专利名称：十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电工装置，特别涉及一种用于检验阻抗测量仪或电桥以及阻抗量值传递使用的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置。
十进值相关是指由基本导纳元件(其标称值均为Y)构成的0.1Y，1Y和10Y(当然也可理解为十进值相关的阻抗即10Z，1Z和0.1Z)，其中0.1Y是由10个基本元件相串联而成的；其中10Y则是由10个基本元件相并联而成的。十进相关的中间值1Y是由图例中10个基本元件中的9个(即Y1，Y2，Y3……Y9)构成的。先将9个导纳元件分成三组即Y1，Y2，Y3为第一组，Y4，Y5，Y6为第二组，Y7，Y8，Y9的第三组，通过开关拨动杆的取向安排将三组内的三个导纳先并联。并联后的三组的每个组的值为3Y，通过开关拨动杆取向的安排，把每个组导纳值为3Y的三组再串联在一起，最后的值为1Y，值得注意的是十进值相关的0.1Y和10Y是由10个基本元件构成的，而相关值的中间值1Y是由9个基本元件构成的，也就是除Y10以外的Y1，Y2……Y9构成的，只要Y10的值和其它9个基本元件导纳值的平均值接近，变化的数量级相近，则并不影响三个十进值的相关性。例如Y10的值偏离平均值万分之一，则对相关性的影响为十万分之一，甚至估计得大一些，Y10的值偏离平均值千分之一(通常没有这么大)，则对相关性的影响将为万分之一。
随着经济和科技生产的发展，十进标准电容量和其他十进阻抗标准(如交流电阻箱，电感标准)是工厂企业和科研单位，尤其是电器计量部门所不可缺少的。在直流范围内早就在被称为哈孟(B.V.Hamon)直流标准电阻(直流分压器)中采用了相关值方法。而交流范围在1993年以后由于实用新型专利(专利号93244795.3)“十进值相关电容和阻抗装置”的出现，也把相关值方法用于交流领域的标准电容量和阻抗标准测量上，确实给交流领域大容量电容和低阻抗范围的测量带来许多方便。但是由于该专利结构本身的原因，该专利只适用于电容量较大的或阻抗值较小的十进值相关值而且是频率较低的情况下使用(例如在频率100Hz、几百Hz或100Hz以下而十进值电容量是1μF、10μF和100μF或10μF、100μF和1000μF等等)。当电容量减小到如1000pF、10000pF和0.1μF而频率提高到1kHz、10kHz甚至更高，则由于该专利装置结构方面的局限性而不能适用。由于缺少在较高频率范围使用的较低电容量值(较高阻抗值)的十进值相关装置，给交流领域的测量及许多传递和计量工作带来许多不便。
本实用新型的目的是为例克服现有测量装置的缺点而提供的一种在电容量值和阻抗量值以及频率使用范围都得以延伸和提高的、而在结构和引线连接方法上都有实质性改变的、使用更方便、准确性更高的改进型交流十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置。
本实用新型的目的是这样实现的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，包括机壳、设在机壳上的面板、以及在面板上设置的测量电路；其特征在于所述的面板采用绝缘材料构成；所述的测量电路包括十个基本元件、十个选择开关及九根跨接线电连接而成；所述的十个基本元件相互串联；所述的十个选择开关中第一个选择开关接在第一个基本元件之前，其中心抽头与第一个基本元件的前个接脚连接；第十个选择开关接在第九个基本元件之后，其两触头与第十个基本元件并接，并有一个触头与第九个基本元件的后个接脚连接；其余的九个选择开关的中心抽头分别连接在两相邻的基本元件之间；所述的九根跨接线中，其中第一至第七根跨接线的一端与一选择开关的一触头连接，其另一端跳过一选择开关与第三个选择开关的中心抽头连接，第八根跨接线的两端分别与第八选择开关的前一个触头和第十个选择开关的前一个触头连接，第九根跨接线的两端分别与第九选择开关的前一个触头和第十个选择开关的后一个触头连接；还包括两个测量开关，分别接在两测量点与首尾两选择开关之间，其中，一测量开关的中心抽头与第一选择开关的中心抽头连接，其一触头与L测量点连接，另一触头与地线连接；另一测量开关的中心抽头与第十个选择开关的中心抽头连接，其一触头与H测量点连接。
