專利名稱：采用換位支路的三量程變換的電位差計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及對直流電壓進行測量的儀器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前便攜式電位差計中，由于用于測量兩個端鈕在電位差計內(nèi)部存在開關(guān)接觸電阻及變差，還有熱電勢影響，所以不能使產(chǎn)品做到分辨率是0.1μV。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種采用換位支路的三量程變換的電位差計，最小分辨率達到0.1μV，它能排除開關(guān)間接觸電阻及變差影響，并將熱電勢影響也排除在外。
本實用新型的技術(shù)方案是這樣的測量部份用兩只步進盤及一只雙滑線盤，第一步進盤由20×20/11Ω第I測量盤與20×20/11Ω的第I’代換盤組成，第二步進盤由10×0.2Ω的第II測量盤與10×0.2Ω的第II’代換盤組成，該步進盤兩把電刷相互連接，第三盤即雙滑線盤，兩根電阻絲阻值相同，同為0～2.2Ω，其示值刻度盤有11個大格，每格對應(yīng)阻值為0.2Ω，并有110個小格。二根滑線中一根作第III’盤代換滑線，另一根作第III測量盤滑線，該盤二根滑線電阻上的電刷是從同一片金屬上沖下來的。
第I’代換盤第20點連接1.8Ω電阻后與第II’代換盤第10點連接，第II測量盤O點連接0.2Ω加40/11Ω的一只電阻后與第I測量盤O點連接，該盤第20點連接第III測量盤未端，第III’代換滑線始端連接一只阻值為40/11Ω加397.8Ω電阻后與第I’代換盤O點連接。
第I’代換盤電刷與10Ω電阻并聯(lián)在測量電路正極，10Ω電阻串聯(lián)81Ω電阻與雙刀雙擲開關(guān)的K1-1×0.1量程觸點連接，10Ω電阻與81Ω電阻連接處，再焊上90Ω電阻與×1量程觸點連接，該觸點與×10量程觸點用900Ω電阻連接，×10量程觸點與第I測量盤電刷之間用60Ω電阻連接，雙刀雙擲開關(guān)中的K1-1的常閉觸點接在測量電路負極。
工作電源為6節(jié)1號電池并聯(lián)獲得約1.5V電壓，通過可調(diào)電阻RP1及RP2調(diào)節(jié)獲得6.05mA的工作電流，工作電流取樣用的調(diào)定電阻阻值為140Ω，標(biāo)準(zhǔn)化時上面電壓降為0.847V，該電壓基準(zhǔn)是用9V疊層電池通過51KΩ限流電阻后從LM385輸出1.2V電壓，通過5.6KΩ電阻串聯(lián)0～1KΩ可調(diào)電阻及15KΩ電阻組成的分壓電路上獲得。
用于連接被測量的UX兩端鈕，正極與第II測量盤第10點連接，負極通過檢流計的切換開關(guān)與第III測量滑線始端連接。由于三個測量盤都是用導(dǎo)線連接所以不存在接觸電阻及變差問題，開關(guān)的熱電勢也不在三個測量盤之內(nèi)，由于第III測量滑線上有負電勢，引線產(chǎn)生的零電勢，在滑線盤零刻度定位時即可解決掉，如不夠可增大第III測量盤與第I測量間引線電阻。因此本電路在分辨率為0.1μV時，電位差計內(nèi)部的各種干擾因素都得到解決。


附圖是本實用新型原理電路具體實施方式
在圖中，第I.代換盤電刷與I測量盤電刷間左邊部份阻值是44Ω，右邊部份阻值是440Ω，所以第一盤兩把電刷間總阻是40Ω，它串聯(lián)60Ω，電阻成為100Ω電阻整體進入三量程變換。在×10量程時，與測量盤并聯(lián)電阻是1000Ω，這時流過測量盤總電流是5.5mA，并聯(lián)的1000Ω電阻上電流是0.55mA，在×1量程時，與測量盤并聯(lián)電阻是100Ω，與測量盤串聯(lián)在一起的電阻是1000Ω，所以流過測量盤總電流是0.55mA，同理，在×0.1量程時，流過測量盤總電流是0.055mA，在該量程使阻值減小，因此串聯(lián)81Ω電阻使電路阻值不變。
在第一盤兩把電刷間右邊電阻是左邊電阻10倍阻值，因此左邊電流是右邊電流的10倍，測量端鈕UX在電位差計內(nèi)部電壓，在×10量程時設(shè)第I測量盤擲n1，第II測量盤擲n2，第III測量盤擲n3，這時UX間電壓為5(0.2n2+0.2+40/11+20n1/11)-0.5[(20-n1)×20/11+(10-n3)×0.2](mv)＝n2+1+200/11+100n1/11-200/11+10n1/11-1+0.1n3(mv)＝10n1+n2+0.1n3(mv)以上數(shù)字表達其余量程是一樣的，只不過單位變成0.1mv及0.01mv，第III盤×10量程n3表示一個大格，其對應(yīng)阻值為0.2Ω，該量程每小格相應(yīng)為10μv，因此在×0.1量程時每小格值為0.1μv。
三只測量盤加量程轉(zhuǎn)換用電阻組成測量電路總阻約90.91Ω，其上面的電壓降為90.91Ω×6.05mA＝550mv，如采用不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池作電壓基準(zhǔn)，調(diào)定電阻上壓降為1.0188V以上；兩者合起來超過1.5V，便攜式電位差計可裝6節(jié)1號干電池，只能兩組3節(jié)并聯(lián)后來串聯(lián)成3V供電，而3節(jié)1號干電池供6.05mA電流是不穩(wěn)定的，一般是1節(jié)供1mA，也就是6節(jié)并聯(lián)成1.5V供6.05mA電流是理想的。因此本電路采用電子基準(zhǔn)，調(diào)定電阻用140Ω，測量電路總阻與調(diào)定電阻總壓降為1.397V，新電池電動勢約1.65V，為此取RP1調(diào)節(jié)電阻為20×2Ω，RP2調(diào)節(jié)范圍0～2.2Ω的十圈可調(diào)電位器，兩只可調(diào)電阻對電池電動勢調(diào)節(jié)范圍為1.397V～1.652V。
