专利名称：有0.01μV分辨率的电压测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量直流电压的仪器。
背景技术：
申请号200510062369. 6公布了有四只步进盘电压测量仪，它的第三、第四步进盘 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，由于第三步进盘不置在第io触点时，第四步进盘置不同示 值时电路总阻是变化的，第三步进盘置在第io触点时，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第三步进盘置第10触 点及不置第IO触点两种情况的电路连接，第四步进盘也增加了辅助盘，上面有IO只电阻来 分别接入或切出若干个电阻使电路总阻不变。四只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，四只测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不 产生变差；也解决了开关的热电势与接触可变热电势影响。 由于第三、第四步进盘都有辅助盘，增加了第三、第四步进盘开关的层数，从而增 大了仪器的体积，也使开关及仪器结构变得复杂，特别是仪器检定过程中如果发现第三、第 四步进盘测量数据超差，要修正第三、第四步进盘开关的内层电阻是非常麻烦的。
发明内容
本发明的目的是，是设计一种有三只步进盘与一只双滑线盘的电压测量仪，它测 量开关步进切换的接触电阻及变差，开关热电势不影响测量结果；并且三只步进盘与一只 滑线盘都不用辅助盘。 本发明采用的技术方案是电流从电压测量仪4. 5V工作电源的正极经过一只双 滑线盘与三只步进盘上的电阻网络到量程转换电阻及三刀四掷量程转换开关&，到926Q 调定电阻RN和调节范围在0 2 Q的可调电阻RP3，再到190 Q电阻R。，经过0 35 Q的 可调电阻RP2及22只30 Q电阻组成的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电压测量仪 工作回路；从标准电池EN正极经过两个常闭触点间接有检流计G双刀双掷开关K2，到调定
电阻RN及可锁定的可调电阻Rp3，再到标准电池负极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪
用于连接被测量"U/，的两个端钮，正极端钮经过一只测量盘滑线与三只测量盘的电阻网络 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 补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20X 1000/11 Q的第I测量盘与第I'代换盘组 成，第二步进盘由各有10X11Q的第n测量盘与第ir代换盘组成，在第二步进盘上测量 盘的电刷与代换盘的电刷经过12. 1Q电阻&连接，第三步进盘由各有10X10Q的第III 测量盘与第III'代换盘组成，在第三步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过导线连 接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0 11 Q ，即始端为0 Q ，末端为11 Q ， 其中一根为第IV测量盘滑线，另一根为第IV'代换盘滑线，双滑线盘的刻度盘标有0、1、 2、……10十一个示值点的10个大格，每大格有不标数字均匀分布的10小格，每大格对应阻值为1. 1Q，双滑线盘刻度盘的"0"示值，也就是第IV'代换盘滑线及第IV测量盘滑线 第0触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的始端，双滑线盘刻度盘的"10"示值，也就是 第IV'代换盘滑线及第IV测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的末 端，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第I'代换盘第20触点连接第II'代换盘 第10触点，第II'代换盘第O触点连接第IV'代换盘滑线第10触点，第IV测量盘滑线第 0触点连接第II测量盘第10触点，第II测量盘第0触点经过一只2000/11 Q电阻&后 与第I测量盘第O触点连接，第I'代换盘第O触点经过一只212210/11 Q电阻&后与第
nr代换盘第o触点连接，第in测量盘第io触点与第i测量盘第20触点连接；第r
