专利名称：三量程电压测量仪器的制作方法
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：
当前对于有五个步进盘的电压测 7量仪器，在五个步进盘之间的连接上，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；申请号200810121910. X公开了有五个步进盘的电压测量仪器解决开关接触电阻变差的新方法，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三量程电压测量仪器，它不采用桥式线路，误差可以独立，且后三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。本实用新型的技术方案这样采取电流从三量程电压测量仪器3V工作电源正极流过43Ω电阻Rtl、由22只2. 5Ω电阻构成的可调电阻Rpi、调节范围在O 2. 7 Ω之间的可调电阻Rp2、调节范围在O O. I Ω之间的可调电阻Rp3，再流过五个步进盘，又流过92. 6Ω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回到三量程电压测量仪器工作电源的负极组成三量程电压测量仪器工作回路；电流从不饱和标准电#EN正极流过两个常闭触点之间依次接有330 Ω电阻R12、2KQ电阻R13、2KQ电阻R14的双刀双掷开关K2到92. 6 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，再流过820K Ω电阻R15到不饱和标准电池En负极组成三量程电压测量仪器标准回路；电流从连接被测量“Ux”的正极端钮流过五个测量盘，再流过两个常闭触点之间接有330 Ω电阻R12、2KQ电阻R13、2KQ电阻R14的双刀双掷开关K2，到负极端钮组成三量程电压测量仪器补偿回路；运算放大器ICL7650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；330 Ω电阻R12与双刀双掷开关K2的常闭触点连接点为运算放大器ICL7650同相输入端并通过100 Ω温度补偿电阻R16接地，双刀双掷开关K1中K"层的金属接触环通过100 Ω电阻R15连接运算放大器ICL7650反相输入端，运算放大器ICL7650输出端一路通过IMΩ反馈电阻R17连接100 Ω电阻R15与运算放大器ICL7650反相输入端间的连接点，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、……18共19个档位，上面有18只10Ω电阻，除第O、第I触点外，各档触点间连接10Ω电阻一只，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘II与代换盘ΙΓ组成，第三步进盘的测量盘III，第四步进盘的测量盘IV、第五步进盘的测量盘V上的各个触点与第二步进盘中测量盘II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，节点C 一路流过2 Ω电阻R1到节点D后又分成两路，一路连接第一个步进盘测量盘I上的第18触点，测量盘I上第I触点流过一只10 Ω电阻后与第二步进盘中测量盘II的第O触点连接点为电路节点A，测量盘I上第O触点也与节点A连接；节点D另一路流过20 Ω电阻R2后连接电路节点A，测量盘V的金属接触环流过1000K Ω电阻R3、测量盘IV的金属接触环经100K Ω电阻R4、测量盘III的金属接触环流过IOK Ω电阻R5都连接于电路节点B，代换盘ΙΓ的第10触点流过990 Ω电阻R6与电路节点B连接，电路节点A流过112. 4986 Ω电阻R7连接电路节点B，节点B与1080 Ω电阻R11的一端连接于双刀三掷开关K1中IV1层的X 10量程触点，1080 Ω电阻Rn的另一端及108 Ω电阻Rltl的一端连接于双刀三掷开关K1中IV1层的X I量程触点，节点C另一路流过12 Ω电阻R8连接108 Ω电阻Rltl的另一端后再流过97. 2 Ω电阻R9与双刀三掷开关K1中IV1层的X0. I量程触点连接，双刀三掷开关K1中IV1层的金属 接触环连接调定电阻Rn高电位一端，用于连接被测量“Ux”的两个测量端钮，正极端钮与测量盘I的金属接触环连接，负极端钮连接两个常闭触点之间依次接有330 Ω电阻R12、2KQ电阻R13、2KQ电阻R14的双刀双掷开关K2后与测量盘II的第10触点连接。通过以上技术方案，第一、第三、第四、第五步进盘都没有代换盘，且第三、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，后四个步进盘相同步进误差一致，这给调试与维修带来方便；也使电压测量仪器结构简单，体积缩小，从而降低了生产成本；当电压测量仪器五个测量盘置“O”时，电压测量仪器的内部线路总电势是A点电位，一点电位为“0”，所以本电压测量仪器的零电势为零；后四个步进盘各个支路几个μ V的热电势都串联在IV电压降上，因此热电势对“Ux”的两个测量端钮影响可以忽略；补偿回路电阻几乎不变，能有效保证检流计在正常阻尼下工作，即使信号电压很小，也能获取较大的信号电流。

