专利名称：一种四量程的电压测量仪的制作方法
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200510062369.6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一种四量程的电压测量仪，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从外接15V工作电源的正极经过由四个步进盘、量程转换电阻及量程转换开关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再经过0～70Ω可调电阻RP2及20×68Ω可调电阻RP1回到外接15V工作电源的负极组成电压测量仪的工作回路；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的滑动触点，再经过75KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量仪的标准回路；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的补偿回路；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”的电刷用导线连接的连接点为电路节点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，上面有11个110Ω的电阻成环状连接第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的一端连接点为电路节点C，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接于第三步进盘中测量盘的0触点，第三步进盘中测量盘的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D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；第三步进盘由同是10×10Ω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62Ω量程转换电阻R20的一端并联于节点A，节点A连接电压测量仪外接工作电源的正极，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R12后连接节点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2200Ω电阻后与节点D连接，测量盘IV的电刷串联1000kΩ电阻R15后与47.25Ω电阻R16的一端连接点为电路节点E，代换盘III’的第10点串联99950Ω电阻R14后连接节点E，5293.92Ω电阻R13一端连接节点D、另一端连接节点E，47.25Ω电阻R16的另一端及55800Ω电阻R17的一端连接于量程转换开关K1的×10量程触点，55800Ω电阻R17的另一端及5580Ω电阻R18的一端连接于量程转换开关K1的×1量程触点，5580Ω电阻R18的另一端与558Ω电阻R19的一端连接后经过5022Ω电阻R21与量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，量程转换电阻R19的另一端与62Ω量程转换电阻R20的另一端连接后经过5574.42Ω电阻R22与量程转换开关K1的×0.01量程触点连接，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触点连接。
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；这使电压测量仪结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电压测量仪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，当电压测量仪四个测量盘置“0”时，电压测量仪的零电势是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，所以本电压测量仪零电势很小，由于在电压测量仪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在节点C与节点D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D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D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D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D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D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D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D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B与节点D之间的电阻值是两个同是2200Ω的电阻并联，因此是1100Ω电阻值。
第一步进盘置“n”(n＝0，1，2，3……22)、第二步进盘置“0”时，节点B与节点D之间的电阻值也是两个2200Ω的电阻并联，因此也是1100Ω电阻值。
当第一、第二步进盘都不置“0”时，除第二步进盘置“10”外，节点B与节点D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B与节点D之间的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B与节点D之间的电阻值等于(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B与节点D之间的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B与节点D之间的电阻值等于(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B与节点D之间的电阻值是1115Ω，第二步进盘置“4”时，节点B与节点D之间的电阻值是1120Ω，第二步进盘置“5”时，节点B与节点D之间的电阻值是1125Ω，
第二步进盘置“10”时，节点B与节点D之间的电阻值是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，节点B与节点D之间的电阻值是1100Ω，辅助盘II′的10×5Ω电阻全部进入电路。
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5002.728Ω～5002.780Ω之间变化，节点E连接47.25Ω电阻R16后，从节点A经过节点D到开关K1的×10量程触点间的电阻值是6200Ω，0.05Ω的阻值变化，对6200Ω的相对变化小于十万分之一，影响可以忽略。
电压测量仪工作电流标准化时电流是2.2mA，在×10量程时，从节点A经过节点D到开关K1的×10量程触点间的6200Ω电阻值与62000Ω的电阻R17、电阻R18、电阻R19及电阻R20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、电阻R19及电阻R20的电流是0.2mA；在×1量程时，电阻R17调换了位置，电路阻值不变，节点A经过测量盘到量程转换开关K1的×1量程触点共62000Ω，节点A经过电阻R20、电阻R19、电阻R18到量程转换开关K1的×1量程触点是6200Ω，因此流过辅助盘II′经过测量盘到量程转换开关K1的×1量程触点的电流是0.2mA，流过电阻R20、电阻R19及电阻R18的电流是2mA；在×0.1量程时，节点A经过节点B到量程转换开关K1的×0.1量程触点之间，6200Ω电阻串联了电阻R17及电阻R18之和是67580Ω与其并联的电阻R20及电阻R19之和是620Ω，阻值比为109倍，流过电阻R20、电阻R19的电流与流过节点B的电流比也为109倍，因此2.18mA电流流过电阻R20、电阻R19，0.02mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到量程转换开关K1的×0.1量程触点，并联后电路减小的阻值通过串入5022Ω电阻R21保持电路阻值不变；×0.01量程时，节点A经过节点B到量程转换开关K1的×0.01量程触点，6200Ω电阻串联了电阻R17、电阻R18及电阻R19之和是68138Ω与其并联的电阻R20是62Ω，阻值比为1099倍，因此2.198mA电流流过电阻R20，0.002mA电流流过节点A经过节点B到量程转换开关K1的×0.01量程触点，并联后电路减小的阻值通过串入5574.42Ω电阻R22保持电路阻值不变。
