专利名称：有1μV分辨率的直流电位差计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量直流电压的仪器。
背景技术：
2008年5月7日公布了ZL200510062375.1发明专利，它是一种有四个步进盘的直流电位差计，它的第三、双滑线盘各有测量盘、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10点时，双滑线盘置不同示值时电路总阻是变化的，第三步进盘置在第10点时，双滑线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第10点及不置第10点两种情况的电路连接，双滑线盘也增加了辅助盘，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，使步进盘上的开关接触电阻变差影响排除在测量回路之外。
由于第三、双滑线盘都有辅助盘，增加了第三、双滑线盘开关的层数，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、双滑线盘测量数据超差，要修正第三、双滑线盘开关的内层电阻是非常麻烦的。申请号200820120442.4比ZL200510062375.1有进步，但这二种直流电位差计的电流流经第一步进盘的代换盘电刷后，分成两路，经过各步进盘，汇合在第一步进盘的测量盘电刷；它带来的问题是第二、三、四盘上电阻的阻值都是两个相同数字组成，阻值又小，没有标准电阻可以比对；如使用过渡标准电阻，那么两只过渡标准电阻间的引线误差就难处理；因此该直流电位差计第二、三、四盘的电阻阻值很难做准确。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种有1μV分辨率的直流电位差计，当直流电位差计的步进盘开关切换时，步进盘开关切换的接触电阻及变差，开关热电势不影响测量结果；并且第三、双滑线盘都不用辅助盘。使步进盘上的电阻都被设计成阻值是10的整数次幂，可用标准电阻在电桥进行对比，这对仪器制造带来方便。同时，它也有两个量程，最小分辨率为1μV。
本实用新型的技术方案是 电流从直流电位差计4.5V工作电源正极到节点A、B之间的四个步进盘上的电阻及双刀双掷量程转换开关K1，到调定电阻和可锁定的可调电阻，再到420Ω固定电阻R0，经过调节范围在0～19Ω之间的可调电阻RP2及20个17Ω电阻组成的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成直流电位差计工作回路；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，到调定电阻及可锁定的可调电阻，再到标准电池负极组成直流电位差计标准回路；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，从正极端钮经过四个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到负极端钮组成直流电位差计的补偿回路；直流电位差计的第一步进盘有22个触点和二个定位钉，它们成15°角按圆周均布，每个触点间用100Ω电阻连接，共21个电阻组成的第I测量盘，与所有触点对应的是用和触点同种材料制成的全环，第一步进盘的电刷一端接触触点，另一端接触全环；第二步进盘由各有10个10Ω电阻组成的第II测量盘与第II′代换盘，第II测量盘的电刷与第II′代换盘的电刷间通过51Ω电阻R2连接，第三步进盘由各有10个10Ω电阻组成的第III测量盘与第III′代换盘，第III测量盘的电刷与第III′代换盘的电刷间通过110Ω电阻R3连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻丝粗细相同，材料相同，两根滑线电阻阻值范围都是0～10Ω，即始端为0Ω，末端为10Ω，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1Ω，双滑线盘刻度盘的“0”示值，也就是第IV测量盘滑线第0触点，即双滑线盘的电刷接触测量盘滑线电阻上的始端，双滑线盘刻度盘的“10”示值，也就是第IV测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触测量盘滑线电阻上的末端，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；直流电位差计工作电源正极经过节点A后又分成两个支路左边支路节点A连接第I测量盘第21触点，第I测量盘第0触点通过141Ω电阻R1后连接节点B；右边支路节点A通过1725Ω电阻R4后连接第II′代换盘第0触点，第II′代换盘第10触点连接第III′代换盘第0触点，第III′代换盘第10触点连接第IV测量盘滑线第0触点，第IV测量盘滑线第10触点，连接第III测量盘第0触点，第III测量盘第10触点连接第II测量盘第0触点，第II测量盘第10触点连接节点B；节点B连接双刀双掷量程转换开关K1的K1-2层的常闭触点，K1-2层的×1量程触点连接463Ω的调定电阻RN1，再经过调节范围在0～0.5Ω之间可锁定的可调电阻RP3，与标准电池EN负极连接，K1-2层的×0.1量程触点连接4630Ω的调定电阻RN2，再经过调节范围在0～5Ω可锁定的可调电阻RP5，与标准电池EN负极连接，标准电池EN负极连接双刀双掷量程转换开关K1的K1-1层的常闭触点，K1-1层的×1量程触点一路经过420Ω电阻R0连接调节范围在0～19Ω之间的可调电阻RP2及由20只17Ω电阻组成的可调电阻RP1后与工作电源负极连接，另一路连接由20只170Ω电阻组成的可调电阻RP6后经过13000Ω电阻Ra与K1-1层的×0.1量程触点连接；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮连接第一步进盘全环，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后连接第IV′代换盘滑线。
