专利名称：0.1μV分辨率的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：
当前对于有五个步进盘的电压测量仪，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，増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測量数据超差，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误差超过允许范围，就无法确定问题出自哪只电阻上，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ー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測量盘，测量盘上没有电阻，这可以降低成本，减小仪器体积。并采用两个量程，使分辨率达O. I μ V。本实用新型的技术方案这样采取从电压测量仪3V工作电源正极经过40 Ω电阻Rtl、由21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 O. 15Ω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电压测量仪工作回路；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，再经过150ΚΩ电阻R3到标准电池En负极组成电压测量仪标准回路；用于连接被測量“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检流计G的双刀双掷开关も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有测量盘I，它有O、I、2、……23共24个挡位，除第O、第I触点外，其余各挡触点间连接I Ω电阻ー只，第二步进盘由有0、1、2、……10共11个挡位的测量盘II与有O、1、2、……10共11个挡位的代换盘ΙΓ组成，测量盘II除第O、第I触点外，测量盘II与代换盘ΙΓ各挡触点间连接O. I Ω电阻ー只，第三步进盘由10只O. I Ω电阻构成的测量盘III与由10只O. I Ω电阻构成的代换盘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Ir第10触点连接测量盘I的第23触点，测量盘I的第I触点经过ー只I Ω电阻后连接测量盘II的金属接触环，測量盘I的第O触点连接测量盘II的第10触点，測量盘II的第O触点与測量盘III的第O触点连接点为电路节点A，测量盘II的第I触点经过ー只O. 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IOOK Ω电阻R4后与测量盘IV的金属接触环经过10ΚΩ电阻R5后连接于电路节点B，代换盘ΙΙΓ的第10触点经过999Ω电阻R6与电路节点B连接，电路节点A经过112. 486 Ω电阻R3连接电路节点B ;另一路经过124 Ω电阻R1与1116 Ω电阻R2的一端与单刀双掷开关K1的X0. I量程触点连接，1116 Ω电阻R2的另一端与节点B连接单刀双掷开关K1的X I量程触点；单刀双掷开关K1的常闭触点经过92. 6Ω调定电阻Rn和可调电阻Rp4后与电压测量仪工作电源的负极连接；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”吋，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ΙΓ上10X0. 1Ω的电阻，表示测量盘II与代换盘Ir各由10只O. I Ω的电阻组成，同理测量盘I上23X I Ω，的表示测量盘I由23只I Ω电阻组成，可调电阻Rpi上21 X 2. 5 Ω的表示可调电阻Rpi由21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O. I Ω，测量盘II在电路中每步进増加的电阻等于代换盘ΙΓ每步进減少的电阻，所以电路中总阻不变；第三步进盘用测量盘III与代换盘Iir来保持电路总阻不变原理同第二步进盘。电压测量仪工作电流标准化时设计成11mA，在X I量程吋，从节点C经过五个步进盘到节点B阻值是124 Ω，从节点C经过电阻R2节点B阻值是1240 Ω，所以IOmA工作电流 流经五个步进盘，ImA工作电流流经电阻R1、电阻R2 ;在X0. I量程时，从节点C经过五个步进盘到节点B阻值是124 Ω，串联1116 Ω电阻R2后的阻值是1240 Ω，所以ImA工作电流流经五个步进盘，IOmA工作电流流经电阻R1 ；在Xl量程吋，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测量盘IV，一路经过测量盘V，另一路经过第三步进盘，再一路经过112. 486 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之间各支路电阻比测量盘V :测量盘IV :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测量盘V :测量盘IV :第三步进盘=I 10 100，除电阻R3支路外，节点A、节点B之间电阻是100ΚΩ/111，让流过测量盘V、测量盘IV与第三步进盘的总电流是I. 11mA，流过电阻R3的电流为8. 89mA，则8. 89mAXR3 =IOOK Ω/111 X I. 11mA，电阻R3 = 112. 486 Ω。