专利名称：一种电压测量仪器的制作方法
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：
当前对于有四个测量盘的电位差计，在四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；申请号200510062260.2公开了有四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与代换盘组成，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，它的第三、第四步进盘各有测量盘、代换盘与辅助盘组成，由于第三步进盘不置在10时，第四步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第三步进盘置在10时，第四步进盘置不同示值时电路总阻不变，为此第三步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置10及不置10两种情况的电路连接，第四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。四个测量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，四个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于电位差计步进盘开关每个步进转动15°角，每层可分布24个触点，第一步进盘的测量盘与代换盘是21个触点，需内外两层，每层都有电阻，内层电阻超差对维修带来不便，第四步进盘的测量盘、代换盘与辅助盘各半层，步进盘开关也需内外两层，内层也有电阻，维修也不方便。
发明内容
本发明的目的是设计有四个测量盘的一种电压测量仪器，在四个测量盘的连接上不通过开关切换，第一步进盘取消代换盘，且使四个步进盘上的电阻都能装在一层。
本发明的技术方案这样采取电压测量仪器从3V工作电源的正极经过由四个步进盘上的电阻及量程转换电阻组成的电阻测量网络到463Ω的调定电阻RN及0～1Ω可锁定的可调电阻RP3，再到60Ω电阻R0，经过10×23Ω可调电阻RP1及0～25Ω可调电阻RP2回到工作电源的负极组成电压测量仪器工作回路；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75KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量仪器标准回路；用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮经过四个测量盘电阻网络后，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到负极端钮组成电压测量仪器补偿回路；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10Ω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，连接点为电路节点B，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，0～8档位上面有9个9Ω的电阻连接成环状第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8个电阻R8另一端与第9个电阻R9的一端连接点为电路节点H，第9个电阻R9另一端与第1个电阻R1的另一端与第三盘测量盘的0触点的连接，第三盘测量盘的0触点为电路节点D，电阻R1与电阻R2的连接点经过12Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过6Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过2Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点与第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的连接点经过2Ω电阻与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过6Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点即节点H一路经过12Ω电阻与第8触点连接，另一路经过1Ω电阻后到节点F再经过11Ω电阻与第9触点连接，节点F经过1Ω电阻到节点C，节点C经过10Ω电阻与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过20Ω电阻与节点D连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×0.5Ω的电阻；第三步进盘由同是10×1Ω的测量盘III与代换盘III’组成，测量盘III的电刷与代换盘III’的电刷是同一片金属刷片；第四步进盘只有测量盘IV，它各个触点与测量盘III上的对应触点连接；辅助盘II′第10触点与800Ω电阻R18的一端并联于节点A，节点A连接电压测量仪器工作电源的正极，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200Ω电阻R12后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的节点B，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C连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点D连接，测量盘IV的电刷串联100kΩ电阻R15后与184.725Ω电阻R16一端连接的连接点为节点E，代换盘III’的第10点串联9995Ω电阻R14后连接节点E，529.392Ω电阻R13一端连接节点D、另一端连接节点E，184.725Ω电阻R16的另一端及7200Ω电阻R17的一端连接于量程转换开关K1的×1量程触点，7200Ω电阻R17的另一端与800Ω电阻R18的另一端连接于量程转换开关K1的×0.1量程触点，量程转换开关K1的常闭触点连接调定电阻RN高电位一端；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，负极经过双刀双掷开关K2后与测量盘III的第10点连接。
