专利名称：标准电池自动化智能(比较)检定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电学计量中的标准电池自动化智能(比较)检定仪。
目前对标准电池的检定，是采用传统的直流电位差计或TJ1标准电池比较仪来进行，仍靠手动、目视、笔记、人工计算的方法。根据“计量工作”83年第六期的介绍和88年国际联机检索，分析文摘重装(文档305)；科学文摘索引(文档34432－434)；苏联报刊最新摘要(文档645)；专家网(文档183)(文档590)(文档316)及最新目录索引(文档440)，重装(文档575)、(文档519)。均表明国际上有少数国家，我国有青海省计量所等，采用了高精度数字电压表、微型计算机、打印机、电流源及低热电势开关(或称执行器)等多种仪器组装一套自动检定装置，尚无小型一体化标准电池自动化(比较)检定仪。上述检定装置虽已达到自动检定的目的，但整个装置体积膨大，成本高，不能独立形成产品，不适宜大面积推广应用。
本实用新型的目的，是将多项技术熔为一体，把多台仪器的功能集于一台仪器内，形成一种小型一体化、成本低、便于工业化生产的标准电池自动化智能(比较)检定仪。
本实用新型的技术解决方案，是采用了光电耦合接口电路
图1［4］和光电耦合功放电路图1〔7〕，并采用多路(隔离)电源图1〔9〕，将整机分隔成互相独立的三大工作系统，即模拟数字工作系统(包括微电压发生器图1〔1〕、放大电路图1〔2〕、A／D变换电路图1［3］)和微型计算机图1〔6〕工作系统及程控转换开关图1〔10〕工作系统，因而克服了各系统之间的互相干扰，提高了整机的抗干扰能力，实现了机、电、仪小型一体化。
对其中的放大电路图1〔2〕，采用了数据放大器，附加了输入偏置电流补偿电路、电源跟随电路、抗干扰电路、输入滤波及输出有源低通滤波电路，使放大电路达到闭环增益1000倍，输入噪声电压≤0.3μV、输入偏置电流≤3×10－10A的技术要求。
其中程控转换开关图1［10］采用了步进电机和100×100mm48点低热电势转换开关同轴安装而成，并利用各开关接点之间填充绝缘物的方法(或采用空出一接点不用的方法)使开关在切换时具有先断后通的功能，且转换开关被放置在中性变压器油浴中，具有极低的热电势。由微型计算机图1〔5〕输出环形脉冲信号，经光电耦合功放电路图1〔7〕，可驱动步进电机转动，从而控制转换开关按检定需要进行切换。
并联电阻开闭电路图1〔8〕是为测量标准电池内阻而设置的，并联电阻的开闭，由计算机图1〔5〕进行控制。
本实用新型的优点在于1、实现了机、电、仪小型一体化、成本低，便于工业化生产，适宜大面积推广应用；2、操作简便，可对标准电池的电动势和内阻进行全自动检定且具有一定的人机对话和自诊断功能；3、检定速度快，每检一只标准电池只需10S，提高工效20倍；且能克服人为差错，提高检定结果的可靠性，使广大专业计量人员从传统的手动，目视、笔记和人工计算的繁重的重复劳动中解脱出来。
下例附图描述本实用新型的一个实施例图1为本实用新型原理方框图；图2为放大电路原理图；图3为光电耦合接口电路图；图4为光电耦合功放电路原理图；图5为程控转换开关接点加工图；图6为程控转换开关结构图；在图1中描述了标准电池自动化智能(比较)检定仪，主机是由微电压发生器〔1〕、放大电路〔2〕、A／D变换电路〔3〕、光电耦合功放电路〔7〕、并联电阻开电闭路〔8〕和多路电源〔9〕组成，程控转换开关〔10〕由步进电机和低热电势转换开关组成，程控转换开关〔10〕一面与放置在恒温槽内的过渡标准电池和作标准及被检的标准电池按差值替代法进行连接，另一面与主机连接，经光电耦合功效电路〔7〕与微型计算机〔5〕相连接，由微型计算机〔5〕输出环形脉冲来驱动、控制步进电机按检定的需要正转或反转，实现开关的自动切换。