盘置“0”时，节点D与节点B之间的电阻值是两个同是2200Ω的电阻并联，因此是1100Ω。
当第一、第二步进盘都不置“0”时，除第二步进盘置“10”外，节点D与节点B之间的电阻值的计算需要进行三角形—星形变换。
第二步进盘置“1”时，节点D与节点B之间电阻值的计算设电阻(R2+R3+…+R9+R10)与电阻R11两边阻值等效于电阻r1，电阻R11与电阻R1两边阻值等效于电阻r1’电阻(R2+R3+…+R9+R10)与电阻R1两边阻值等效于电阻r1”，等效于电阻r1、r1’、r1”交点为Q1则r1＝(R2+R3+…+R9+R10)×R11/(R1+R2+…+R10+R11)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ωr1’＝R1×R11/(R1+R2+…+R10+R11)＝110×110/11×110Ω＝10Ωr1”＝(R2+R3+…+R9+R10)×R1/(R1+R2+…+R10+R11)＝9×110×110/11×110Ω＝90Ω节点D与节点B之间电阻值等于(2100Ω+r1)×(1900Ω+200Ω+r1”)/(2×2190)Ω+r1’＝2190Ω/2+10Ω＝1095Ω+10Ω＝1105Ω第二步进盘置“2”时，节点D与节点B之间电阻值的计算设电阻(R3+R4+…+R9+R10)与电阻R11两边阻值等效于电阻r2，电阻R11与电阻(R1+R2)两边阻值等效于电阻r2’电阻(R3+R4+…+R9+R10)与电阻(R1+R2)两边阻值等效于电阻r2”，等效于电阻r2、r2’、r2”交点为Q2则r2＝80Ωr2’＝20Ωr2”＝160Ω节点D与节点B之间电阻值等于(2100Ω+r2)×(1900Ω+120Ω+r2”)/(2×2180)Ω+r2’＝2180Ω/2+20Ω＝1090Ω+20Ω＝1110Ω。
同理，第二步进盘置“3”时，节点D与节点B之间电阻值是1115Ω，第二步进盘置“4”时，节点D与节点B之间电阻值是1120Ω，第二步进盘置“5”时，节点D与节点B之间电阻值是1125Ω，……第二步进盘置“10”时，节点D与节点B之间电阻值是1150Ω。由于测量盘II每步进增加5Ω，因此辅助盘II′每步进减少5Ω，使电路总阻不变；当第一或第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点B之间的电阻值是1100Ω，辅助盘II′的10×5Ω电阻全部进入电路。
在×10量程，电位差计工作电流标准化时的电流是2mA，2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点D、节点B到测量滑线III第10点，测量盘II置“n”(n＝1，2，3…8，9)时，辅助盘I′的电刷经过测量盘I到等效于电阻rn、rn’、rn”的交点Qn(n＝1、2、3…8，9)与经过1900Ω电阻R12到交点Qn电阻值相等，所以流过测量盘I与1900Ω电阻R12的电流各为1mA；测量盘II置“10”时，节点D经过测量盘I到节点A的电阻值与节点D经过1900Ω电阻R12到节点A的电阻值都等于2100Ω，所以流过测量盘I与1900Ω电阻R12的电流也各为1mA。
当测量盘I置“0”时，对于测量盘II在节点A与节点B之间的十一只110Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R1与10只阻值同为110Ω电阻并联，流过电阻R11的电流为1/11mA，节点A与节点B之间的电压UAB＝1/11×110mV＝10mV；测量盘II置“2”时电阻(R1+R2)与9只阻值同为110Ω电阻并联，流过电阻R11的电流为2/11mA，节点A与节点B之间的电压UAB＝2/11×110mV＝20mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…10)电阻节点A与节点B之间的电压UAB＝n×10mV；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R11，UAB＝0mV；当测量盘I不置“0”时，流过测量盘I的电流在节点A、B之间的100mV电压叠加在测量盘II上，代替0、1触点间的电阻，工作电流标准化时，第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为
Ux＝1×100n1+1×n2/11×110+2×0.5n3(mV)＝100n1+10n2+n3(mV)×1量程时，节点C经过节点B到测量滑线III第10点之间的1155Ω电阻串联了电阻R13之和是1170Ω与其并联的电阻R14与电阻R15的阻值和是130Ω，1170Ω是130Ω的9倍，因此，1/10的工作电流即0.2mA电流流过节点D经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进1053Ω辅助电阻R18来保持电路总阻不变。当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝10n1+n2+0.1n3(mV)×0.1量程时，节点C经过节点B到测量滑线III第10点之间的1155Ω电阻串联了电阻R13及电阻R16之和是1287Ω与其并联的电阻R14是13Ω，1287Ω是13Ω的99倍，因此，1/100的工作电流即0.02mA电流流过节点D经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进104.13Ω辅助电阻R19和1053Ω辅助电阻R18来保持电路总阻不变。当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝n1+0.1n2+0.01n3(mV)×0.01量程时，节点C经过节点B到测量滑线III第10点之间的1155Ω电阻串联了电阻R13、电阻R16及电阻R17之和是12987Ω与其并联的电阻R14是13Ω，12987Ω是13Ω的999倍，因此，1/1000的工作电流即0.002mA电流流过节点D经过节点B到测量滑线III第10点，并联后减小的电阻值通过串联进104.013Ω辅助电阻R20和1053Ω辅助电阻R18来保持电路总阻不变。当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝0.1n1+0.01n2+0.001n3(mV)第三盘n3的1μV为1大格值，每小格为0.1μV。
每批生产的标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，标准化的工作电流为2mA，因此调定电阻RN取509Ω，外加0～1Ω可锁定的可调电阻RP3，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。