上述十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其中还包括一个微调开关，在L测量点一端该微调开关的中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接。
还包括三个微调开关，其中一个接在L测量点一侧，两个接在H测量点一侧；接在L测量一点一边的微调开关，其中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗第二选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一侧的一个微调开关，其中心抽头与第十选择开关的前一个触头连接，其一触头与第九选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一侧的另一个微调开关，其中心抽头与第十选择开关的后一个触头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第十选择开关的前一个触头连接。
上述十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其中还包括两个微调开关，分别接在L测量点一侧和H测量点一侧；其中，接在L测量点一侧的微调开关，其中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一边侧的微调开关，其中心抽头与第十选择开关的触头连接，其一触头与第九选择开关的中心抽头连接。
上述十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其中还包括一补偿阻抗，设在H测量点一端，与第十基本元件并联。
上述十进值相关及多值相关的电容和阻抗是，其中所述的基本元件是指等值导纳元件。
由于本实用新型采用了以上的技术措施，其效果是明显的1、用选择开关来调节相关十进值，使整个装置只有一组高低电位引出端，给使用带来方便，同时使面板开关的布局从复杂得以简化，面积大为缩小。
2、在面板上除接线柱或开关上的连接部分为金属材料外，其余都是非导电的绝缘板(例如塑料板)，突破了以往面板均采用金属屏蔽旧框框，实际使用的效果很好。
3、在相关值装置中十个电容或阻抗基本元件的连接方面，十个基本元件的值取相同的中间值，采用先并联而后串联方法，除了将三组高低电位引出端合并为一组带来使用方便性外，还实现了三个十进值相关值以外更多的相关值。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型外观面板结构示意图。
图2是本实用新型电路结构示意图。
图3是本实用新型实施例之一的电路结构示意图。
图4是本实用新型实施例之二的电路结构示意图。
图5是本实用新型实施例之三的电路结构示意图。
图6是本实用新型实施例之四的电路结构示意图。
图7是本实用新型实施例之五的电路结构示意图。
图8是本实用新型实施例之六的电路结构示意图。
图9是本实用新型实施例之七表示开路校零时状态的电路结构示意图。
图10是本实用新型实施例之八表示装置内部短路校零状态的电路结构示意图。
图11是本实用新型实施例之九表示采用外部接线片短路校零状态的电路结构示意图图12附加一个开关作微调之用的实施例示意图。
图13(a)和图13(b)为附加两个开关作微调之用的实施例示意图。
图14附加三个开关作微调之用的实施例示意图。
请参阅图1、图2。本实用新型十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，包括一机壳，一由绝缘材料制成的面板1，以及在该面板上设置的十个基本元件、十个选择开关，九根跨接线，以及测量开关、微调开关等。本实用新型所有开关由拨动开关或琴键开关构成，分别用S1、S2、S2……S14表示，开关的中心接头可用k1、k2、k3……k14表示；十个基本导纳元件用Y1、 Y2、Y3……Y10表示，九根跨接线用j1、j2、j3……j9表示。当开关的拨杆倒向a边(指一端)时表示开关中心接头与b点(指另一端)接通，相应的当开关拨杆倒向b边(指另一端)时，表示开关中心接线头与a端(指一端)接通。