电压测量仪IOmA工作电流经过电阻R3分流，使得流过测量盘V电流为O. 01mA，测量盘IV电流为O. 1mA，第三步进盘电流为ImA ;各个步进盘置不同示值时节点A与节点B之间阻值是变化的，节点A与节点B之间阻值用电阻Rab表示，各步进盘电阻变量为 X，则 I/Rab = I/ (100K Ω +X) +1/ (10K Ω +X) +1/1K Ω +889/100K Ω两边求导(I/Rab) ' = {I/ (100K+X) +1/(10K+X) +1/(1000) +889/100K}'-Rab' /Rab2 = {-1/(100Κ+Χ)2-1/(10Κ+Χ)2+0+0}Rab' = {I / (100Κ+Χ) 2+1/ (10Κ+Χ)2} Rab2Rab的导数是正值，所以第三步进盘电阻变量增大时，节点A与节点B之间总阻值Rab是增大的。各个步进盘置“O”示值时节点A与节点B之间阻值最小，这时节点Α、Β之间阻值为100 Ω，各个步进盘置“ 10”示值时节点A与节点B之间阻值Rab最大，这时节点Α、B之间阻值Rab约为100. 002 Ω，比最小示值大了十万分之ニ，因此，当电压测量仪精度不高于万分之ニ时，不管各个步进盘置何示值，节点Α、B之间阻值变化都可以忽略。在标准回路中，为避免回路电流过大，采用150ΚΩ电阻R3来限流，由于不饱和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，可以覆盖标准电池电动势的变化范围。电压测量仪的标准工作电流是这样获得把200mV标准信号电压按极性与电压测量仪“Ux”两个测量端钮连接，电压测量仪各步进盘总示值与标准信号电压值相同，双刀双掷开关も掷向左边，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K2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，这时电压测量仪的工作电流就标准化。甲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Rtl取40 Ω，粗调的可调电阻Rpi由21只2. 5Ω电阻构成，中调的可调电阻Rp2取调节范围在O 2. 7Ω之间、细调的可调电阻Rp3取调节范围在O O. 15 Ω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，工作电源可采用两组甲电池串联供电，也可以外接稳压电源。
权利要求1.ー种O. I μ V分辨率的电压测量仪，从电压测量仪3V工作电源正极经过40 Ω电阻R。、由21只2. 5Ω电阻构成的可调电阻Rpi、调节范围在O 2. 7Ω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电压测量仪工作回路；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，再经过150ΚΩ电阻R3到标准电池En负极组成电压测量仪标准回路；用于连接被測量“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有测量盘I，它有.0、1、2、……23共24个挡位，除第O、第I触点外，其余各挡触点间连接I Ω电阻ー只，第二步进盘由有0、1、2、……10共11个挡位的测量盘II与有O、1、2、……10共11个挡位的代换盘ΙΓ组成，測量盘II除第O、第I触点外，測量盘II与代换盘ΙΓ各挡触点间连接.O.I Ω电阻ー只，第三步进盘由10只O. I Ω电阻构成的测量盘III与由10只O. I Ω电阻构 成的代换盘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23触点，测量盘I的第I触点经过ー只I Ω电阻后连接测量盘II的金属接触环，測量盘I的第O触点连接测量盘II的第10触点，測量盘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触点经过ー只O. 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后与测量盘IV的金属接触环经过10ΚΩ电阻R5后连接于电路节点B，代换盘ΙΙΓ的第10触点经过999Ω电阻R6与电路节点B连接，电路节点A经过112. 486 Ω电阻R3连接电路节点B ;另一路经过.124 Ω电阻R1与1116 Ω电阻R2的一端与单刀双掷开关K1的X0. I量程触点连接，1116 Ω电阻R2的另一端与节点B连接单刀双掷开关K1的X I量程触点；单刀双掷开关K1的常闭触点经过92. 6Ω调定电阻Rn和可调电阻Rp4后与电压测量仪工作电源的负极连接；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有0.1μV分辨率的电压测量仪，它的第一步进盘由23只1Ω电阻构成测量盘，第二步进盘各由10只0.1Ω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0.1Ω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，电压测量仪有二个量程，最小分辨率为0.1μV，第二步进盘采用特殊接线，使电压测量仪内部引线电阻上电压降几乎为零，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G01R17/20GK202453403SQ20112057380
公开日2012年9月26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