代换盘电刷经过8490/11 Q电阻R4后与300Q电阻巧的一端及30Q电阻r3的一端并联 在电压测量仪工作电源正极，电阻巧的另一端连接量程转换开关&的K卜工层的X 1量程触 点，电阻r3的另一端连接量程转换开关&的工层的XO. 1量程及XO. 01量程触点，IV2 层的X 1量程触点及第I测量盘电刷连接量程转换开关&的IV工层X 10量程触点；IV2层 的XO. 1量程触点通过270 Q电阻r4与2层的X 1量程触点连接，IV2层的XO. 01量程 触点通过27000 Q电阻r5与K卜2层的XO. 1量程触点连接，3层的XO. 1量程触点与3 层的XO. 01量程触点通过0. 27 Q电阻r6连接，3层的XO. 01量程触点与K卜3层的X 1 量程触点通过240. 03 Q电阻r7连接，K卜3层的X 1量程触点通过2430 Q电阻r2与K卜3层 的X 10量程触点连接，连接后再接在调定电阻Rw的高电位端，三刀四掷量程转换开关I^的 IV工层、K卜2层、IV3层的三个常闭触点短接；电压测量仪用于连接被测量"U/，的两个端钮， 正极端钮连接第IV测量盘滑线第10触点，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&后与第III测量盘第O触点连接。 通过以上技术方案，三只步进盘与一只双滑线盘都不用辅助盘，这使电压测量仪 的开关结构简单，体积縮小，整台仪器外型尺寸也减小许多，降低了生产成本；仪器用于测 量部分的测量盘是用导线连接的，接触电阻及变差不在补偿回路内，影响的只是电压测量 仪工作回路总阻，由于总阻阻值很大，所以变差可以忽略，几个P V的热电势影响的是电源 电压，因此影响可以忽略，零电势可增大滑线盘与第I测量盘之间引线电阻来修正。
图1是本发明的原理电路。 在图1中，22 X 30 Q的可调电阻RP1，表示可调电阻RP1由22只30 Q的电阻组成， 同理，20X 1000/11 Q表示由20只1000/11 Q的电阻组成，10 X 10 Q表示由10只10 Q的 电阻组成，10X11Q表示由10只11 Q的电阻组成。
具体实施例方式
在图1中，X 10量程时，当三只步进盘与一只双滑线盘都置"O"时，第一步进盘两 把电刷间左边电阻值等于2121 Q ，右边电阻值等于21210 Q ，因此，第一步进盘两把电刷间 总电流的10/11左边流动，1/11右边流动。当三只步进盘与一只双滑线盘置其它触点时，每 只测量盘增加的电阻等于代换盘减少的电阻，所以第一步进盘两把电刷间左、右两边电阻 值不变。在XI量程时，第一步进盘两把电刷间总电阻为21210/11Q，加上8490/11 Q电
4阻尺4，共2700 Q，阻值为300 Q的电阻巧与2700Q电阻并联，使流过第一步进盘两把电刷 间的电流减小到X10量程时的1/10，则量限降低到X10量程时的1/10，电阻^与第一步
进盘两把电刷间电阻串联电阻R4后的总电阻并联，并联后使电阻值减小，因此在电路中串
入2430Q电阻^来保持总电阻不变。在XO. l量程，第一步进盘两把电刷间的电阻加电 阻R4总阻串联电阻r4后，以99倍于电阻r3的阻值与电阻r3并联，使流过测量盘电流减少 到X10量程的1/100，使量限降低到X 10量程的1/100，并联使阻值减少，通过在电压测量 仪电路中串联进电阻r6、电阻r7加电阻r2来保持总阻值不变；在XO. 01量程，第一步进盘 两把电刷间的电阻加电阻R4总阻串联电阻r4、电阻r5后，以999倍于电阻r3的阻值与电阻 r3并联，使流过测量盘电流减少到X 10量程的1/1000，使量限降低到X 10量程的1/1000， 并联使阻值减少，通过在电压测量仪电路中串联进电阻r7加电阻r2来保持总阻值不变；
电压测量仪标准工作电流为1. lmA， X 10量程，第一步进盘两把电刷间左边电流 lmA，右边电流O. lmA，左边电流流到与第II'代换盘电刷接触的触点后分成电流相等的两 个支路，一路经过第II'代换盘电刷、12. 1Q电阻Ry到与第II测量盘电刷接触的触点，这 个支路电阻值是12. 1 Q ，另一路经过双滑线盘后到与第II测量盘电刷接触的触点，这个支 路电阻值是121 Q ，因此，12. 1 Q电阻1 2上的电流是10/11mA，双滑线盘上的电流是1/1 lmA。
当工作电流标准化后，第I测量盘置rv第II测量盘置!12，第III测量盘置!13，第 IV测量盘置n4，开关K2掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为
Ux= 1/11X1. ln4+l/llX 11 X 10+10/11 Xllr^+lXRi+lXlOOOn/ll-O. 1X1000/1 IX (20 -n》-0. 1X10X (10-n3) (mv) = 0. ln4+10+10n2+2000/ll+1000n/11-2000/1 l+100n乂ll-10+ri3 (mv) = +1000^/1 l+100n乂l l+10n2+n3+0. ln4+10+2000/l 1-2000/11-10 (mv) = lOOr^+lOWO. ln4(mv) 在XI量程时，三只步进盘与一只滑线盘的示值表达为
Ux = 10W0. ln3+0. 01n4(mv) 在XO. 1量程时，三只步进盘与一只滑线盘的示值表达为
Ux = n,O. ln2+0. 0 ln3+0. 00 ln4 (mv) 在XO. 01量程时，三只步进盘与一只滑线盘的示值表达为 Ux = 100n,10n2+n3+0. ln4 (ii V) 其中n4是1大格的示值，每小格刻度为0. 01 V。 内附标准是这样校准的在"U/两端的两个测量端钮按极性接上2V标准电压信 号，开关K2掷向左边，测量盘示值与标准电压值相同，通过调节工作电流调节电阻RM及 RP2，使检流计指零，再将开关K2掷向右边，不饱和标准电池的电动势在生产厂出厂时是离散 的，在1. 0188 1. 0196V之间，取样用调定电阻RN的阻值是926Q，串联了0 2Q可调电 阻RP3，调节可调电阻RP3，使检流计再次指零，再将开关K2掷向左边，调节可调电阻RP2，使检 流计指零，又将开关K2掷向右边，调节可调电阻RP3，使检流计指零，当开关K2掷向左边及掷 向右边不作调节检流计均指零时，说明电压测量仪的工作电流就标准化，即调定电阻上的 压降与不饱和标准电池EN的电动势已经相等，这时将可调电阻RP3锁定，这台电压测量仪今 后就以此为标准。