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，第二步进盘的辅助盘II′及测量盘II各11个触点分布在开关的同一层，电阻装在开关外层，第三、第四步进盘都没有辅助盘，电阻可装在开关外层，电阻超差时卸下装上容易，这给调试与维修带来方便； 这使电压测量仪器结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电压测量仪器内部补偿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，当电压测量仪器四个测量盘置“0”时，电压测量仪器的零电势是D点的零电位，在补偿回路中，不存在工作电流流过引线电阻，所以本电压测量仪器零电势很小，由于在电压测量仪器内部补偿回路与工作回路共有部份的线路上没有开关切换，所以本电压测量仪器热电势及可变热电势也很小。
附图是本发明原理电路。
具体实施例方式
图中，测量盘II在1～8触点之间有9只9Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“4”、“5”时，测量盘II的电刷节点D之间是5只9Ω电阻与4只9Ω电阻并联，并联后阻值最大为20Ω，测量盘II其它触点到节点D之间的阻值都要连接到20Ω，“4”、“5”触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“3”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点D之间是3只9Ω电阻与6只9Ω电阻并联，并联后阻值为18Ω，所以3、6触点经过2Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或置“7”时，测量盘II的电刷到节点D之间是2只9Ω电阻与7只9Ω电阻并联，并联后阻值为14Ω，所以2、7触点经过6Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“1”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点D之间是1只9Ω电阻与8只9Ω电阻并联，并联后阻值为8Ω，所以1、8触点经过12Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“9”时，测量盘II的电刷到节点D之间是11Ω电阻加1Ω电阻再加电阻环上8Ω连接成20Ω电阻当测量盘II置“10”时，测量盘II的电刷到节点D之间是10Ω电阻加2Ω电阻再加电阻环上8Ω连接成20Ω电阻。当测量盘II置“0”，测量盘II的电刷到节点D之间是20Ω电阻连接，第一步进盘置“0”、第二步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……9，10)时，辅助盘I′的电刷与节点D之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。
第一步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步进盘置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间的电阻值是两个同是220Ω的电阻并联，因此是110Ω。
当第一、第二步进盘都不置“0”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间的电阻值的计算，除第二步进盘置“8，9，10”外，都需要进行三角形—星形变换。
第二步进盘置“1”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值的计算设电阻(R2+R3+…+R8)与电阻R9两边阳值等效于电阻r1，电阻R9与电阻R1两边阻值等效于电阻r1’电阻(R2+R3+…+R8)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+…+R8)×R9/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ωr1’＝R1×R9/(R1+R2+…+R9)＝9×9/9×9Ω＝1Ωr1”＝(R2+R3+…+R9)×R1/(R1+R2+…+R9)＝7×9×9/9×9Ω＝7Ω辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值等于(212Ω+r1)×(212Ω+r1”)/(2×219)Ω+r1’＝219Ω/2+1Ω＝109.5Ω+1Ω＝110.5Ω第二步进盘置“2”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值的计算设电阻(R3+R4+…+R8)与电阻R9两边阳值等效于电阻r2，电阻R9与电阻(R1+R2)两边阻值等效于电阻r2’电阻(R3+R4+…+R8)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＝6Ω r2’＝2Ω r2”＝12Ω辅助盘II′的电刷与节点D之间电阻值等于(212Ω+r2)×(200Ω+6Ω+r2”)/(2×218)Ω+r2’＝218Ω/2+2Ω＝109Ω+2Ω＝111Ω。