所述的十个基本元件指等值的导纳元件，其相互串联；所述的十个选择开关中第一个选择开关接在第一个基本元件之前，其中心抽头与第一个基本元件的前个接脚连接；第十个选择开关接在第九个基本元件之后，其两触头与第十个基本元件并接，并有一个触头与第九个基本元件的后个接脚连接；其余的九个选择开关的中心抽头分别连接在两相邻的基本元件之间；所述的九根跨接线中，其中第一至第七根跨接线的一端与一选择开关的一触头连接，其另一端跳过一选择开关与第三个选择开关的中心抽头连接，第八根跨接线的两端分别与第八选择开关的一触头和第十个选择开关的一触头连接，第九根跨接线的两端分别与第九选择开关的一触头和第十个选择开关的另一触头连接；还包括两个测量开关，分别接在两测量点与首尾两选择开关之间，其中，一测量开关的中心抽头与第一选择开关的中心抽头连接，其一触头与L测量点连接，另一触头与地线连接；另一测量开关的中心抽头与第十个选择开关的中心抽头连接，其一触头与H测量点连接。还包括一个微调开关，在L测量点一端该微调开关的中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接。
本实用新型的实施例所述的开关采用拨动开关。由于本实用新型面板选用非导电的绝缘板而每个开关的金属固定部份都暴露于非导电的绝缘板面板上，因此可通过接线垫片将十个基本元件相串联的连接头，连接到面板上暴露的开关金属部分，从而就可实现在不打开装置的情况下，对十个基本元件的制成元件量值进行检测，不打开装置就可知道装置中制成元件值的变化情况。提供了对装置在长期使用时，检测，保质和维修的方便，此点的实用性很强。
本装置为了开路调零的方便，并提高开路调零的准确性，增加了两个微调开关S11、S12，分别接在两测量点与首尾两选择开关之间，其中，一测量开关的中心抽头与第一选择开关的中心抽头连接，其一触头与L测量点连接，另一触头与地线连接；另一测量开关的中心抽头与第十个选择开关的中心抽头连接，其一触头与H测量点连接。
另外本实用新型可以通过开关的位置安排，实现内部短路，这样不需要采用外接短路片，即可进行短路调零。但是如果使用者认为有必要，仍可采用外接短路片进行短路校零。
本实用新型中可同时实现电容和阻抗的量值和其正交分量的相关性，对电容而言除电容值以外可同时实现其损耗角的相关性，对电阻而言除电阻值外，可同时实现电阻时间常数之间的相关性。根据目前的通用标准件开关所能提供的低接触电阻和本发明中的连接方法以及阻抗值较高(电容值较低)的特点，并且因面板选用非导电的绝缘板而使分布参数减小，使电容和阻抗的量值和其正交分量同时实现相关性成为可能。如果增加一个或二个以上微调开关作量值微调用的补偿阻抗(如图ΔY1，ΔY2等)可使量值的标称值(面板上所标的相关值)的一致性更好，但重要的是相关性，不在于各标称值的一致性。
例如1000pF，10000pF，和0.1μF，一致性是指999.99pF，9999.9和99999pF，若具有相关性，可能一起变化，例如变为999.79pF，9997.9pF和99979pF。缺乏标准值一致性的是指似类似于999.59pF，9998.7pF和99966pF，若具有相关性，可能一起变化，例如变为999.39pF，9996.7pF和99946pF。相关性的优越性在于只需测出或提供相关值中的一个准确实际值，就可推知其余相关值的准确实际值。
不同频率下，相关值各值的标准值并不完全相同，有时标称值的一致性变化较大，因此标出本专利的装置中相关值的各值标称值，应同时标出其所使用的频率。
本实用新型通过以下的实施例来进一步说明其优点。
为便于表述，先将有关的字句释义如下1.n个等值的导纳相并联，并联后导纳值是单个导纳值的n倍，因为导纳并联就是相加，设单个导纳值为Y，Y1＝Y2＝Y3……＝Yn＝Y，并联后的导纳值为Yp则Yp＝Y1＋Y2＋……＋Yn＝nY。
2.n个等值的导纳相串联，串联后的导纳值Y是是单个导纳值Y的 。该串联后的阻抗值为Zs，应有 ，n个等值导纳相串联的阻抗值 3.当每个开关的拨动杆倒向a时，开关内的中心接头和b接通，当开关的拨动杆倒向b时，开关的中心接头就和a接通。
