专利名称：测量范围很广的电压测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对直流电压进行测量的仪器。
背景技术：
当前对于有三个测量盘的电位差计，在三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；专利号ZL200520101772.0公布了有三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、代换盘与辅助盘组成，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，由于第一步进盘不置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻是变化的，第一步进盘置在0时，第二步进盘置不同示值时电路总阻不变，为此第一步进盘除有测量盘、代换盘外，增加了辅助盘来区别步进盘置0及不置0两种情况的电路连接，第二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。两个测量盘连接后与滑线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，三个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于第一、第二步进盘都有代换盘，增加了第一、第二步进盘开关焊有电阻的层数，从而增大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种测量范围很广的电压测量装置，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，第一、第二步进盘取消代换盘，且有四个量程变换，使分辨率达0.1μV。
本实用新型的技术方案这样采取，从电压测量装置4.5V工作电源的正极经过由两个步进盘、一个双滑线盘、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350Ω电阻R0，0～16Ω可调电阻RP2及22×15Ω可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电压测量装置工作回路；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100KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量装置标准回路；用于连接被测量的“Ux”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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装置补偿回路；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；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.5Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；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90Ω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滑线III的0点的连接，测量滑线III的0点为电路节点D，电阻R1与电阻R2的连接点经过120Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过60Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过20Ω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20Ω电阻与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过60Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点”节点H一路经过120Ω电阻与第8触点连接，另一路经过10Ω电阻后到节点F再经过110Ω电阻与第9触点连接，节点F经过10Ω电阻到节点C，节点C经过100Ω电阻与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过200Ω电阻与节点D连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与12Ω量程转换电阻R14的一端并联于节点A，节点A连接电压测量装置工作电源的正极，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2000Ω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，测量滑线III第10点经过45Ω电阻R13后与10800Ω量程转换电阻R17一端的连接点为节点E，节点E与量程转换开关K1的×10量程触点连接，量程转换电阻R17的另一端与1080Ω量程转换电阻R16的一端连接量程转换开关K1的×1量程触点，量程转换电阻R16的另一端与108Ω量程转换电阻R15的一端连接后经过972Ω电阻R19与量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，量程转换电阻R15的另一端与12Ω量程转换电阻R14的另一端连接后经过1078.92Ω电阻R18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后与辅助滑线III′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，每层分布24个触点，减去两档定位，第二步进盘的辅助盘II′及测量盘II各11个触点正好分布在开关的同一层，各占半周，电阻装在开关外层，电阻超差时卸下装上容易，这给调试与维修带来方便；这样使电压测量装置结构简单，体积缩小，也降低了生产成本；在电压测量装置内部测量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，当电压测量装置三个测量盘置“0”时，电压测量装置工作电流在D点汇合，电压测量装置的零电势就是D点的零电位，在测量回路中，不存在工作电流流过引线电阻，所以本电压测量装置零电势很小；两根滑线电阻粗细材质相同，产生的热电势大小相等、方向相反，所以本电压测量装置热电势也很小，因此，在×0.01量程、分辨率为0.1μV时，本电压测量装置测量也能得到很好的重复性。
附图是本实用新型原理电路。
具体实施方式
