专利名称：三量程电压测量仪的制作方法
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：
当前对于有五步进个盘的电压测量仪，转动步进开关时，为了保持电路阻值不变，它的五个步进盘都由测量盘及代换盘组成，有些电压测量仪的步进个盘还用上了辅助盘，由于有了辅助盘，增加了步进盘的开关层数，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步进盘测量数据超差，要修正步进盘的开关内层电阻是非常麻烦的。申请号200810121910. X公开了有五个步进盘的电压测量仪解决不采用辅助盘的新方法，它的五个步进盘都由测量盘及代换盘组成，不含辅助盘，每个测量盘及代换盘上都有电阻，它的五个步进盘上的测量盘与代换盘在电路中组成了桥式线路，它最大的毛病在于误差不独立，一旦测量盘某点示值超差，就无法确定是哪只电阻超差引起的，这对鉴定与维修带来不便。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种有五个步进盘的电压测量仪，它不采用桥式线路，这样误差可以独立，且后两个步进盘只有测量盘，测量盘上没有电阻，这可以降低成本，减小仪器体积。并采用三个量程，使分辨率达O. I μ V。本实用新型的技术方案这样采取从三量程电压测量仪4. 5工作电源正极经过33 Ω电阻R1、由22只4Ω电阻构成的可调电阻Rpi、调节范围在O 4. 5 Ω之间的可调电阻Rp2、调节范围在O O. 15 Ω之间的可调电阻Rp3，再经过五个步进盘回到工作电源的负极组成三量程电压测量仪工作回路；从不饱和标准电池En正极经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2到101.8 Ω调定电阻Rn和调节范围在O O. 2 Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻RP4，再经过150ΚΩ电阻R2到不饱和标准电池En负极组成三量程电压测量仪标准回路；用于连接被测量“Ux”的两个端钮，正极端钮经过五个测量盘后，再经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2到负极端钮组成三量程电压测量仪补偿回路；510 Ω电阻R11的两端电压作为运算放大器ICL7650输入信号电压，通过正反连接的两只二极管DpD2对运算放大器ICL7650输入端进行保护；运算放大器ICL7650采用反相放大方式，510Ω电阻R11的一端通过100 Ω电阻R15连接运算放大器ICL7650的反相输入端，电阻R11的另一端连接运算放大器ICL7650的同相输入端并通过100 Ω电阻R16接地，电阻R15与运算放大器ICL7650反相输入端的连接点通过IOK Ω电阻R12连接四刀三掷量程转换开关K1中IV4层的X 10量程触点，IV4层的X 10量程触点与X I量程触点间通过100ΚΩ电阻R13连接，IV4层的X I量程触点与X0. I量程触点间通过890ΚΩ电阻R14连接，运算放大器ICL7650输出端一路连接四刀三掷量程转换开关K1中IV4层的常闭触点，另一路通过电流表G后接地；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……16共17个档位，除第O、第I触点外，其余各档触点间连接10 Ω电阻一只，第二步进盘都由有0、1、2、……10共11个档位测量盘II与代换盘ΙΓ组成，测量盘II除第O、第I触点外，测量盘II与代换盘Ir各档触点间连接1Ω电阻一只，第三步进盘各由10只I Ω电阻构成的测量盘III与代换盘Iir组成，第四步进盘的测量盘IV、第五步进盘的测量盘V上的各个触点与第三步进盘中测量盘上的对应触点连接，可调电阻Rp3的低电位一端为电路节点C，电流经过节点C后分成两路一路连接第二步进盘中代换盘ΙΓ的金属接触环，代换盘ΙΓ第10触点连接测量盘I的第16触点，测量盘I的第I触点经过一只10 Ω电阻后连接测量盘II的金属接触环，测量盘I的第O触点连接测量盘II的第10触点，测量盘II的第O触点与测量盘III的第O触点连接点为电路节点A，测量盘II的第I触点经过一只I Ω电阻后连接电路节点A，第五步进盘的测量盘V的金属接触环经过100K Ω电阻R4、测量盘IV的金属接触环经过10ΚΩ电阻R5都连接于电路节点B，代换盘ΙΙΓ的第10触点经过995Ω电阻R6与电路节点B连接，电路节点A经过113. 