9V疊層電池通過51KΩ電阻R7后，最大電流不超過170μA，所9V電池可以長期使用，基準(zhǔn)穩(wěn)壓管LM385輸出1.2V電壓經(jīng)過電阻分壓，可調(diào)電阻RP3活動端輸出電壓范圍為下限15KΩ/21.6KΩ×1.2V＝0.833V上限16KΩ/21.6KΩ×1.2V＝0.888V，可調(diào)電阻RP3的阻值位置是這樣確定把開關(guān)K2擲向左邊，檢流計接通測量電路，在測量UX兩個端鈕間接上100mv～200mv標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，K1-1擲向×10量程，調(diào)整測量盤示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓相同，這時通過調(diào)整可調(diào)電阻RP1及RP2，使檢流計指零，這時電位差計工作電流正好是6.05mA；再將開關(guān)K2擲向右邊，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP3使檢流計再次指零，并將RP3鎖定，這時電壓基準(zhǔn)與6.05mA時140Ω調(diào)定電阻上電壓相等，今后進行測量均依此為標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)在×0.1量程時，信號電壓非常微弱，用通用OP07運放進行放大信號靈敏度不夠，因此采用極低偏置電流的運放OPA128來承擔(dān)信號放大，為減小運放OPA128的漂移采用兩片OPA128進行差動輸入差動輸出，放大信號通過電流表G顯示，輸入端用兩只二極管正反連接進行過載保護，通過電阻R4、R5、R6通過開關(guān)K1-2對×1量程及×10量程的輸入信號進行衰減，在放大電路中電阻R1與電阻R2要單獨配對，使其阻值盡可能相同，這里取1MΩ，電阻R3取200Ω。
權(quán)利要求1.一種采用換位支路的三量程變換的電位差計，它由工作電流調(diào)節(jié)電阻RP1及RP2，標(biāo)準(zhǔn)化時取樣用調(diào)定電阻及測量電路串聯(lián)在電位差計電路中，其特征在于測量用第一步進盤由20×20/11Ω的第I測量盤與20×20/11Ω的第I′代換盤組成，第二步進盤由10×0.2Ω的第II測量盤與10×0.2Ω的第II′代換盤組成，該盤兩把電刷導(dǎo)通，第三盤由0～2.2Ω的第III測量滑線及0～2.2Ω的第III′代換滑線組成，該盤兩根滑線上的電刷是同一片金屬沖得，滑線盤顯示11個大格，每格0.2Ω，并分成110個小格；第I′代換盤第20點連接1.8Ω電阻后與第II′代換盤第10點連接，第II測量盤0點連接一只阻值為0.2Ω加40/11Ω電阻后與第I測量盤0點連接，該盤第20點連接第III測量滑線未端，第III′代換盤始端連接一只阻值為40/11Ω加397.8Ω電阻后與第I′代換盤0點連接；第I′代換盤電刷與10Ω電阻并聯(lián)在測量電路正極，10Ω電阻串聯(lián)81Ω電阻連接在量程轉(zhuǎn)換開關(guān)×0.1量程觸點，該兩只電阻連接點接上90Ω電阻與×1量程觸點連接，該觸點連接900Ω電阻后與×10量程觸點連接，×10量程觸點連接60Ω電阻后連接第I測量盤電刷，量程轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉觸點與電位差計電路中測量電路負極端連接；兩個測量端鈕正極連接第II測量盤第10點，負極通過檢流計切換開關(guān)與第III測量盤始端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用換位支路的三量程變換的電位差計，其特征在于調(diào)定電阻阻值140Ω，上面電壓降為0.847V；它的基準(zhǔn)電壓是9V疊層電池通過51KΩ電阻限流，由穩(wěn)壓管LM385產(chǎn)生1.2V電壓，通過5.6KΩ電阻、0～1KΩ可調(diào)電阻及15KΩ電阻阻成的串聯(lián)分壓電路上，從15KΩ電阻與可調(diào)電阻活動端之間與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號對照后獲得的。
專利摘要一種用于直流電壓測量的采用換位支路法進行三量程變換的電位差計，三個測量盤間用導(dǎo)線直接連接，開關(guān)間的接觸電阻及變差排除測量結(jié)果之外，熱電勢也不進入測量結(jié)果，連接導(dǎo)線間的電阻產(chǎn)生的零電勢可通過負電勢得到補償，因此它最小量程時分辨率可達0.1μv，同時它內(nèi)部不采用標(biāo)準(zhǔn)電池，而是采用微功耗的電子基準(zhǔn)源。
文檔編號G01R17/00GK2864692SQ20052011538
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月30日
發(fā)明者駱乃光 申請人:駱乃光