一种直流电位差计的制作方法

本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。

背景技术：

直流电位差计为了解决接触电阻的变差及热电势的影响，一般采用大电刷以增大接触面积，并采用银-铜复合材料，这就增大了开关也增大了仪器体积，增加了仪器成本，采用电流叠加的方法只能用于每个步进的电阻都采用小电阻，一般都是0.01Ω，如果每个步进电阻的阻值一大，电流的比值就会超差，由于步进盘电阻的阻值小，它能测量的电压相对也比较低。

技术实现要素：

本发明的目的是设计有四个步进盘的一种直流电位差计，它克服接触电阻的变差及热电势的影响，也不需要大的开关，这可以降低成本，减小仪器体积，而且可以测量到1V。

本发明的技术方案这样采取：它用三组1号干电池串联成4.5V内附工作电源，它有调节范围在7～75Ω之间的可调电阻R_P1、调节范围在0～1.09Ω之间可锁定的可调电阻R_P2、调节范围在0～680Ω之间的可调电阻R_P3，有两个双刀双掷开关，有四个步进盘，每个步进盘上由有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与有0、1、2、……10共11个档位的代换盘组成，测量盘与代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量盘每增加一只电阻，电路中代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进盘上测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导线连接，第二步进盘上测量盘II的金属接触环与代换盘II′的金属接触环通过2000Ω电阻R₁连接，第三步进盘上测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环用导线连接，第四步进盘上测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过2000Ω电阻R₂连接；电流从内附工作电源正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点，双刀双掷开关K₁掷×1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×1量限触点连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，K_1-2层×1量限触点经过102.01Ω电阻R₅连接节点A，K_1-2层常闭触点经过917Ω电阻R₄，再经过可锁定的可调电阻R_P2连接节点A；双刀双掷开关K₁掷×0.1量限时，双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点及K_1-2层常闭触点各与×1量限触点断开，双刀双掷开关K₁的K_1-1层×0.1量限触点经过可调电阻R_P3及2580Ω电阻R₆连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点；电流到节点A后分成两路：向上一路连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘上代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触点，测量盘II第0触点连接节点B后经过可调电阻R_P1与内附工作电源负极连接；向下一路通过19000Ω电阻R₇连接第四步进盘上代换盘IV′的第0触点，代换盘IV′的第10触点连接第三步进盘上代换盘III′的第0触点，第三步进盘上测量盘III的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点经过8900Ω电阻R₃连接节点B，直流电位差计用于连接被测量的“U_X”两个端钮，正极端钮连接测量盘I第10点，负极端钮经过两个常闭触点之间接有检流计G的双刀双掷开关K₂后与测量盘IV第0点连接，直流电位差计内附标准电池E_N正极连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，内附标准电池E_N负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连接100KΩ电阻R₈后与可锁定的可调电阻R_P2的滑动触点连接。

通过以上技术方案，直流电位差计的四个步进盘触点间阻值相同，结构一致；与“U_X”的两个测量端钮连接的四个测量盘上的电阻，在步进盘切换时，焊接在一起的电阻阻值是不会产生变化，步进盘切换时开关接触电阻变差在0.1～1mΩ之间，它只影响电流分配的比例，由于它串联在大电阻中，如第一步进盘的开关接触电阻变差串联在200Ω电路中，因此对电流分流的影响可以忽略，步进盘切换时开关的热电势由于在电路中成对出现，大小相同、方向相反，可以抵消，且四个步进盘各个支路几个μV的热电势都直接或间接与锂电池电源两端连接，在以伏为单位的电压降上，几个μV的热电势对电流分流的影响也可以忽略，因此，采用技术方案，直流电位差计步进盘切换时开关接触电阻变差及热电势对“U_X”的两个测量端钮没有影响，而且第一步进盘上的电阻是10Ω，与申请号201420419568.2及申请号201420419494.2比要大得多，因此可以用来测量的电压也高得多。