1102 Ω电阻R3连接电路节点B ;节点C另一路通过30 Ω电阻R7连接四刀三掷量程转换开关K1中IV1层的X0. I及Xl量程触点，节点B连接四刀三掷量程转换开关K1中IV1层的X 10量程触点及K"层的X I量程触点，K1^2层的X I量程触点经过2700 Ω电阻R8后与K"层的X0. I量程触点连接，四刀三掷量 程转换开关K1中IV3层的X 10量程触点连接调定电阻Rn高电位一端，四刀三掷量程转换开关K1中Kp3层的X I量程触点经过243 Ω电阻R9后与调定电阻Rn高电位一端连接，四刀三掷量程转换开关K1中IV3层的X0. I量程触点经过240. 3 Ω电阻Rltl后与调定电阻Rn高电位一端连接，四刀三掷量程转换开关K1中IV1层、K1^2层、K1^3层这三层的常闭触点短接，用于连接被测量的“Ux”两个端钮，正极端钮与测量盘I的金属接触环连接，负极端钮经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2后与测量盘III的第10触点连接。通过以上技术方案，第一步进盘不用代换盘，第四、第五步进盘都没有代换盘，且第四、第五步进盘的测量盘上都没有电阻，五个步进盘误差独立，后两盘相同步进带来的误差一致，这给调试与维修带来方便；也使电压测量仪结构简单，体积缩小，从而降低了生产成本；当电压测量仪五个测量盘置“O”时，电压测量仪的内部线路总电势是A点电位，一点电位为“0”，所以本电压测量仪的零电势很小。
附图是本实用新型原理电路。在图I中，第二步进盘中测量盘II与代换盘IΓ上10X1 Ω的电阻，表示测量盘II与代换盘ΙΓ各由10只I Ω的电阻组成，同理测量盘I上16X10 Ω，的表示测量盘I由16只10 Ω电阻组成，可调电阻Rpi上22 X 4 Ω的表示可调电阻Rpi由22只4 Ω电阻构成。在图I中，步进盘及温度补偿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。
具体实施方式
图I中，在第二步进盘中测量盘II与代换盘11'每个步进的电阻值相同，都是I Ω，测量盘II在电路中每步进增加的电阻等于代换盘ΙΓ每步进减少的电阻，所以电路中总阻不变；电压测量仪工作电流标准化时设计成10mA。在X 10量程，从节点A到节点B阻值是100 Ω，从节点C经过五个步进盘到节点B阻值是270 Ω，三量程电压测量仪IOmA工作电流经过第一、第二步进盘到节点A后分成四路一路经过第五步进盘，一路经过第四步进盘，另一路经过第三步进盘，再一路经过113. 1102 Ω电阻R3，四路电流汇合于节点B。除经过电阻R3支路外，节点A、节点B之间各支路电阻比第五步进盘第四步进盘第三步进盘^ 100 10 1，所以，除流过电阻R3支路外，流过节点A、节点B之间各支路电流比为第五步进盘第四步进盘第三步进盘 I : 10 : 100,理想状态是让流过第五步进盘、第四步进盘与第三步进盘的总电流是I. 11mA，流过电阻R3的电流为8. 89mA,电压测量仪IOmA工作电流经过电阻R3分流，使得流过第五步进盘电流为O. OlmA,第四步进盘电流为O. ImA,第三步进盘电流为1mA。第三、第四、第五步进盘置不同示值时节点A与节点B之间阻值是变化的，第三、第四、第五步进盘置“O”示值时节点A与节点B之间阻值最小，第三、第四步进盘置“10”示值时节点A与节点B之间阻值最大，为此取中间值，当第三、第四、第五步进盘置“5”示值时节点D与节点E之间阻值在没有电阻R3并联时是(105/111+5) Ω，为了使流过第三、第四、第五步进盘的总电流是I. 11mA，用113. 1102 Ω电阻R3分流8. 89mA的电流；第三、第四、第五步进盘置“O”示值时，流过第三、第四、第五步进盘的总电流是I. 1110291mA，第三、第四、第五步进盘置“10”示值时，流过第三、第四、第五步进盘的总电流是I. 