附图I是本实用新型原理电路。在图I中，第一步进盘测量盘I上18X10 Ω，的表示测量盘I由18只10 Ω电阻组成，同理，可调电阻Rpi上22X2. 5 Ω的表示可调电阻Rpi由22只2.5 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X 10量程，从节点C到节点A的阻值是20 Ω，节点A、B之间阻值为100 Ω，从节点C经过节点A到节点B的电阻值是120 Ω，从节点C经过电阻R8、R1(l、Rn到双刀三掷开关K1的IV1层X 10量程触点间的电阻值是1200 Ω，三量程电压测量仪器工作电流标准化时的电流是IlmA, IOmA电流流过五个步进盘到量程转换开关K1的Kw层X 10量程触点，ImA流过电阻R8、R10, R11到双刀三掷开关K1的IV1层X 10量程触点。在Xl量程，从节点C到节点A再到节点B的电阻值是120 Ω，加上电阻R11电阻值共1200 Ω，从节点C经过电阻R8、R1(i到双刀三掷开关K1的Kw层X I量程触点间的电阻值共120 Ω，所以ImA电流流过五个步进盘到量程转换开关K1的Kw层X I量程触点，IOmA流过电阻R8、Rltl、到双刀三掷开关K1的Kw层X I量程触点。[0011]在X0. I量程时，从节点C到节点A再到节点B的电阻值是120Ω，加上电阻R1(l、电阻R11电阻值共1308 Ω，是电阻R8的109倍，因此流过五个步进盘电流是三量程电压测量仪器工作电流标准化时电流的1/110，即O. 1mA。并联减小的阻值通过串联97. 2 Ω电阻R9来保持电路阻值不变。在X 10量程，IOmA工作电流在节点D分成两路，一路经过第一个步进盘的测量盘I上的电阻180 Ω，另一路经过电阻R2为20 Ω，所以，流过测量盘I电阻上的电流是ImA流过电阻R2上的电流为9mA，电压测量仪器IOmA工作电流经过节点A后分成五路一路经过测量盘III，一路经过测量盘IV，一路经过测 量盘 V，另一路经过第二步进盘，再一路经过112. 4986 Ω电阻R7,四路电流汇合于节点B。除经过电阻R7支路外，节点A、节点B之间各支路电阻比测量盘V :测量盘IV :测量盘III :第二步进盘=1000 100 : 10 : 1，所以，除流过电阻R7支路外，流过节点A、节点B之间各支路电流比为测量盘V 测量盘
IV:测量盘III :第二步进盘=I 10 100 1000，除电阻R7支路外，节点A、节点B之间电阻是1000K Ω/1111，让流过测量盘V、测量盘IV、测量盘III与第二步进盘的总电流是 I. 111mA，流过电阻 R7 的电流为 8. 889mA，则 8. 889mA X R7 = 1000K Ω/1111 X I. IllmA,电阻R7 = 112. 4986 Ω。电压测量仪器IOmA工作电流经过电阻R7分流，使得流过测量盘V电流为O. OOlmA,测量盘IV电流为O. OlmA,第三步进盘电流为O. ImA,第二步进盘电流为ImA ；当工作电流标准化后，第I测量盘掷Ii1，第II测量盘掷112，第III测量盘掷％，第IV测量盘掷n4，第V测量盘掷n5，开关K2掷向左边，这时位于测量的两个端钮间电压为Ux= I X IOn1+! Xn2+0. I Xn3+0. 01 Χη4+0. 001 Xn5 (mv)= lOr^+r^+O. 1η3+0· 01η4+0· OOln5 (mv)在Xl量程时，第一步进盘置Ii1、第二步进盘置112、第三步进盘置113、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 = 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X0. I量程时，第一步进盘置叫、第二步进盘置112、第二步进盘置113、第四步进盘置n4、第五步进盘置n5，“Ux”两个测量端钮间电压为Ux = O. 01 X IOnJO. 01 Xn2+0. 001 Χη3+0. 0001 Χη4+0. 00001 Xn5 (mv)= 0. InJO. 01n2+0. 001n3+0. 0001n4+0. OOOOln5 (mv)双刀双掷开关K2两个常闭触点之间的330 Ω电阻R12、2KQ电阻R13、2KQ电阻R14对运算放大器ICL7650输入端信号进行分压，在X 10量程，双刀双掷开关K2两个常闭触点之间信号最强，这时运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K2两个常闭触点之间信号的330/(2000+2000+330)，在X I量程，运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K2两个常闭触点之间信号的(330+2000)/(2000+2000+330)，在X0. I量程，运算放大器ICL7650输入信号取双刀双掷开关K2两个常闭触点之间全部信号。不饱和标准电池每批生产的电动势是离散的，在I. 0188V I. 0196V之间，标准化的工作电流为11mA，因此调定电阻Rn取92. 6 Ω，外加O O. 2 Ω可锁定的可调电阻RP4，可以覆盖不饱和标准电池电动势的变化范围。甲电池新的时候电动势约为I. 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，为此电阻&取430，粗调的可调电阻Rpi由22只2. 5 Ω电阻构成，中调的可调电阻Rp2取调节范围在O 2. 7 Ω之间、细调的可调电阻Rp3取调节范围在O O. 1Ω之间，这样，当工作电源电压在2. 7 3. 3V时，都可以通过调节可调电阻，把工作电流调节在11mA。工作电源可用两组甲电池串联供电，也可外接稳压电源。标准电流是这样确定的把IOOmV标准信 号电压按极性与电压测量仪器“Ux”两个測量端钮连接，电压测量仪器步进盘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Rpi，可调电阻Rp2，可调电阻RP3，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RP4，使检流计G指零，再重复一次，这时把可调电阻Rp4锁定；电压测量仪器今后使用时依此为标准。