4、关于多值相关的说明多值相关是指除十进值相关以外，本专利的装置还提供非十进值的其它相关值，如0.11111Y，2.5Y和9Y的相关值。其中0.11111Y是由除Y10以外的9个这元件即Y1，Y2，Y3……Y9串联而成的。其中9Y是由除Y10以外的9个基本元件Y1，Y2，Y3……Y9并联而成的，而2.5Y则是将10个基本元件分为两组，第一组为Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，第二组为Y6，Y7，Y8，Y9，Y10通过开关拨动杆取向的安排先让第一组中5个基本元件并联及第二组中5个基本元件并联，并联的值均为5Y，然后第一组和第二组串联，其结果导纳值为 ，即2.5Y。
实施例1请见图3，这是本实用新型表示导纳值0.1Y(阻抗值10Z)的电路结构示意图。设导纳值为0.1Y，阻抗值为10Z，例如电容1000pF和电阻100kΩ，开关中心头k1与b1，k2与b2，k3与b3，k4与b4，k5与b5，k6与b6，k7与b7，k8与b8，k9与b9，k10与b10接通，R11与B11接通，而k12与a12接通，注意从k1到k12，除k12与a12接通外，其余开关的中心接头内部均与b接通。所有十个基本元件成串联状态。该基本元件是电容其容量10000pF，则串联后成1000pF，作测量标准值从H和L引出。
实施例2，请见图4，设导纳值为0.11111Y，阻抗值为9Z。例如电容1111.11pF和电阻90kΩ。开关中心头k1与b1，k2与b2，k3与b3，k4与b4，k5与b5，k6与b6，k7与b7，k8与b8，k9与b9，k10与b10接通。注意从k1到k12，除k10与a10，k12与a12接通外，其余开关的中心接头内部均与b接通。在本实施例中九个基本元件(除Y10外)成串联状态。该基本元件若是电容其容量为10000pF，则九个10000pF的元件相串作测量标准值，从H和L端引出。
实施例3，请见图5，设导纳值为1Y，阻抗值为1Z。例如电容10000pF和电阻10kΩ。开关中心头k1与a1，k2与a2，k3与b3，k4与a4，k5与a5，k6与b6，k7与a7，k8与a8，k9与b9，k10与a10，k11与b11而k12与a12接通。注意从k1到k12，除k3与b3，k6与b6，k9与b9，k11与b11接通外其余开关的中心接头内部均与a接通。此例中除Y10外九个基本元件分三组即第一组Y1、Y2、Y3，第二组Y4、Y5、Y6，第三组Y7，Y8，Y9，每组内三元件先并联，并联值为3Y，然后第一组，第二组和第三组相串联，最后值为Y以基本元件10000pF电容为例，从测量引出端引出的值为10000pF。
实施例4，请见图6，设导纳值为2.5Y，阻抗值为0.4Z。例如电容25000pF和电阻4kΩ。开关中心头k1与a1，k2与a2，k3与a3，k4与a4，k5与b5，k6与a6，k7与a7，k8与a8，k9与a9，k10与b10，k11与b11而k12与a12接通。注意从k1到k12，除k5与b5，k10与b10，k11与b11接通外，其余开关的中心接头内部均与a接通。此例中，十个基本元件全用上，将其分为两组即第一组Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，第二组为Y6、Y7、Y8、Y9、Y10，每组中五个元件先并联，其值为5Y，然后第一组和第二组相串联，其结果为 即2.5Y，以基本元件10000pF为例，H，L引出端的值为25000pF。
实施例5，请见图7，设导纳值为9Y，阻抗值为0.11111Z。例如电容0.09uF和电阻1.11111kΩ。开关中心头k1与a1，k2与a2，k3与a3，k4与a4，k5与a5，k6与a6，k7与a7，k8与a8，k9与b9，k10与a10，k11与b11而k12与a12接通。注意从k1到k12，除k9与b9，k11与b11接通外，其余开关的中心接头内部均与a接通。此例中，除Y10外的九个基本元件为并联状态，以基本元件10000pF为例，九个10000pF电容元件并联结束为90000pF即0.09μF，从H，L引出端引出其标准值。
实施例6，请见图8，设导纳值为10Y，阻抗值为0.1Z。例如电容0.1μF和电阻1kΩ。开关中心头k1与a1，k2与a2，k3与a3，k4与a4，k5与a5，k6与a6，k7与a7，k8与a8，k9与a9，k10与a10，k11与b11而k12与a12接通。注意从k1到k12，除k11与b11接通外，其余开关的中心接头内部均与a接通。此例中全部十个基本元件并联，以基本元件10000pF为例，从H，L引出端的标准值为0.1μF。