108977mA，均与理想值I. IlmA误差为千分之一点一，由于是后三盘，影响可以忽略。工作电流标准化时，第一步进盘置Ii1、第二步进盘置n2、第三步进盘置n3、第四步进盘置n4，、第五步进盘置n5，这时“U:两个测量端钮间电压为Ux= 10 X IOn^lO X n2+l Xn3+0. I Χη4+0. 01 Xn5 (mV)= lOOn^lOria+lng+O. ln4+0. Oln5 (mV)在X I量程时，从节点C经过节点A到开关K"的X I量程触点间的270 Ω电阻与30 Ω电阻R7并联，因此流过五个步进盘的电流是1mA，流过电阻R7的电流是9mA，并联减小的阻值通过串联243 Ω电阻R9来保持电路阻值不变。这时第一步进盘置Ii1、第二步进盘置n2、第三步进盘置n3、第四步进盘置n4、第五步进盘置n5，“U,两个测量端钮间电压为Ux= I X IOn1+! Xn2+0. I Xn3+0. 01 Χη4+0. 001 Xn5 (mV)= IOnJnfO. ln3+0. 01n4+0. OOln5 (mV)在X0. I量程时，从节点C经过节点A到开关K"的X0. I量程触点间的270 Ω电阻串联2700 Ω电阻R8后有2970 Ω电阻值与30 Ω电阻R7并联，是电阻R7的99倍，因此流过五个步进盘的电流是O. ImA,流过电阻R17的电流是9. 9mA,并联减小的阻值通过串联240. 3 Ω电阻Rltl来保持电路阻值不变。这时第一步进盘置Ii1、第二步进盘置112、第三步进盘置n3、第四步进盘置n4，“Ux”两个测量端钮间电压为Ux = O. I X IOnJO. I Xn2+0. 01 Xn3+0. 001 Χη4+0. 0001 Xn5 (mV)= r^+0. ln2+0. 01n3+0. 001n4+0. OOOln5 (mV)在标准回路中，为避免回路电流过大，采用150ΚΩ电阻R2来限流，由于不饱和标准电池的电动势是离散的，在I. 0188V I. 0196V之间，标准化的工作电流为10mA，因此调定电阻Rn取101. 8 Ω，外加O O. 2Ω可锁定的可调电阻Rp4，可以覆盖标准电池电动势的
变化范围。三量程电压测量仪的标准工作电流是这样获得把IV标准信号电压按极性与三量程电压测量仪“ux ”两个测量端钮连接，三量程电压测量仪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RP1、Rp2及可调电阻Rp3，使检流计G指零；再将双刀双掷开关1(2掷向右边，调节可调电阻Rp4，使检流计G指零，再重复一次后，把可调电阻Rp4锁定，这时三量程电压测量仪的工作电流就标准化。三量程电压测量仪工作电压为4. 5V，甲电池新的时候电动势约为1.65V，用旧到
I.4V以下时，电流不稳，为了使甲电池在新、旧情况下都能使电压测量仪器的工作电流调节到标准化，取固定电阻R1 = 33Ω，可调电阻RP1 = 22Χ4Ω，可调电阻RP2为O 4.5Ω，可调电阻Rp3为O O. 15Ω，这样，当工作电源电压在4. 05 4. 95V时，都可以通过调节可调电阻，把工作电流调节在10mA。三量程电压测量仪可用三组甲电池串联起来就可以作为外 接4. 5V工作电源，也可以用外接4. 5V稳压电源工作。
权利要求1.一种三量程电压测量仪，从三量程电压测量仪4.5工作电源正极经过33Ω电阻札、由22只4Ω电阻构成的可调电阻Rpi、调节范围在O 4.5 Ω之间的可调电阻Rp2、调节范围在O O. 15 Ω之间的可调电阻Rp3，再经过五个步进盘回到工作电源的负极组成三量程电压测量仪工作回路；从不饱和标准电池EN正极经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2到101. 