权利要求1. 一种三量程电压测量仪器，电流从三量程电压测量仪器3V工作电源的正极流过43 Ω电阻(Rtl)、由22只2. 5 Ω电阻构成的可调电阻(Rpi)、调节范围在O 2. 7 Ω之间的可调电阻(Rp2)、调节范围在O 0.1 Ω之间的可调电阻(RP3)，再流过五个步进盘，又流过92. 6 Ω调定电阻(Rn)和调节范围在O 0.2 Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻(Rp4)回到三量程电压测量仪器工作电源的负极组成三量程电压测量仪器工作回路；电流从不饱和标准电池(En)正极流过两个常闭触点之间依次接有330 Ω电阻(R12)、2ΚΩ电阻(R13)、2ΚΩ电阻(Rp4)的双刀双掷开关(K2)到92. 6 Ω调定电阻(Rn)和调节范围在O O. 2Ω之间可锁定滑动触点的可调电阻，再流过820ΚΩ电阻(R18)到不饱和标准电池(En)负极组成三量程电压测量仪器标准回路；电流从连接被測量“ Ux”的正极端钮流过五个测量盘，再流过两个常闭触点之间接有330 Ω电阻(R12)、2ΚΩ电阻(R13)、2ΚΩ电阻(R14)的双刀双掷开关(K2),到负极端钮组成三量程电压测量仪器补偿回路；运算放大器ICL7650通过正反连接的两只ニ极管(D1)、(D2)对运算放大器ICL7650输入端进行保护；330Ω电阻(R12)与双刀双掷开关K2的常闭触点连接点为运算放大器ICL7650同相输入端并通过100 Ω温度补偿电阻(R16)接地，双刀双掷开关(K1)中(K")层的金属接触环通过100 Ω电阻(R15)连接运算放大器ICL7650反相输入端，运算放大器ICL7650输出端一路通过IM Ω反馈电阻(R17)连接100 Ω电阻(R15)与运算放大器ICL7650反相输入端间的连接点，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(1)，它有0、1、2、……18共19个档位，上面有18只10Ω电阻，除第O、第I触点外，各档触点间连接10Ω电阻ー只，第二步进盘各由10只1Ω电阻构成的测量盘(II)与代换盘(ΙΓ )组成，第三步进盘的测量盘(III)，第四步进盘的测量盘(IV)、第五步进盘的测量盘(V)上的各个触点与第二步进盘中测量盘(II)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)，节点(C) 一路流过2 Ω电阻(R1)到节点(D)后又分成两路，一路连接第一个步进盘测量盘(I)上的第18触点，測量盘(I)上第I触点流过ー只10 Ω电阻后与第二步进盘中测量盘(II)的第O触点连接点为电路节点(A)，测量盘⑴上第O触点也与节点(A)连接；节点⑶另一路流过20 Ω电阻(R2)后连接电路节点(A)，測量盘(V)的金属接触环流过1000ΚΩ电阻(R3)、測量盘(IV)的金属接触环经100ΚΩ电阻(R4)、测量盘(III)的金属接触环流过10ΚΩ电阻(R5)都连接于电路节点(B)，代换盘(ΙΓ )的第10触点流过990Ω电阻(R6)与电路节点(B)连接，电路节点(A)流过112. 4986 Ω电阻(R7)连接电路节点(B)，节点(B)与1080 Ω电阻(R11)的一端连接于双刀三掷开关(K1)中(U层的X 10量程触点，1080 Ω电阻(R11)的另一端及108Ω电阻(Rltl)的一端连接于双刀三掷开关(K1)中(IV1)层的Xl量程触点，节点(C)另一路流过12 Ω电阻(R8)连接108 Ω电阻(Rltl)的另一端后再流过97. 2 Ω电阻(R9)与双刀三掷开关(K1)中(Kw)层的Χ0. I量程触点连接，双刀三掷开关(K1)中(U层的金属接触环连接调定电阻(Rn)高电位一端，用于连接被測量“Ux”的两个测量端钮，正极端钮与测量盘(I)的金属接触环连接，负极端钮连接两个常闭触点之间依次接有330 Ω电阻(R12)、2ΚΩ电阻(R13)、2ΚΩ电阻(R14)的双刀双掷开关K2后与测量盘(II)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器，它的第一步进盘由18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、第四、五步进盘的各个触点与第二步进盘中测量盘上的对应触点连接，使第三、第四、五步进盘步进盘都不需电阻，使电压测量仪器内部引线电阻上总电压降几乎为零，电压测量仪器测量时能够忽略零电势及热电势影响。
文档编号G01R17/20GK202443049SQ20112057383
公开日2012年9月19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