附图说明

图1是本发明的原理电路。

具体实施方式

实施例1，在图1中，第一步进盘测量盘I与代换盘I′上的10×10Ω，表示测量盘I与代换盘I′上都有10只阻值是10Ω的电阻串联，步进盘上粗黑线条表示金属接触环，空心小圆圈表示金属触点，双向箭头表示金属电刷；其他三个步进盘相同。

直流电位差计节点A与节点B之间下方的电阻设计成比上方电阻大100倍，标准工作电流在×1量限设计成11.11mA，因此节点A与节点B之间下方的电流是0.11mA，节点A与节点B之间上方的电流是11mA。

第二步进盘两把电刷间是2000Ω电阻R₁与电流流经第二步进盘与第一步进盘的200Ω电阻并联，因此10mA电流流过第一步进盘，1mA流过2000Ω电阻R₁，节点A与节点B之间上方的电阻是2000/11Ω+100Ω，节点A与节点B之间下方的电阻是100×(2000/11Ω+100Ω)，第四步进盘两把电刷间电阻是2000/11Ω，节点A与节点B之间下方电阻R₃、电阻R₇之和是100×(2000/11Ω+100Ω)-(2000/11Ω+100Ω)＝99(2000/11Ω+100Ω)＝27900Ω。其中电阻R₃必须为8900Ω，那么电阻R₇＝27900Ω-8900Ω＝19000Ω。

在×1量限，电阻R₄串联可调电阻R_P2与电阻R₅并联，并联后的阻值约91.8Ω，当电源内阻不计、可调电阻R_P1阻值不计时，电路总阻约279Ω，要获得11.11mA电流，电源电压需4.12V。要直流电位差计工作电流稳定，每组干电池电动势在1.4V以上，新的干电池电动势在1.65V，直流电位差计三组干电池串联后电动势在4.2～4.95V之间变化时，通过调节7～75Ω可调电阻R_P1使直流电位差计工作电流在标准状态。

在×1量限，917Ω电阻R₄串联0～1.09Ω可调电阻R_P2后是102.01Ω电阻R₅的9倍，所以流过电阻R₄、可调电阻R_P2电流是全部工作电流的十分之一，即1.111mA；由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在1.0188V～1.0196V之间，因此917Ω电阻R₄串联0～1.09Ω可调电阻R_P2，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。

在×0.1量限，双刀双掷开关K₁的K_1-1层常闭触点连接可调电阻R_P3再经过2580Ω电阻R₆连接双刀双掷开关K₁的K_1-2层常闭触点，K_1-2层常闭触点与K_1-2层×1量限触点断开，这时可调电阻R_P3置最小值电路总阻达3784Ω，直流电位差计三组干电池串联后电动势在4.2～4.95V之间变化时，通过调节0～680Ω可调电阻R_P3使直流电位差计工作电流在标准状态。

直流电位差计的标准工作电流是这样获得：把0.1V标准信号电压按极性与直流电位差计“U_x”两个测量端钮连接，直流电位差计双刀双掷开关K₁置×0.1量限，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R_P1，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R_P2，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻R_P2锁定，这时直流电位差计在×0.1量限的工作电流就标准化；再把1V标准信号电压按极性与直流电位差计“U_x”两个测量端钮连接，直流电位差计双刀双掷开关K₁置×1量限，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，如果各步进盘总示值是正误差，就减小102.01Ω电阻R₅的电阻值，如果各步进盘总示值是负误差，就增大102.01Ω电阻R₅的电阻值，仪器使用时，先校对标准，要对读数盘进行读数时，校对标准后再读数。

当工作电流标准化后，第I测量盘置n₁，第II测量盘置n₂，第III测量盘置n₃，第IV测量盘置n₄，开关K掷左边，这时连接被测量的“U_X”两个端钮间电压为：

U_X＝10×10n₁+10×10×10+10n₂-0.11×8900-0.1×10×10-0.01×10(10-n₄)-0.1×10(10-n₃)(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+10×10×10-979-10-1+0.1n₄-10+n₃(mV)

U_X＝100n₁+10n₂+n₃+0.1n₄(mV)。