通过以上技术方案，在补偿回路内四只测量盘连接的线路上没有经过开关，而是用导线直接连接的，所以第一步进盘及双滑线盘的电刷切换引起阻值变化不影响测量数值，只影响检流计阻尼，且与整个补偿回路的电阻变化比起来电刷切换引起阻值变化可以忽略；第一步进盘及双滑线盘的电刷切换引起热电势及可变热电势，由于触点与全环或半环是用同种材料制成的，产生的热电势及可变热电势都大小相等方向相反，正好抵削；双滑线盘两根电阻丝产生热电势及可变热电势，由于两根电阻丝是用同种材料制成的，电刷产生的热电势及可变热电势都大小相等方向相反，也正好抵削；测量盘与代换盘上的电阻阻值都被设计成10的整数次幂，这种电阻的示值误差可以在电桥上用标准电阻比对，可提高仪器测量盘上的电阻精度，这对仪器制造带来方便，并从而也提高了电位差计整机的测量准确性。步进盘的开关触点间夹角是15°，开关一个圆周有24个触点匀布，每个步进盘的测量盘与代换盘都是0～10十一个触点，每个步进盘里测量盘与代换盘共占22个触点，每个步进盘里测量盘与代换盘需用二个定位钉把它们分开，二个定位钉占二个触点位置，因此，采用本技术方案，第二、第三两个步进盘的测量盘与代换盘上的触点及电阻都只要一层，这降低了步进盘的高度，也就减小了仪器的体积，第一步进盘的测量盘有21个电阻，也只要一层，把量程扩大了一倍多。
图1是本实用新型的一种原理电路。
在图1中，20×17Ω的可调电阻RP1表示可调电阻RP1由20只17Ω的电阻组成，同理，21×100Ω表示由21只100Ω的电阻组成，10×10Ω表示由10只10Ω的电阻组成，10×1Ω表示由10只1Ω的电阻组成。
具体实施方式
在图1中，第二、第三两只步进盘都由数量及阻值相同的测量盘与代换盘组成，每只步进盘里测量盘增加电阻，代换盘减少同样阻值的电阻，反之也一样，所以，不管步进盘置何种示值，节点A、B间左边及右边电阻值不变。
电流在第III′代换盘电刷接触的触点与第III测量盘电刷接触的触点间分成二路，一路经过电阻R3，另一路经过双滑线盘，二路电阻都是110Ω，上面电流也相同，第III′代换盘电刷接触的触点与第III测量盘电刷接触的触点之间的阻值是55Ω。
电流在第II′代换盘电刷接触的触点与第II测量盘电刷接触的触点间分成二路，一路经过51Ω电阻R2，另一路经过第三及双滑线盘，经过第三及双滑线盘的电阻是100Ω+100Ω+55Ω＝255Ω，它是51Ω电阻R2的5倍，当电阻R2上的电流是1mA时，则第三及双滑线盘上的电流各为0.1mA；第II′代换盘电刷接触的触点与第II测量盘电刷接触的触点间电阻是42.5Ω。
当四只步进盘都置“0”时，节点A、B间的左边电阻值等于2100Ω+141Ω＝2241Ω，节点A、B间的右边电阻值等于1725Ω+100Ω+42.5Ω＝1867.5Ω，2241Ω÷1867.5Ω＝1.2，当节点A、B间的左边电流为1mA时，节点A、B间的右边电流为1.2mA。
直流电位差计标准工作电流为2.2mA，节点A、B间左边电流是1mA，右边电流是1.2mA。右边电流流到与第II′代换盘电刷接触的触点后分成两个支路，一路经过第三及双滑线盘流到与第II测量盘电刷接触的触点，另一路经过第II′代换盘电刷、51Ω电阻R2到与第II测量盘电刷接触的触点，经过第三及双滑线盘的电阻阻值是经过51Ω电阻R2的5倍，所以，电阻R2上的电流是1mA，经过第三及双滑线盘的总电流是0.2mA，经过第三步进盘的电阻值和经过双滑线盘的电阻值相等，所以这两个支路电流都是0.1mA。
在×1量程，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测量盘滑线置n4，(n指-大格示值)开关K2掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为 UX＝1×100n1+1×141-1.2×10×(10-n2)-0.2×10×(n2+10-n3)-0.1×10×n3-0.1×1×(10-n4)(mv) ＝100n1+141-120+12n2-2n2-20+2n3-n3-1+0.1n4(mv) ＝100n1+10n2+n3+0.1n4(mv) 在×0.1量程时，电路中串入了20×170Ω电阻RP6及13000Ω电阻Ra，与标准电池RN对应的调定电阻RN2为4630Ω，可调电阻RP5为0～5Ω，工作回路总阻增加了10倍，标准化时工作电流变为0.22mA；这时四个步进盘的示值表达为 UX＝10n1+n2+0.1n3+0.01n4(mv)这里n指-大格示值，1小格示值为1μV。
电位差计的标准工作电流是这样确定的，在直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮按极性接上2V标准电压信号，量程转换开关K1置在“×1”量程，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RP1及RP2，使检流计指零，再将开关K2掷向右边，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，因此取样用调定电阻RN取463Ω，外加0～0.5Ω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，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，说明电压测量仪器的工作电流在“×1”量程已标准化，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，这台电压测量仪器在“×1”量程今后就以此为标准。