电压测量仪工作电压为1. 5V，由于干电池每节稳定电动势在1. 4V 1. 65V之间， 采用三组电池供电，为实现电源电压在4. 2V 4. 95V均能把电压测量仪工作电流调整到标 准状态，取电阻R。二 190Q，由22只30Q的电阻组成可调电阻RP1，可调电阻RP2调节范围 在0 35Q之间。
权利要求
一种有0.01μV分辨率的电压测量仪，电流从电压测量仪4.5V工作电源的正极经过一只双滑线盘与三只步进盘上的电阻网络到量程转换电阻及三刀四掷量程转换开关K1，到926Ω调定电阻RN和调节范围在0～2Ω的可调电阻RP3，再到190Ω电阻R0，经过0～35Ω的可调电阻RP2及22只30Ω电阻组成的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成电压测量仪工作回路；从标准电池EN正极经过两个常闭触点间接有检流计G双刀双掷开关K2，到调定电阻RN及可锁定的可调电阻RP3，再到标准电池负极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮经过一只测量盘滑线与三只测量盘的电阻网络后，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补偿回路；其特征在于第一步进盘由各有20×1000/11Ω的第I测量盘与第I′代换盘组成，第二步进盘由各有10×11Ω的第II测量盘与第II′代换盘组成，在第二步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过12.1Ω电阻R2连接，第三步进盘由各有10×10Ω的第III测量盘与第III′代换盘组成，在第三步进盘上测量盘的电刷与代换盘的电刷经过导线连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻阻值范围都是0～11Ω，即始端为0Ω，末端为11Ω，其中一根为第IV测量盘滑线，另一根为第IV′代换盘滑线，双滑线盘的刻度盘标有0、1、2、……10十一个示值点的10个大格，每大格有不标数字均匀分布的10小格，每大格对应阻值为1.1Ω，双滑线盘刻度盘的“0”示值，也就是第IV′代换盘滑线及第IV测量盘滑线第0触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的始端，双滑线盘刻度盘的“10”示值，也就是第IV′代换盘滑线及第IV测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触滑线电阻上的末端，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第I′代换盘第20触点连接第II′代换盘第10触点，第II′代换盘第0触点连接第IV′代换盘滑线第10触点，第IV测量盘滑线第0触点连接第II测量盘第10触点，第II测量盘第0触点经过一只2000/11Ω电阻R1后与第I测量盘第0触点连接，第I′代换盘第0触点经过一只212210/11Ω电阻R3后与第III′代换盘第0触点连接，第III测量盘第10触点与第I测量盘第20触点连接；第I′代换盘电刷经过8490/11Ω电阻R4后与300Ω电阻r1的一端及30Ω电阻r3的一端并联在电压测量仪工作电源正极，电阻r1的另一端连接量程转换开关K1的K1-1层的×1量程触点，电阻r3的另一端连接量程转换开关K1的K1-1层的×0.1量程及×0.01量程触点，K1-2层的×1量程触点及第I测量盘电刷连接量程转换开关K1的K1-1层×10量程触点；K1-2层的×0.1量程触点通过270Ω电阻r4与K1-2层的×1量程触点连接，K1-2层的×0.01量程触点通过27000Ω电阻r5与K1-2层的×0.1量程触点连接，K1-3层的×0.1量程触点与K1-3层的×0.01量程触点通过0.27Ω电阻r6连接，K1-3层的×0.01量程触点与K1-3层的×1量程触点通过240.03Ω电阻r7连接，K1-3层的×1量程触点通过2430Ω电阻r2与K1-3层的×10量程触点连接，连接后再接在调定电阻RN的高电位端，三刀四掷量程转换开关K1的K1-1层、K1-2层、K1-3层的三个常闭触点短接；电压测量仪用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮连接第IV测量盘滑线第10触点，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后与第III测量盘第0触点连接。
全文摘要
一种用于直流电压测量的有0.01μV分辨率的电压测量仪，它的三只步进盘与一只滑线盘，三只测量盘与一只测量盘滑线间用导线直接连接，不通过开关切换，使电压测量仪测量时不存在变差及热电势影响，每只盘都由阻值相同的电阻组成测量盘与代换盘，都不用辅助盘，使整台仪器体积缩小；通过分流电阻，获得四个量程变换，最小分辨率为0.01μV。
文档编号G01R17/20GK101788585SQ200910259078
公开日2010年7月28日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者骆晓英 申请人:骆晓英