电位差计采用3组干电池供电，干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.4V以下时，电流不稳，为了使干电池在新、旧情况下都能使电位差计的工作电流调节到标准化，为此电阻R0取420Ω。取可调电阻RP1为22×17Ω，可调电阻RP2为0～20Ω。
标准电流是这样确定的把2V标准信号电压按极性与电位差计“Ux”两个测量端钮连接，电位差计各盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关K2掷向左边，调节可调电阻RP1及可调电阻RP2，使检流计G指零；再将双刀双掷开关K2掷向右边，调节可调电阻RP3，使检流计G指零，这时把可调电阻RP3锁定；电位差计今后使用时依此为标准。
权利要求
1.一种四量程直流电位差计，电流从电位差计4.5V工作电源的正极经过由两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻组成的电阻测量网络到509Ω的调定电阻RN及0～1Ω可锁定的可调电阻RP3再经过420Ω可调电阻R0，0～20Ω可调电阻RP2及22×17Ω可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电位差计工作回路；标准电池EN正极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2到调定电阻RN及可锁定的可调电阻RP3，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电位差计标准回路；连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，再经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2到负极端钮组成电位差计测量回路；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2……22共23个档位，除0、1触点间直接连接外，其余各档触点间连接100Ω电阻一只，另有辅助盘I’及辅助盘I”，辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷用导线连接，辅助盘I’及辅助盘I”的0触点孤立，其余所有触点用导线连接；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.5Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，上面有11个110Ω的电阻，第1个电阻R1一端焊接第2个电阻R2一端，电阻R2另一端焊接第3个电阻R3一端……依次焊接，第10个电阻R10另一端与第11个电阻R11的一端连接的点为电路节点A，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接于测量滑线III的0点，测量滑线III的0点为电路节点B，电阻R1与电阻R2的连接点经过200Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过120Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过60Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点经过20Ω电阻与第4触点连接，电阻R5与电阻R6的连接点与第5触点连接，电阻R6与电阻R7的连接点与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过20Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点经过60Ω电阻与第8触点连接，电阻R9与电阻R10的连接点经过120Ω电阻与第9触点连接，电阻R10与电阻R11的连接点经过200Ω电阻与第10触点连接，电阻R1与电阻R11连接的节点B点经过300Ω电阻与0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与13Ω量程转换电阻R14的一端并联于节点C，节点C连接电位差计工作电源的正极，辅助盘II′的0触点连接辅助盘I”的0触点，辅助盘II′的电刷连接辅助盘I”除0触点外的其它触点，测量盘II的电刷经过1900Ω电阻后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的连接点，该连接点为电路节点D，辅助盘I’除0触点外的其他触点连接测量盘I第22触点，测量盘I第0、1触点与节点A连接，辅助盘I’的0触点经过2200Ω电阻后与节点B连接，测量滑线III第10点经过15Ω电阻R13后与量程转换开关K1-1的×10量程触点连接，117Ω量程转换电阻R15的一端连接量程转换开关K1-1的×1量程触点，另一端与量程转换开关K1-1的×0.1量程触点连接后与量程转换电阻R14的另一端连接于量程转换开关K1-1的×0.01量程触点；量程转换开关K1-2的×1量程触点与量程转换开关K1-1的×10量程触点用导线连接，量程转换开关K1-2的×1量程触点与量程转换开关K1-2的×0.1量程触点经过117Ω量程转换电阻R16连接，量程转换开关K1-2的×0.1量程触点与量程转换开关K1-2的×0.01量程触点经过11700Ω量程转换电阻R17连接，量程转换开关K1-3的×10量程触点与量程转换开关K1-3的×1量程触点经过1053Ω辅助电阻R18连接，量程转换开关K1-3的×1量程触点与量程转换开关K1-3的×0.1量程触点经过104.13Ω辅助电阻R19连接，104.013Ω辅助电阻R20的一端连接量程转换开关K1-3的×1量程触点，另一端与量程转换开关K1-3的×0.01量程触点连接，三刀四掷开关K1的三层K1-1层、K1-2层及K1-3层的三个常闭触点用导线连接，量程转换开关K1-3的×10量程触点连接调定电阻RN高电位一端；电位差计用于连接被测量的“UX”两个测量端钮，正极与测量盘I电刷连接，负极经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K2后与辅助滑线III′连接。
全文摘要
一种用于直流电压测量有三个测量盘的四量程直流电位差计，它的第一步进盘由21×100Ω测量盘与无电阻的辅助盘组成，第二步进盘由11×110Ω环形电阻网构成测量盘，由10只5Ω电阻构成辅助盘，第三盘为双滑线盘，两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电位差计测量时不存在变差及热电势影响，分辨率达0.1μV，且省去了第一及第二步进盘的代换盘。
文档编号G01R19/00GK101029908SQ200710067699
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者张春雷 申请人:张春雷