图中，测量盘II在1～8触点之间有9只90Ω首尾相连的电阻环，当测量盘II置“4”、“5”时，测量盘II的电刷到节点D之间是5只90Ω电阻与4只90Ω电阻并联，并联后阻值最大为200Ω，测量盘II其它触点到节点D之间的阻值都要连接到200Ω，“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90Ω电阻与6只90Ω电阻并联，并联后阻值为180Ω，所以3、6触点经过20Ω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90Ω电阻与7只90Ω电阻并联，并联后阻值为140Ω，所以2、7触点经过60Ω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90Ω电阻与8只90Ω电阻并联，并联后阻值为80Ω，所以1、8触点经过120Ω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110Ω电阻加10Ω电阻再加电阻环上80Ω连接成200Ω电阻，当测量盘II置“10”时，测量盘II的电刷到节点D之间是100Ω电阻加20Ω电阻再加电阻环上80Ω连接成200Ω电阻。当测量盘II置“0”，测量盘II的电刷到节点D之间是200Ω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2200Ω的电阻并联，因此是1100Ω。
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2200Ω的电阻并联，因此是1100Ω。
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，都需要进行三角形一星形变换。
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R9两边阻值等效于电阻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)＝7×90×90/9×90Ω＝70Ω r1’＝R1×R9/(R1+R2+…+R9)＝90×90/9×90Ω＝10Ω r1”＝(R2+R3+…+R9)×R1/(R1+R2+…+R9)＝7×90×90/9×90Ω＝70Ω 辅助盘I′的电刷与节点D之间电阻值等于(2120Ω+r1)×(2120Ω+r1”)/(2×2190)Ω+r1’＝2190Ω/2+10Ω＝1095Ω+10Ω＝1105Ω 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R9两边阻值等效于电阻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＝60Ω r2’＝20Ω r2”＝120Ω 辅助盘II′的电刷与节点D之间电阻值等于(2120Ω+r2)×(2000Ω+60Ω+r2”)/(2×2180)Ω+r2’＝2180Ω/2+20Ω＝1090Ω+20Ω＝1110Ω。
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1115Ω， 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1120Ω， 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1125Ω， 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(2110/2+90)Ω＝1145Ω， 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(2100/2+100)Ω＝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，辅助盘I′的电刷与节点D之间的电阻值是1100Ω，辅助盘II′的10×5Ω电阻全部进入电路，使节点A与节点D之间的电阻值是1150Ω保持不变。
节点A经过测量盘到节点E共1200Ω，节点A经过电阻R14、电阻R15、电阻R16也1200Ω，在×10、×1量程时，电阻R17调换了位置，电路阻值不变；在×0.1量程时，节点A与节点E之间是120Ω的电阻R14电阻R15之和与13080Ω电阻并联，电路减小的阻值通过串入972Ω电阻R19保持电路阻值不变；在×0.01量程时，节点C与节点D之间是12Ω的电阻R14与13188Ω电阻并联，电路减小的阻值通过串入1078.92Ω电阻R18保持电路阻值不变； 在×10量程时，节点A经过节点D到测量滑线III第10点之间的电阻是1155Ω，加45Ω电阻R13到节点E共1200Ω，节点A经过电阻R14、电阻R15到电阻R16到节点E是12000Ω，电压测量装置工作电流标准化时的电流是2.2mA，0.2mA流过电阻R14、电阻R15、电阻R16到量程转换开关K1的×10量程触点，2m A电流从节点A经过节点D到测量滑线III第10点，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2000Ω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2000Ω电阻R12到节点F的电阻值都等于2110Ω，所以流过测量盘I与2000Ω电阻R12的电流各为1m A，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2000Ω电阻R12到节点C的电阻值都等于2100Ω，所以流过测量盘I与2000Ω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90Ω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90Ω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＝1/9×90mV＝10mV；测量盘II置“2”时电阻(R1+R2)与7只阻值同为90Ω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＝2/9×90mV＝20mV；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＝n×10mV；测量盘II置“9”时，节点F与节点D之间80Ω电阻环上的电压UHD＝80mV加10Ω电阻R10上10mV，共90mV；测量盘II置“10”时，节点C与节点D之间80Ω电阻环上的电压UHD＝80mV加10Ω电阻R10上10mV及10Ω电阻R11上10mV，共100mV；当测量盘I及测量盘II置“0”时，电流不经过电阻R9，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，工作电流标准化时，第一步进盘每步进为100mV，第二步进盘每步进为10mV，第三盘上的电流是2mA，每大格阻值是0.5Ω，每大格上的电压为2×0.5Ω＝1mV，因此每小格为100μV；当电压测量装置的两个测量端钮连接被测量，转动电压测量装置测量盘使检流计指零时，电压测量装置在两个测量端钮间的电压与被测量电压相等，这时电压测量装置测量盘上的示值即被测量的电压值。本电压测量装置在×10量程最高测量电压为2.30V，最小分辨率为100μV。