实施例7，请见图9，设为开路校零时状态，开关中心头k1与b1，k2与b2，k3与b3，k4与b4，k5与b5，k6与b6，k7与b7，k8与b8，k9与b9，k10与b10，k11与a11而k12与b12接通。注意从k1到k12，除k11与a11接通外，其余开关的中心接头内部均与b接通。此例中，基本元件的连接状态同图3，但两测量开关的拨杆取向与图3相反，使H端与所有元件断开，而在L侧的测量开关使成串联状态的十个基本元件与L端断开并使成串联状态的十个基本元件的一端接地。
实施例8，请见图10，设为短路校零时状态，开关中心头k1与a1，k2与a2，k3与a3，k4与a4k5与a5，k6与a6，k7与a7，k8与a8，k9与a9，k10与b10，k11与b11而k12与a12接通。注意从k1到k12，除k10与b10，k11与b11接通外，其余开关的中心接头内部均与a接通。此例中，跨接线j1、j3、j5、j7和j9接通，成串联状态并与H和L接通，形成短路状态。
实施例9，请见图11，用外部接线片作短路校零时状态，有关连接与实施例图8相同，外加接线片即可。此例中，十个基本元件全部并联并与H，L接通。
为使测量精确，可按装置上连接作微调用的开关S13、S14或S14′和补偿元件ΔY1，ΔY2，ΔY3拨动杆取向均使ΔY处于断开状态，因为装置要根据分布参数的具体情况来确定，所以图例中处于断开状态较为合适。
实施例10，请见图12，这是在本实用新型十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置上加装一个微调开关S13，在L测量点一端，该微调开关的中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接。
实施例11，附加两个开关S13和S14作微调之用。请见图13(a)。这两个微调开关S13和S14，分别接在L测量点一边和H测量点一边；其中，接在L测量点一边的微调开关，其中心抽头与L测量点的测量开关的中心相头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一边的微调开关，S14的一中心触头是连接在第十选择开关触头a10与第九基本元件接脚的连接点上，微调开关S14的b触头通过一补偿导纳ΔY3连接在第九选择开关的中心触头。也可以接成如图13(b)的样子。
实施例13，见图14，附加三个微调开关S13，S14和S14′，图中微调开关S13、S14接发与图13(a)相同，S14′的中心触头与第十选择开关的b10脚连接，S14′的b，14触头串接一补偿导纳ΔY2后与第十选择开关的a10触头连接。
综上所述，在本实用新型中装置中例如1000pF，10000pF和0.1μF三个相关的十进值，其中1000pF总是由全部10个10000pF电容元件相串联产生的，而0.1μF也总是由全部10个10000pF电容元件相并联产生的，差别在中间值的相关连接方法。除了将三组高低电位引出端合并为一组带来使用方便性外，还可实现三个十进值相关值以外更多的相关值，十进相关值中最小导纳值的小1.1111倍，中间导纳值的2.5倍和最大导纳值的0.9倍。例如原来为1000pF，10000pF和0.1μF三个十进值相关值，本实用新型中增加25000pF相关值以及1111.11pF和0.09μF(即90000pF)，重要的是25000pF这一档相关值，可以提供在十进频率的情况下，电容值和电感值之间的比较和传递。此外，由于本实用新型技术的优越性还可产生许多不相关或准相关(近似相关)的值，通过开关位置的安排和组合，产生的值，以1000pF，10000pF和0.1μF十进值相关的开关组为例，有0.08μF，0.07μF，0.06μF，0.05μF，0.04μF，0.03μF，0.02μF，9000pF，7500pF，6900pF，6000pF，5000pF，4000pF，3000pF，2000pF，2222pF，3333pF，4444pF，5454pF，6666pF，以及1666.6pF和1250pF等等。