8 Ω调定电阻Rn和调节范围在O O. 2 Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻RP4，再经过150ΚΩ电阻R2到不饱和标准电池En负极组成三量程电压测量仪标准回路；用于连接被测量“Ux”的两个端钮，正极端钮经过五个测量盘后，再经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2到负极端钮组成三量程电压测量仪补偿回路；510Ω电阻R11的两端电压作为运算放大器ICL7650输入信号电压，通过正反连接的两只二极管Dp D2对运算放大器ICL7650输入端进行保护；运算放大器ICL7650采用反相放大方式，510 Ω电阻R11的一端通过100 Ω电阻R15连接运算放大器ICL7650的反相输入端，电阻R11的另一端连接运算放大器ICL7650的同相输入端并通过100 Ω电阻R16接地，电阻R15与运算放大器ICL7650反相输入端的连接点通过IOK Ω电阻R12连接四刀三掷量程转换开关K1中Kp4层的X 10量程触点，K1^4层的X 10量程触点与X I量程触点间通过100K Ω电阻R13连接，Kp4层的X I量程触点与X0. I量程触点间通过890ΚΩ电阻R14连接，运算放大器ICL7650输出端一路连接四刀三掷量程转换开关K1中Kp4层的常闭触点，另一路通过电流表G后接地；其特征在于第一步进盘有测量盘I，它有0、1、2、……16共17个档位，除第O、第I触点外，其余各档触点间连接10Ω电阻一只，第二步进盘都由有0、1、2、……10共11个档位测量盘II与代换盘ΙΓ组成，测量盘II除第O、第I触点外，测量盘II与代换盘Ir各档触点间连接1Ω电阻一只，第三步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘III与代换盘Iir组成，第四步进盘的测量盘IV、第五步进盘的测量盘V上的各个触点与第三步进盘中测量盘上的对应触点连接，可调电阻Rp3的低电位一端为电路节点C，电流经过节点C后分成两路一路连接第二步进盘中代换盘ΙΓ的金属接触环，代换盘ΙΓ第10触点连接测量盘I的第16触点，测量盘I的第I触点经过一只10Ω电阻后连接测量盘II的金属接触环，测量盘I的第O触点连接测量盘II的第10触点，测量盘II的第O触点与测量盘III的第O触点连接点为电路节点A，测量盘II的第I触点经过一只I Ω电阻后连接电路节点A，第五步进盘的测量盘V的金属接触环经过100K Ω电阻R4、测量盘IV的金属接触环经过IOK Ω电阻R5都连接于电路节点B，代换盘ΙΙΓ的第10触点经过995 Ω电阻R6与电路节点B连接，电路节点A经过113. 1102 Ω电阻R3连接电路节点B ;节点C另一路通过30Ω电阻R7连接四刀三掷量程转换开关K1中IV1层的X0. I及Xl量程触点，节点B连接四刀三掷量程转换开关K1中IV1层的X 10量程触点及K"层的X I量程触点，K"层的Xl量程触点经过2700 Ω电阻R8后与K"层的X0. I量程触点连接，四刀三掷量程转换开关K1中Kp3层的X 10量程触点连接调定电阻Rn高电位一端，四刀三掷量程转换开关K1中IV3层的X I量程触点经过243 Ω电阻R9后与调定电阻Rn高电位一端连接，四刀三掷量程转换开关K1中IV3层的X0. I量程触点经过240. 3 Ω电阻Rltl后与调定电阻Rn高电位一端连接，四刀三掷量程转换开关K1中IV1层、K1^2层、K1^3层这三层的常闭触点短接，用于连接被测量的“U/，两个端钮，正极端钮与测量盘I的金属接触环连接，负极端钮经过两个常闭触点之间接有510 Ω电阻R11的双刀双掷开关K2后与测量盘III的第10触点连接。
专利摘要一种用于直流电压测量的三量程电压测量仪，它的第一步进盘由16只10Ω电阻构成测量盘，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘与代换盘组成，第三步进盘也是各由10只1Ω电阻构成的测量盘与代换盘组成，第四、五步进盘的各个触点与第三步进盘中测量盘上的对应触点连接，使第四、五步进盘步进盘都不需电阻，电压测量仪有三个量程，最小分辨率为0.1μV，第二步进盘采用特殊接线，使三量程电压测量仪内部引线电阻上电压降几乎为零，三量程电压测量仪测量时能够忽略零电势及热电势影响。
文档编号G01R15/08GK202433434SQ20112057381
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者孙笑声 申请人:孙笑声