專利名稱：實(shí)驗(yàn)室型三量程電位差計(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)量盤有三個(gè)以上時(shí)，兩個(gè)測(cè)量端鈕間存在開關(guān)接觸電阻及變差，因此，即使工作電流小到0.1mA，開關(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，來減小測(cè)量開關(guān)步進(jìn)切換時(shí)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(jì)分辨率小到0.1μv，另外還存在開關(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)明要解決的問題是，當(dāng)電位差計(jì)內(nèi)用于測(cè)量部分的步進(jìn)開關(guān)有五個(gè)時(shí)，測(cè)量開關(guān)步進(jìn)切換的接觸電阻及變差，開關(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RP4以及五個(gè)測(cè)量步進(jìn)開關(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1.375mA；其特征在于第一步盤由第I測(cè)量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×80Ω，第二步進(jìn)盤由“0”、“1”兩觸點(diǎn)間無電阻，1～10觸點(diǎn)有9×17.6Ω電阻的第II測(cè)量盤，10×17.6Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點(diǎn)獨(dú)立，其余觸點(diǎn)相連的第II”輔助盤組成，第三步進(jìn)盤由“9”、“10”兩觸點(diǎn)間無電阻，0～9觸點(diǎn)間是9×17.6Ω電阻的第III測(cè)量盤，10×17.6Ω的第III’代換盤及第10點(diǎn)獨(dú)立其余各點(diǎn)連接的第III”輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由都是10×0.176Ω電阻的第IV測(cè)量盤與第IV’代換盤及阻值是10×0.088Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進(jìn)盤由阻值是10×0.176Ω的第V測(cè)量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.088Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余四個(gè)步進(jìn)盤的代換盤與測(cè)量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測(cè)量電路正極，第I’代換盤第20點(diǎn)連接342.232Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點(diǎn)，第IV”輔助盤0點(diǎn)連接第II”輔助盤0點(diǎn)；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點(diǎn)外的觸點(diǎn)，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經(jīng)過174.24Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點(diǎn)連接，另一路連接第II’代換盤第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤第1點(diǎn)經(jīng)過15.84Ω電阻R3后第IV測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，第II測(cè)量盤0點(diǎn)和第IV測(cè)量盤0點(diǎn)都與168.888Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測(cè)量盤0點(diǎn)連接；第I’代換盤0點(diǎn)連接20311.12Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點(diǎn)連接，第V”輔助盤第10點(diǎn)連接第III”輔助盤第10點(diǎn)，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點(diǎn)外其余各觸點(diǎn)，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經(jīng)過174.24Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點(diǎn)，另一路連接第III’代換盤0點(diǎn)，第III測(cè)量盤第9點(diǎn)連接15.84Ω電阻R7后與第V測(cè)量盤0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤第10點(diǎn)與第V盤測(cè)量第10點(diǎn)均與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第I′代換盤電刷與200Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部分正極，電阻r1，按順序串聯(lián)1800Ω電阻r2，18000Ω電阻r3，電阻r1與電阻r2的連接處，焊接1620Ω電阻r4與量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×0.1量程觸點(diǎn)連接，電阻r2與電阻r2的連接點(diǎn)與×1量程觸點(diǎn)連接，電阻r3與第1測(cè)量盤電刷與量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的常閉觸點(diǎn)連接在電位差計(jì)測(cè)量部份負(fù)極；測(cè)量盤兩個(gè)端鈕正極與第II測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過檢流計(jì)切換開關(guān)K2與第III測(cè)量盤0點(diǎn)連接；通過以上技術(shù)方案，五個(gè)步進(jìn)盤用于測(cè)量部分的測(cè)量盤是用導(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，可通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整RP3的阻值得到修正，零電勢(shì)可增大第V測(cè)量盤與第I測(cè)量盤之間引線電阻來修正，正因?yàn)槿绱?