权利要求1.十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，包括机壳、设在机壳上的面板、以及在面板上设置的测量电路；其特征在于所述的面板采用绝缘材料构成；所述的测量电路包括十个基本元件、十个选择开关及九根跨接线连接而成；所述的十个基本元件相互串联；所述的十个选择开关中第一个选择开关接在第一个基本元件之前，其中心抽头与第一个基本元件的前个接脚连接；第十个选择开关接在第九个基本元件之后，其两触头与第十个基本元件并接，并有一个触头与第九个基本元件的后个接脚连接；其余的九个选择开关的中心抽头分别连接在两相邻的基本元件之间；所述的九根跨接线中，其中第一至第七根跨接线的一端与一选择开关的一触头连接，其另一端跳过一选择开关与第三个选择开关的中心抽头连接，第八根跨接线的两端分别与第八选择开关的一触头和第十个选择开关的一触头连接，第九根跨接线的两端分别与第九选择开关的一触头和第十个选择开关的另一触头连接；还包括两个测量开关，分别接在两测量点与首尾两选择开关之间，其中，一测量开关的中心抽头与第一选择开关的中心抽头连接，其一触头与L测量点连接，另一触头与地线连接；另一测量开关的中心抽头与第十个选择开关的中心抽头连接，其一触头与H测量点连接。
2.根据权利要求1所述的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其特征在于还包括一个微调开关，在L测量点一端该微调开关的中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接。
3.根据权利要求1所述的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其特征在于还包括两个微调开关，分别接在L测量点一侧和H测量点一侧；其中，接在L测量点一侧的微调开关，其中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第二选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一侧的微调开关，其中心抽头与第十选择开关的前一个触头连接，其一触头与第九选择开关的中心抽头连接。
4.根据权利要求1所述的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其特征在于，还包括三个微调开关，其中一个接在L测量点一侧，两个接在H测量点一侧；接在L测量一点一边的微调开关，其中心抽头与L测量点的测量开关的中心抽头连接，其一触头串接一补偿阻抗第二选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一侧的一个微调开关，其中心抽头与第十选择开关的前一个触头连接，其一触头与第九选择开关的中心抽头连接；接在H测量点一侧的另一个微调开关，其中心抽头与第十选择开关的后一个触头连接，其一触头串接一补偿阻抗后与第十选择开关的前一个触头连接。
5.根据权利要求1所述的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置，其特征在于还包括一补偿阻抗，设在H测量点一端，与第十基本元件并联。
6.根据权利要求1所述的十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置其特征在于所述的基本元件是指等值导纳元件。
专利摘要十进值相关及多值相关的电容和阻抗装置,包括机壳、设在机壳上的面板、以及在面板上设置的测量电路;其特点是:面板采用绝缘材料构成;测量电路由十个基本元件、十个选择开关及九根跨接线连接而成;十个基本元件相互串联;选择开关和跨接线分别按规定与基本元件连接;还包括两个测量开关,分别接在两测量点与首尾两选择开关之间。整个装置只有一组高低电位引出端,给使用带来方便,同时使面板布局简化,面积缩小。
文档编号G01R17/00GK2470835SQ0121079
公开日2002年1月9日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者闻伍椿 申请人:上海朗鹰科技有限公司