×1量程时，节点A经过节点B到测量滑线III第10点之间的1155Ω电阻串联了电阻R13、电阻R17之和是12000Ω与其并联的电阻R14、电阻R15、电阻R16之和是1200Ω，0.2mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为 Ux＝10n1+1n2+0.1n3 (mV) ×0.1量程时，节点A经过节点B到测量滑线III第10点之间电阻串联了电阻R13、电阻R17及电阻R16之和是13080Ω与其并联的电阻R14、电阻R15之和是120Ω，阻值比为109倍，流过电阻R14、电阻R15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R14、电阻R15，0.02mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为 Ux＝n1+0.1n2+0.01n3 (mV) ×0.01量程时，节点A经过节点B到测量滑线III第10点之间电阻串联了电阻R13、电阻R17、电阻R16及电阻R15之和是13188Ω与其并联的电阻R14是12Ω，阻值比为1099倍，因此2.198mA电流流过电阻R14，0.02mA电流流过辅助盘II′的第10点经过节点B到测量滑线III第10点，当第一步进盘置n1、第二步进盘置n2、第三盘置n3(n3表示大格示值)这时“Ux”两个测量端钮间电压为 Ux＝0.1n1+0.01n2+0.001n3 (mV) 第三盘n3的1μV为1大格值，每小格为0.1μV。
每批生产的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。
电压测量装置采用3组干电池供电，干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.4V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装置的工作电流调节到标准化，为此电阻R0取350Ω。取可调电阻RP1为22×15Ω，可调电阻RP2为0～16Ω。
标准电流是这样确定的把2V标准信号电压按极性与电压测量装置“Ux”两个测量端钮连接，电压测量装置各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，这时把可调电阻RP3锁定；电压测量装置今后使用时依此为标准。
权利要求1.一种测量范围很广的电压测量装置，从电压测量装置4.5V工作电源的正极经过由两个步进盘、一个双滑线盘、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350Ω电阻R0，0～16Ω可调电阻RP2及22×15Ω可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电压测量装置工作回路；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100KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量装置标准回路；用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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装置补偿回路；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；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是5Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为0.5Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；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90Ω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滑线III的0点的连接，测量滑线III的0点为电路节点D，电阻R1与电阻R2的连接点经过120Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过60Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过20Ω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R8的连接点与第5触点连接，电阻R6与电阻R7的连接点经过20Ω电阻与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过60Ω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120Ω电阻与第8触点连接，另一路经过10Ω电阻后到节点F再经过110Ω电阻与第9触点连接，节点F经过10Ω电阻到节点C，节点C经过100Ω电阻与第10触点连接，测量盘II的“0”触点经过200Ω电阻与节点D连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10×5Ω的电阻；辅助盘II′第10触点与12Ω量程转换电阻R14的一端并联于节点A，节点A连接电压测量装置工作电源的正极，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2000Ω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，测量滑线III第10点经过45Ω电阻R13后与10800Ω量程转换电阻R17一端的连接点为节点E，节点E与量程转换开关K1的×10量程触点连接，量程转换电阻R17的另一端与1080Ω量程转换电阻R16的一端连接量程转换开关K1的×1量程触点，量程转换电阻R16的另一端与108Ω量程转换电阻R15的一端连接后经过972Ω电阻R19与量程转换开关K1的×0.1量程触点连接，量程转换电阻R15的另一端与12Ω量程转换电阻R14的另一端连接后经过1078.92Ω电阻R18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后与辅助滑线III′连接。
专利摘要一种测量范围很广的电压测量装置，它的第一步进盘由21×100Ω的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9×90Ω环形电阻及二只10Ω电阻网构成测量盘，由10×5Ω电阻构成辅助盘，第三盘为双滑线盘，两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电压测量装置在直流电压测量时不存在变差及热电势影响，且省去了第一及第二步进盘的代换盘，本电压测量装置有×10、×1、×0.1、×0.01四个量程，最测量电压达2.31V，高小分辨率为0.1μV。
文档编号G01R19/00GK201035084SQ20072010990
公开日2008年3月12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, 李 方 申请人:张春雷