当程控转换开关〔10〕处于零位时，主机内放大电路〔2〕的输入端被短路。当程控转换开关〔10〕某点接通时，某一标准电池和过渡电池的差值与串联的微电压信号迭加进入放大电路〔2〕，经放大后进入A／D变换电路〔3〕，把模拟量变换成数字量，再经光电耦合接口电路〔4〕与微型计算机〔5〕连接。微型计算机〔5〕可根据需要随时进行数据采集，微型计算机〔5〕与微型打印机〔6〕相连接。因此，整机可由微型计算机〔5〕根据检定的需要，控制开关的切换，对所有标准电池进行测量，判断，数据采集和数据处理，误差计算，并控制打印机打印出检定结果。此外，为了测量标准电池的内阻，微型计算机〔5〕还与并联电阻的开闭电路〔8〕相连接，由微型计算机〔5〕根据测量的需要控制并联电阻的接通和断开。
图2描述了放大电路的工作结构原理，放大器IC1采用ZF606数据放大器，该放大器具有噪声电压≤0.3μV，输入阻抗高达109Ω且能闭环放大100倍(电路必须)等优良性能，但至命的弱点是输入偏置电流太大典型值为5×10－8A，由于标准电池的内阻高(一般为几百欧至几千欧)，如此大的输入偏置电流，将使测量结果完全失真，而不能采用，此外该放大器当闭环增益为1000倍时易自缴饱和无法正常工作，采用其它数据放大器或运算放大器，不是闭环增益不够，就是噪声电压指标达不到要求，为此采取了如下几项技术措施①增加外接偏置电流补偿电路，根据IC1输入偏置电流的极性，选择开关K接通＋15V或－15V电源，经电阻R11接稳压管Z1(2DW7C)至地，由电阻R9、R10和可调电阻RW1串联后并联在稳压管Z1的两端，可调电阻的中间抽串联R14后头，接IC1的输入端，组成输入偏置电流补偿电路，调节RW1可使放大器的输入偏置电流达3×10－10A，比原来提高了二个数量级，使该项指标满足了测量的要求。②对放大器的正、负供电电源采取了对称跟随隔离措施，它由BG1(9013)二级管TD3和电阻R12组成正电源跟随器，由BG2、TD4和电阻R13组成负电源跟随器，同时在放大器的输入端增设了一支滤波电容C10解决了放大器的自缴饱和问题。③为了提高放大器的共模干扰抑制比，在放大器的输入端引入了IC2(F007运算放大器)可将输入电缆的输入电容自举到与共模输入干扰信号同电位，等效于消除了屏蔽电缆的输入电容，因而明显提高对交流共模输入干扰的抑制能力。④由IC3组成输出低通滤波器，增加放大器输出的稳定性。
图3描述了光电耦合接口电路的工作结构原理，PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA7为微型计算机数据采集信号线，ASTB为中断信号线，而B1、B2、B4、B8为A／D变换器输出的BCD码数据线，POL为极性信号线，D5为最高位位信号线，ST为对应每一位BCD码输出所产生的一串负脉冲信号，可作为微型计算机的中断请求信号，进行数据采集。这些信号在一般情况下可进行直接连接。但在高精度测量的情况；由于所有信号的共地连接，将导致由于微型计算机的干扰信号将使前面的模拟信号测量完全失真。因此采用了七个光电耦合器作接口连接，对一般信号采用IS202光电耦合器，对于ST信号线，由于它是一串负的尖脉冲，采用了高速光电耦合器6N137，但由于6N137的输入信号还不能作为计算机的中断请求信号，故必须经二级反相后，再作为计算机的中断请求信号，进行数据的采集。