，降低了?duì)開關(guān)的要求，采用小型測(cè)量步進(jìn)開關(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)過各個(gè)測(cè)量盤，再經(jīng)過切換開關(guān)K2到“Ux”負(fù)極是測(cè)量回路，由電源正極經(jīng)過測(cè)量步進(jìn)開關(guān)到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤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)過切換開關(guān)K2，到調(diào)定電阻RN及溫度補(bǔ)償盤RP4，再到標(biāo)準(zhǔn)電池負(fù)極是標(biāo)準(zhǔn)回路。當(dāng)五只盤都擲“0”時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電阻等于2200Ω，右邊電阻等于22000Ω，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻為2000Ω，因此第一盤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擲0點(diǎn)時(shí)，第二盤與第四盤并聯(lián)部份電阻相等，當(dāng)?shù)谒谋P擲不同示值時(shí)，電路阻值不變。當(dāng)?shù)诙P不擲在0時(shí)，第四盤擲不同示值，電路阻值在沒有第IV”輔助盤時(shí)阻值是變化的，第四盤每增加一個(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”輔助盤中每個(gè)步進(jìn)減小同樣阻值，當(dāng)?shù)诙竭M(jìn)盤擲0時(shí)，阻值最小，這時(shí)讓第IV”輔助盤電阻全部串入電路，使電路阻值不變，同理，右邊電路設(shè)置第III”輔助盤及第V”輔助盤是為了第三步進(jìn)盤及第五步進(jìn)盤開關(guān)切換到任何示值保持電路總阻不變，由于第一盤由阻值相同的測(cè)量盤及代換盤組成，所以五個(gè)盤無論擲何示值，電路總阻不變；在×10量程，第一步進(jìn)盤兩把電刷間電阻被10倍于自身阻值的電阻r1、電阻r2、電阻r3串聯(lián)后并聯(lián)，因此流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間總電流為電位差計(jì)電流的10/11，流過電阻r1、r2、r3的電流為電位差計(jì)工作電流的1/11；在×1量程時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間的電阻串聯(lián)電阻r3后10倍于互相串聯(lián)的電阻r1和電阻r2相并聯(lián)，使流過測(cè)量盤電流減小到×10量程的1/10；在×0.1量程時(shí)，第一步進(jìn)盤兩把電刷間總阻串聯(lián)了電阻r2與r3后與電阻r1并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻是r1的109倍，因此流過第一步進(jìn)盤兩把電刷間總電流是電位差計(jì)工作電流的1/110，該電流是×10量程時(shí)的電流的1/100。
電位差計(jì)工作電流為1.375mA，第一步進(jìn)盤兩把電刷間左邊電流12.5/11mA，右邊電流為1.25/11mA，左邊電流流過第II″輔助盤電刷后分成相等的兩個(gè)支路，當(dāng)?shù)诙P擲0點(diǎn)時(shí)，流過第II測(cè)量盤及第IV測(cè)量盤的兩個(gè)支路是分開的，當(dāng)?shù)贗I測(cè)量盤不擲0時(shí)，流過第II測(cè)量盤支路電流全部流過第IV測(cè)量盤電阻，第IV測(cè)量盤10只電阻加上電阻R3起到第II測(cè)量盤第1只電阻的作用，當(dāng)?shù)贗V測(cè)量盤擲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)可以以分開計(jì)算；同理，第一步進(jìn)盤兩把電刷間右邊電流在第五盤擲n5時(shí)，10～n5的電流看成二個(gè)支路電流疊加，計(jì)算時(shí)采取分開計(jì)算。取樣用調(diào)定電阻RN阻值是814.4Ω，在工作電流標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，調(diào)不定期電阻上的壓降是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RP4為20×0.04Ω，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)。
在調(diào)定電阻RN串聯(lián)溫度補(bǔ)償盤后的兩端并聯(lián)了10倍阻值8152Ω電阻R，是為了分流掉總工作電流的1/11的電流，可避免溫度補(bǔ)償盤每個(gè)步進(jìn)電阻值為無限循環(huán)小數(shù)，這對(duì)電阻值測(cè)量帶來方便。
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)償盤進(jìn)行調(diào)節(jié)后，開關(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)量盤擲n1，第I測(cè)量盤擲n1，第II測(cè)量盤擲n2，第III測(cè)量盤擲n3第IV測(cè)量盤擲n4、第V測(cè)量盤擲n5。