同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值是111.5Ω，第二步进盘置“4”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值是112Ω，第二步进盘置“5”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值是112.5Ω，……第二步进盘置“9”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值是(211/2+9)Ω＝114.5Ω，第二步进盘置“10”时，辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值是(210/2+10)Ω＝115Ω。由于测量盘II每步进增加0.5Ω，因此辅助盘II′每步进减少0.5Ω，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D之间的电阻值是110Ω，辅助盘II′的10×0.5Ω电阻全部进入电路，使节点A与节点D之间的电阻值是115Ω保持不变。
第三、第四步进盘置不同示值时，节点D与节点E间的阻值在500.2728Ω～500.2780Ω之间变化，节点E连接184.725Ω电阻R16后，从节点A经过节点D到开关K1的×1量程触点间的电阻值是800Ω，0.005Ω的阻值变化，对800Ω的相对变化是百万分之七，影响可以忽略。
电压测量仪器工作电流标准化时电流是2.2mA，在×1量程时，从节点A经过节点D到开关K1的×1量程触点间的800Ω电阻值与8000Ω的电阻R17、电阻R18之和并联，因此流过辅助盘II′的电流是2mA，流过电阻R17、电阻R18的电流是0.2mA。
在×1量程，2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到节点D，测量盘II置“n”[n＝1，2，3…8(r8＝0)]时，节点B经过测量盘I到等效于电阻rn、rn’、rn”的交点Qn(n＝1、2、3…8)与经过200Ω电阻R12到交点Qn电阻值相等，测量盘II置“9”时，节点B经过测量盘I到节点F的电阻值与经过200Ω电阻R12到节点F的电阻值都等于211Ω，所以流过测量盘I与200Ω电阻R12的电流各为1mA，测量盘II置“10”时，节点B经过测量盘I到节点C的电阻值与经过200Ω电阻R12到节点C的电阻值都等于210Ω，所以流过测量盘I与200Ω电阻R12的电流也各为1mA。
对于测量盘II在1～8触点之间的9只9Ω首尾相连的电阻环而言，测量盘II置“1”时电阻R1与8只阻值同为9Ω电阻并联，流过电阻R9的电流为1/9mA，节点H与节点D之间的电压UHD＝1/9×9mV＝1mV；测量盘II置“2”时电阻(R1+R2)与7只阻值同为9Ω电阻并联，流过电阻R9的电流为2/9mA，节点H与节点D之间的电压UHD＝2/9×9mV＝2mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…8)电阻节点H与节点D之间的电压UHD＝nmV；测量盘II置“9”时，节点F与节点D之间8Ω电阻环上的电压UHD＝8mV加1Ω电阻R10上1mV，共9mV；测量盘II置“10”时，节点C与节点D之间8Ω电阻环上的电压UHD＝8mV加1Ω电阻R10上1mV及1Ω电阻R11上1mV，共10mV；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R9，RCD＝0mV；当测量盘I不置“0”时流过测量盘I的电流在节点C、D之间的10mV电压叠加在测量盘II上，代替测量盘I中0、1触点间的电阻。
电压测量仪器2mA工作电流经过第一、第二步进盘到节点D后分成三路一路经过测量盘IV，另一路经过代换盘III’，再一路经过529.392Ω电阻R13，三路电流汇合于节点E。第三、第四步进盘置不同示值时节点D与节点E之间阻值是变化的，第三、第四步进盘置“0”示值时节点D与节点E之间阻值最小，第三、第四步进盘置“10”示值时节点D与节点E之间阻值最大，为此取中间值，当第三、第四步进盘置“5”示值时节点D与节点E之间阻值在没有电阻R13并联时是(105÷11+5)Ω，为了使流过第三、第四步进盘的总电流是0.11mA，用529.392Ω电阻R13分流1.89mA的电流；第三、第四步进盘置“0”示值时，流过第三、第四步进盘的总电流是0.11001mA，第三、第四步进盘置“10”示值时，流过第三、第四步进盘的总电流是0.10999mA，误差为万分之一，影响可以忽略；流过电阻R14与电阻R15的电流比准确值是10，在第三、第四步进盘置“0”示值时，流过电阻R14与电阻R15的电流比值是9.995，在第三、第四步进盘置“10”示值时，流过电阻R14与电阻R15的电流比值是10.005，误差为万分之五，由于是最后两盘，影响也可以忽略；因此，第三步进盘每增加一个示值，节点D与节点E之间的电压增加0.1mV，第四步进盘每增加一个示值，节点D与节点E之间的电压增加0.01mV。
工作电流标准化时，第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三步进盘置n3、第四步进盘置n4，这时“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝10n1+n2+0.1n3+0.01n4(mV)在×0.1量程时，从节点A经过节点D到开关K1的×1量程触点间的800Ω电阻与7200Ω电阻R17串联成8000Ω后跟800Ω电阻R18并联，因此流过辅助盘II′的电流是0.2mA，流过电阻R18的电流是2mA，这时第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三步进盘置n3、第四步进盘置n4，“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝0.1×10n1+0.1×n2/11×11+0.01×n3+0.001×n4(mV)＝1n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4(mV)由于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2.2mA，因此调定电阻RN取463Ω，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。