图4描述了光电耦合功放电路的工作结构原理，用了3个4N25光电耦合器把计算机系统与程控开关工作系统隔离开来，避免了步进电机脉动电流对计算机工作系统的干扰，根据电路图不难理解，由计算机给出环形脉冲讯号即可驱动，控制步进电机转动达到自动切换开关的目的。图中1、3、5接步进电机公共端，2、4、6分别接步进电机对应的相线。
图5描述了程控转换开关接点加式，K1、K2……K48为开关接点，本开关为100×100mm，48点转换开关。由于在标准电池检定过程中，开关电刷的切换必须遵循先断开后接通的原则，而原开关在电刷切换过程中，因二接点之间有空隙，会出现二接点瞬间同时接通的缺点。为克服上述缺点，并充分利用开关的每一接点，因此对开关的首次加工就在开关各接点之间的空隙内充填绝缘物，(可用AB胶和φ1.0航空导线等来填空)并使绝缘物的高度与接点面保持同一水平高度即可。也可采用间隔一接点不用的方法来实现开关先断后通。
图6描述了程控转换开关的结构，步进电机〔1〕由三个螺丝〔8〕固定在钢板〔2〕上，开关连接器〔4〕一端套入步进电机〔1〕的轴上，并用螺丝〔7〕紧固，另一端的两插销可插入转换开关转盘的插孔中，且要求插销与插孔不应用活动间隙，用4根两端带螺丝的铜柱〔6〕连接钢板〔2〕和转换开关〔5〕，并用平垫圈〔9〕、弹簧垫圈〔10〕和螺母〔11〕，把铜柱两端分别拧紧，使步进电机〔1〕和转换开关〔5〕连成一体。为保证步进电机与转换开关同轴安装，除在机械加工时保证一定的加工精度外，在四根铜柱上还设置了螺母〔3〕可调节铜柱的高度，使步进电机〔1〕与转换开关〔5〕有较好的同心度，确保开关在不同角度时的转矩基本相同。
权利要求1.一种标准电池自动化智能(比较)检定仪，其特征是具由放大电路，光电耦合接口电路和光电耦合功放电路及程控转换开关组成。
2.根据权利要求1所述的标准电池自动化智能(比较)检定仪，其特征是放大电路采用了数据放大器并附加了输入偏置电流补偿电路、电源跟随电路、抗干扰电路、输入滤波及输出有源滤波电路，使放大电路输入偏置电流≤3×10－10A，输入噪声电压≤0.3μV，其闭环增益为1000倍。
3.根据权利要求1所述的标准电池自动化智能(比较)检定仪，其特征是光电耦合接口电路采用了高速光电耦合器，实现了一串负尖脉冲信号的耦合，使A／D变换电路1［3］和计算机［5］完全隔离。
4.根据权利要求1所述的标准电池智能(比较)检定仪，其特征是程控转换开关由步进电机和100×100mm48点低热电势转换开关同轴连接安装组成，并利用开关各接点之间填充绝缘物的方法，使开关在切换时先断后通，开关被放置在中性变压器油浴中，且可由计算机［5］给出环形脉冲信号，控制转换开关按检定需要进行切换。
专利摘要本实用新型公开了一种机电仪小型一体化的标准电池自动化智能(比较)检定仪。(它由主机和程控转换开关所组成)整机采用光电耦合接口电路、光电耦合功放电路将模拟、数字工作系统、计算机和打印机工作系统和程控转换工作系统、分隔成互相隔离独立的三大工作系统。并把模拟数字工作系统、计算机和打印机以及所有的电源集成在主机内，把步进电机和转换开关组成的程控转换开关作为另一部件，实现了对标准电池的自动化智能(比较)检定。
文档编号G01R35/00GK2121034SQ92206618
公开日1992年11月4日 申请日期1992年4月4日 优先权日1992年4月4日
发明者兰德良, 黄小平 申请人:江西东华计量测试研究所