Ux＝12.5/22×17.6n2+12.5/22×0.176n4+12.5/11×(160+8.8+0.088)+12.5/11×80n1-1.25/11×(20-n1)×80-1.25/22×(10-n5)×0.176-1.25/22×(10-n3)×17.6(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)量盤示值，在×0.1量程時(shí)，五個(gè)測(cè)量盤示值表達(dá)為n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4+0.0001n5(mv)。
電位差計(jì)工作電壓為4.5V，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4.2V～4.95V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＝495Ω，可調(diào)電阻RP1＝20×27Ω，RP2為20×1.4Ω，RP3為20×0.075Ω。
雙刀雙擲開關(guān)K1-2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
1.一種實(shí)驗(yàn)室型三量程電位差計(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RP4以及五個(gè)測(cè)量步進(jìn)開關(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1.375mA；其特征在于第一步盤由第I測(cè)量盤與第I’代換盤組成，提供0～20的示值，兩只盤上面電阻均為20×80Ω，第二步進(jìn)盤由“0”、“1”兩觸點(diǎn)間無電阻，1～10觸點(diǎn)有9×17.6Ω電阻的第II測(cè)量盤，10×17.6Ω的第II’代換盤及不接有電阻，0觸點(diǎn)獨(dú)立，其余觸點(diǎn)相連的第II”輔助盤組成，第三步進(jìn)盤由“9”、“10”兩觸點(diǎn)間無電阻，0～9觸點(diǎn)間是9×17.6Ω電阻的第III測(cè)量盤，10×17.6Ω的第III’代換盤及第10點(diǎn)獨(dú)立其余各點(diǎn)連接的第III”輔助盤組成，第四步進(jìn)盤由都是10×0.176Ω電阻的第IV測(cè)量盤與第IV’代換盤及阻值是10×0.088Ω的第IV”輔助盤組成，第五步進(jìn)盤由阻值是10×0.176Ω的第V測(cè)量盤、第V’代換盤及阻值是10×0.088Ω的第V”輔助盤組成，除第一步進(jìn)盤外，其余四個(gè)步進(jìn)盤的代換盤與測(cè)量盤的電刷互相連接；第I’代換盤電刷連在測(cè)量電路正極，第I’代換盤第20點(diǎn)連接342.232Ω電阻R1后連接第IV”輔助盤第10點(diǎn)，第IV”輔助盤0點(diǎn)連接第II”輔助盤0點(diǎn)；第IV”輔助盤電刷連接第II”輔助盤除0點(diǎn)外的觸點(diǎn)，第II”輔助盤電刷分成兩路，一路經(jīng)過174.24Ω電阻R2后與第IV”代換盤第10點(diǎn)連接，另一路連接第II’代換盤第10點(diǎn)，第II測(cè)量盤第1點(diǎn)經(jīng)過15.84Ω電阻R3后第IV測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，第II測(cè)量盤0點(diǎn)和第IV測(cè)量盤0點(diǎn)都與168.888Ω電阻R4連接在一端，電阻R4另一端與第I測(cè)量盤0點(diǎn)連接；第I’代換盤0點(diǎn)連接20311.12Ω電阻R5后與第V”輔助盤0點(diǎn)連接，第V”輔助盤第10點(diǎn)連接第III”輔助盤第10點(diǎn)，第V”輔助盤電刷連接第III’輔助盤除第10觸點(diǎn)外其余各觸點(diǎn)，第III”輔助盤電刷分成兩支路，一路經(jīng)過174.24Ω電阻R6后連接第V’代換盤的0點(diǎn)，另一路連接第III’代換盤0點(diǎn)，第III測(cè)量盤第9點(diǎn)連接15.84Ω電阻R7后與第V測(cè)量盤0點(diǎn)連接，第III測(cè)量盤第10點(diǎn)與第V盤測(cè)量第10點(diǎn)均與第I測(cè)量盤第20點(diǎn)連接；第I′代換盤電刷與200Ω電阻r1并聯(lián)在電位差計(jì)測(cè)量部分正極，電阻r1，按順序串聯(lián)1800Ω電阻r2、18000Ω電阻r3，電阻r1與電阻r2的連接處，焊接1620Ω電阻r4與量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×0.1量程觸點(diǎn)連接，電阻r2與電阻r3的連接點(diǎn)與×1量程觸點(diǎn)連接，電阻r3與第1測(cè)量盤電刷與量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的×10量程觸點(diǎn)連接，量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K1-1的常閉觸點(diǎn)連接在電位差計(jì)測(cè)量部份負(fù)極；測(cè)量盤兩個(gè)端鈕正極與第II測(cè)量盤第10點(diǎn)連接，負(fù)極通過檢流計(jì)切換開關(guān)K2與第III測(cè)量盤0點(diǎn)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室型三量程電位差計(jì)，其特征在于814.4Ω調(diào)定電阻RN串聯(lián)了20×0.04Ω溫度補(bǔ)償盤后的兩端，并聯(lián)其10倍阻值8152Ω附加電阻R進(jìn)行分流，避免了0.02級(jí)電位差計(jì)溫度補(bǔ)償最小步值50μV的步進(jìn)電阻的阻值為無限循環(huán)小數(shù)。
全文摘要
一種用于直流電壓的實(shí)驗(yàn)室型三量程電位差計(jì)，它用20×80Ω作第I測(cè)量盤，用9×17.6Ω作第II、第III測(cè)量盤，用10×0.176Ω作第IV、第V測(cè)量盤，兩個(gè)測(cè)量端鈕間所有測(cè)量盤上的電阻是用導(dǎo)線連接的，排除了測(cè)量開關(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)G01R17/00GK1808145SQ200510062228
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者駱乃光 申請(qǐng)人:駱乃光