再在直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮按极性接上200mV标准电压信号，量程转换开关K1置在“×0.1”量程，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RP6、RP1及RP2，使检流计指零，再将开关K2掷向右边，标准化的工作电流为0.22mA，因此取样用调定电阻RN2取4630Ω，外加0～5Ω可锁定的可调电阻RP5，可以覆盖标准电池电动势的变化范围，调节可调电阻RP5，使检流计再次指零，再将开关K2掷向左边，调节可调电阻RP2、RP1，使检流计指零，又将开关K2掷向右边，调节可调电阻RP5，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，说明电压测量仪器的工作电流在“×0.1”量程已标准化，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RP5锁定，这台电压测量仪器在“×0.1”量程今后就以此为标准。
干电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到1.4V以下时就放弃，为了使干电池在新、旧情况下都能使直流电位差计的工作电流调节到标准化，直流电位差计工作电压为4.5V，采用三组干电池串联，在“×1”量程由20只17Ω电阻组成可调电阻RP1，可调电阻RP2为0～19Ω及串联一个420Ω电阻R0；在“×0.1”量程增加了由20只170Ω电阻组成可调电阻RP6及13000Ω电阻Ra。
权利要求1.一种有1μV分辨率的直流电位差计，电流从直流电位差计4.5V工作电源正极到节点A、B之间的四个步进盘上的电阻及双刀双掷量程转换开关K1，到调定电阻和可锁定的可调电阻，再到420Ω固定电阻R0，经过调节范围在0～19Ω之间的可调电阻RP2及20个17Ω电阻组成的可调电阻RP1回到工作电源的负极组成直流电位差计工作回路；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，到调定电阻及可锁定的可调电阻，再到标准电池负极组成直流电位差计标准回路；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，从正极端钮经过四个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到负极端钮组成直流电位差计的补偿回路；其特征在于直流电位差计的第一步进盘有22个触点和二个定位钉，它们成15°角按圆周均布，每个触点间用100Ω电阻连接，共21个电阻组成的第I测量盘，与所有触点对应的是用和触点同种材料制成的全环，第一步进盘的电刷一端接触触点，另一端接触全环；第二步进盘由各有10个10Ω电阻组成的第II测量盘与第II′代换盘，第II测量盘的电刷与第II′代换盘的电刷间通过51Ω电阻R2连接，第三步进盘由各有10个10Ω电阻组成的第III测量盘与第III′代换盘，第III测量盘的电刷与第III′代换盘的电刷间通过110Ω电阻R3连接，第四盘为双滑线盘，两根滑线电阻丝粗细相同，材料相同，两根滑线电阻阻值范围都是0～10Ω，即始端为0Ω，末端为10Ω，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1Ω，双滑线盘刻度盘的“0”示值，也就是第IV测量盘滑线第0触点，即双滑线盘的电刷接触测量盘滑线电阻上的始端，双滑线盘刻度盘的“10”示值，也就是第IV测量盘滑线第10触点，即双滑线盘的电刷接触测量盘滑线电阻上的末端，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；直流电位差计工作电源正极经过节点A后又分成两个支路左边支路节点A连接第I测量盘第21触点，第I测量盘第0触点通过141Ω电阻R1后连接节点B；右边支路节点A通过1725Ω电阻R4后连接第II′代换盘第0触点，第II′代换盘第10触点连接第III′代换盘第0触点，第III′代换盘第10触点连接第IV测量盘滑线第0触点，第IV测量盘滑线第10触点，连接第III测量盘第0触点，第III测量盘第10触点连接第II测量盘第0触点，第II测量盘第10触点连接节点B；节点B连接双刀双掷量程转换开关K1的K1-2层的常闭触点，K1-2层的×1量程触点连接463Ω的调定电阻RN1，再经过调节范围在0～0.5Ω之间可锁定的可调电阻RP3，与标准电池EN负极连接，K1-2层的×0.1量程触点连接4630Ω的调定电阻RN2，再经过调节范围在0～5Ω可锁定的可调电阻RP5，与标准电池EN负极连接，标准电池EN负极连接双刀双掷量程转换开关K1的K1-1层的常闭触点，K1-1层的×1量程触点一路经过420Ω电阻R0连接调节范围在0～19Ω之间的可调电阻RP2及由20只17Ω电阻组成的可调电阻RP1后与工作电源负极连接，另一路连接由20只170Ω电阻组成的可调电阻RP6后经过13000Ω电阻Ra与K1-1层的×0.1量程触点连接；直流电位差计用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮连接第一步进盘全环，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后连接第IV′代换盘滑线。
专利摘要一种用于测量直流电压的有1μV分辨率的直流电位差计，它的四个步进盘都由测量盘与代换盘组成，测量盘与代换盘上的电阻阻值都是10的整数次幂，这些电阻可以用标准电阻在电桥进行对比，这就提高了电阻制造的精度，从而也提高了直流电位差计整机的测量准确性；四个测量盘间用导线直接连接，不通过开关切换，使直流电位差计测量时不存在开关接触电阻变差影响；它有二个量程，最小分辨率为1μV。
文档编号G01R17/20GK201569688SQ20092029562
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者方宁妹, 程军 申请人:程军