在×10量程时，流过辅助盘II′的电流是2mA，测量盘II置“n”(n＝1，2，3…9)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…9)与经过1900Ω电阻R12到交点Qn电阻值相等，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1900Ω电阻R12到节点C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。1mA电流流过100Ω电阻上的电压为100mV，测量盘I每步进为100mV。
不考虑测量盘I时，测量盘II在1～10触点之间的十一只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C与节点D之间的电压UCD＝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C与节点D之间的电压UCD＝2/11×110mV＝20mV；同理，测量盘II置“n”时(n＝1、2、3…10)电阻节点C与节点D之间的电压UCD＝n×10mV；；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R11，UCD＝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100mV电压叠加在测量盘II上，代替测量盘I的0、1触点间的电阻。
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5293.92Ω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(106÷11+50)Ω，为了使流过第三、第四步进盘的总电流是0.11mA，用5293.92Ω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；在测量盘III的电阻上第三步进盘分得0.1mA电流，第四步进盘分得0.01mA电流，测量盘III上的电阻是10Ω，第三步进盘每步进为1mV，第四步进盘每步进为0.1mV。
在×10量程工作电流标准化时，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＝100n1+10n2+1n3+0.1n4(mV)在×1量程工作电流标准化时，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，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＝1n1+0.1n2+0.01n3+0.001n4(mV)×0.01量程时，当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3，第四步进盘置n4，这时“Ux”两个测量端钮间电压为Ux＝0.1n1+0.01n2+0.001n3+0.0001n4(mV)这时分辨率达0.1μV。
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的常闭触点间四个量程的阻值都是62000/11Ω，463Ω的调定电阻RN与0～1Ω可调电阻RP3和是464Ω，共计6100Ω，承担约13.42V电压；电压测量仪外接电源如采用干电池供电，就要十组干电池串联，为了使干电池在新、旧情况下都能使电压测量仪的工作电流调节到标准化，为此，取可调电阻RP1为20×68Ω、可调电阻Rp2为0～70Ω，干电池电压使用范围在13.42V～16.57V之间，本电压测量仪外接电源建议采用上海新新电子仪器厂产YJ49b型稳压电源，它有多档高稳定度电压输出。
电压测量仪的标准电流是这样获得把2V标准信号电压按极性与电压测量仪“Ux”两个测量端钮连接，电压测量仪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，这时电压测量仪的工作电流就标准化。
权利要求
一种四量程的电压测量仪，从外接15V工作电源的正极经过由四个步进盘、量程转换电阻及量程转换开关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再经过0～70Ω可调电阻RP2及20×68Ω可调电阻RP1回到外接15V工作电源的负极组成电压测量仪的工作回路；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的滑动触点，再经过75KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量仪的标准回路；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的补偿回路；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”的电刷用导线连接的连接点为电路节点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，上面有11个110Ω的电阻成环状连接第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的一端连接点为电路节点C，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接于第三步进盘中测量盘的0触点，第三步进盘中测量盘的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D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；第三步进盘由同是10×10Ω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62Ω量程转换电阻R20的一端并联于节点A，节点A连接电压测量仪外接工作电源的正极，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R12后连接节点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2200Ω电阻后与节点D连接，测量盘IV的电刷串联1000kΩ电阻R15后与47.25Ω电阻R16的一端连接点为电路节点E，代换盘III’的第10点串联99950Ω电阻R14后连接节点E，5293.92Ω电阻R13一端连接节点D、另一端连接节点E，47.25Ω电阻R16的另一端及55800Ω电阻R17的一端连接于量程转换开关K1的×10量程触点，55800Ω电阻R17的另一端及5580Ω电阻R18的一端连接于量程转换开关K1的×1量程触点，5580Ω电阻R18的另一端与558Ω电阻R19的一端连接后经过5022Ω电阻R21与量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，量程转换电阻R19的另一端与62Ω量程转换电阻R20的另一端连接后经过5574.42Ω电阻R22与量程转换开关K1的×0.01量程触点连接，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触点连接。
全文摘要
一种四量程的电压测量仪，它的第一步进盘由测量盘与不含电阻的辅助盘I’、辅助盘I”组成，第二步进盘由11×110Ω电阻环构成测量盘，由10×5Ω电阻构成辅助盘，第三步进盘各由10×10Ω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，测量盘之间用导线连接，不通过开关切换，使电压测量仪测量时能够忽略变差及热电势影响。本电压测量仪有×10、×1、×0.1、×0.01四个量程，最高测量电压为2.31V，最小分辨率为0.1μV。
文档编号G01R15/08GK101059540SQ20071006910
公开日2007年10月24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:张春雷