节点A到量程转换开关K1的常闭触点间二个量程的阻值都是8000/11Ω，463Ω的调定电阻RN与0～1Ω可调电阻RP3和是464Ω，加上60Ω电阻R0，共计1251Ω，承担约2.75V电压；电压测量仪器采用两组干电池供电，干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.35V以下时，电流不稳，为了使干电池在新、旧情况下都能使电压测量仪器的工作电流调节到标准化，为此，取可调电阻RP1为10×23Ω、可调电阻RP2为0～25Ω，干电池电压使用范围在2.75V～3.31V之间。
电压测量仪器的标准电流是这样获得把200mV标准信号电压按极性与电压测量仪器“Ux”两个测量端钮连接，电压测量仪器各步进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，再重复一次后，把可调电阻RP3锁定，这时电压测量仪器的工作电流就标准化。
权利要求
一种电压测量仪器，从3V工作电源的正极经过由四个步进盘上的电阻及量程转换电阻组成的电阻测量网络到463Ω的调定电阻RN及0～1Ω可锁定的可调电阻RP3，再到60Ω电阻R0，经过10×23Ω可调电阻RP1及0～25Ω可调电阻RP2回到工作电源的负极组成电压测量仪器工作回路；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75KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量仪器标准回路；用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮经过四个测量盘电阻网络后，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到负极端钮组成电压测量仪器补偿回路；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10Ω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，连接点为电路节点B，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，0～8档位上面有9个9Ω的电阻连接成环状第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8个电阻R8另一端与第9个电阻R9的一端连接点为电路节点H，第9个电阻R9另一端与第1个电阻R1的另一端与第三盘测量盘的0触点的连接，第三盘测量盘的0触点为电路节点D，电阻R1与电阻R2的连接点经过12Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过6Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过2Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点与第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的连接点经过2Ω电阻与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过6Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点即节点H一路经过12Ω电阻与第8触点连接，另一路经过1Ω电阻后到节点F再经过11Ω电阻与第9触点连接，节点F经过1Ω电阻到节点C，节点C经过10Ω电阻与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过20Ω电阻与节点D连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×0.5Ω的电阻；第三步进盘由同是10×1Ω的测量盘III与代换盘III’组成，测量盘III的电刷与代换盘III’的电刷是同一片金属刷片；第四步进盘只有测量盘IV，它各个触点与测量盘III上的对应触点连接；辅助盘II′第10触点与800Ω电阻R18的一端并联于节点A，节点A连接电压测量仪器工作电源的正极，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200Ω电阻R12后连接辅助盘I’的电刷与辅助盘I”的电刷连接的节点B，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C连接，辅助盘I’的0触点经过220Ω电阻后与节点D连接，测量盘IV的电刷串联100kΩ电阻R15后与184.725Ω电阻R16一端连接的连接点为节点E，代换盘III’的第10点串联9995Ω电阻R14后连接节点E，529.392Ω电阻R13一端连接节点D、另一端连接节点E，184.725Ω电阻R16的另一端及7200Ω电阻R17的一端连接于量程转换开关K1的×1量程触点，7200Ω电阻R17的另一端与800Ω电阻R18的另一端连接于量程转换开关K1的×0.1量程触点，量程转换开关K1的常闭触点连接调定电阻RN高电位一端；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，负极经过双刀双掷开关K2后与测量盘III的第10点连接。
全文摘要
一种电压测量仪器，它的第一步进盘由一只测量盘与两只不焊有电阻的辅助盘组成，第二步进盘由9×9Ω环形电阻网和二只1Ω电阻构成测量盘，由10只0.5Ω电阻构成辅助盘，第三步进盘各由10×1Ω的测量盘与代换盘组成，第四步进盘的各个触点与第三步进盘中测量盘上的对应触点连接，并用800Ω与7200Ω两只电阻与电阻测量网络并联在电路中进行量程转换，最小分辨率达1μV，测量盘之间用导线连接，不通过开关切换，使电压测量仪器测量时能够忽略变差及热电势影响。
文档编号G01R19/00GK101089634SQ200710068930
公开日2007年12月19日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者张春雷, 方李 申请人:方李