專利名稱：0.1μV分辨率的電壓測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對直流電壓進(jìn)行測量的儀器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前對于有五個(gè)步進(jìn)盤的電壓測量儀，轉(zhuǎn)動步進(jìn)開關(guān)時(shí)，為了保持電路阻值不變，它的五個(gè)步進(jìn)盤都由測量盤及代換盤組成，有些電壓測量儀的步進(jìn)個(gè)盤還用上了輔助盤，由于有了輔助盤，増加了步進(jìn)盤的開關(guān)層數(shù)，從而增大了儀器的體積，也使開關(guān)及儀器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，特別是儀器檢定過程中如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)盤測量數(shù)據(jù)超差，要修正步進(jìn)盤的開關(guān)內(nèi)層電阻是非常麻煩的。申請?zhí)?00810121910. X公開了有五個(gè)步進(jìn)盤的電壓測量儀解決不采用輔助盤的新方法，它的五個(gè)步進(jìn)盤都由測量盤及代換盤組成，不含輔助盤，每個(gè)測量盤及代換盤上都有電阻，它的五個(gè)步進(jìn)盤上的測量盤與代換盤在電路中組成了橋式線路，它最大的毛病在于誤差不獨(dú)立，一旦測量盤某點(diǎn)示值誤差超過允許范圍，就無法確定問題出自哪只電阻上，這對鑒定與維修帶來不便?！?br>
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)ー種有五個(gè)步進(jìn)盤的電壓測量儀，它不采用橋式線路，這樣誤差可以獨(dú)立，且后兩個(gè)步進(jìn)盤只有測量盤，測量盤上沒有電阻，這可以降低成本，減小儀器體積。并采用兩個(gè)量程，使分辨率達(dá)O. I μ V。本實(shí)用新型的技術(shù)方案這樣采取從電壓測量儀3V工作電源正極經(jīng)過40 Ω電阻Rtl、由21只2. 5 Ω電阻構(gòu)成的可調(diào)電阻Rpi、調(diào)節(jié)范圍在O 2. 7 Ω之間的可調(diào)電阻Rp2、調(diào)節(jié)范圍在O O. 15Ω之間的可調(diào)電阻Rp3，再經(jīng)過五個(gè)步進(jìn)盤回到工作電源的負(fù)極組成電壓測量儀工作回路；標(biāo)準(zhǔn)電池En正極經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)K2到92. 6 Ω調(diào)定電阻Rn和調(diào)節(jié)范圍在O 0.2 Ω之間可鎖定滑動觸點(diǎn)的可調(diào)電阻Rp4，再經(jīng)過150ΚΩ電阻R3到標(biāo)準(zhǔn)電池En負(fù)極組成電壓測量儀標(biāo)準(zhǔn)回路；用于連接被測量“Ux”的兩個(gè)端鈕，正極端鈕經(jīng)過五個(gè)測量盤后，再經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)も到負(fù)極端鈕組成電壓測量儀補(bǔ)償回路；其特征在于第一步進(jìn)盤有測量盤I，它有O、I、2、……23共24個(gè)擋位，除第O、第I觸點(diǎn)外，其余各擋觸點(diǎn)間連接I Ω電阻ー只，第二步進(jìn)盤由有0、1、2、……10共11個(gè)擋位的測量盤II與有O、1、2、……10共11個(gè)擋位的代換盤ΙΓ組成，測量盤II除第O、第I觸點(diǎn)外，測量盤II與代換盤ΙΓ各擋觸點(diǎn)間連接O. I Ω電阻ー只，第三步進(jìn)盤由10只O. I Ω電阻構(gòu)成的測量盤III與由10只O. I Ω電阻構(gòu)成的代換盤Iir組成，第四步進(jìn)盤的測量盤IV、第五步進(jìn)盤的測量盤V上的各個(gè)觸點(diǎn)與第三步進(jìn)盤中測量盤上的對應(yīng)觸點(diǎn)連接，可調(diào)電阻Rp3的低電位一端為電路節(jié)點(diǎn)C，電流經(jīng)過節(jié)點(diǎn)C后分成兩路一路連接第二步進(jìn)盤中代換盤ΙΓ的金屬接觸環(huán)，代換盤Ir第10觸點(diǎn)連接測量盤I的第23觸點(diǎn)，測量盤I的第I觸點(diǎn)經(jīng)過ー只I Ω電阻后連接測量盤II的金屬接觸環(huán)，測量盤I的第O觸點(diǎn)連接測量盤II的第10觸點(diǎn)，測量盤II的第O觸點(diǎn)與測量盤III的第O觸點(diǎn)連接點(diǎn)為電路節(jié)點(diǎn)A，測量盤II的第I觸點(diǎn)經(jīng)過ー只O. I Ω電阻后連接電路節(jié)點(diǎn)A，第五步進(jìn)盤的測量盤V的金屬接觸環(huán)經(jīng)過IOOK Ω電阻R4后與測量盤IV的金屬接觸環(huán)經(jīng)過10ΚΩ電阻R5后連接于電路節(jié)點(diǎn)B，代換盤ΙΙΓ的第10觸點(diǎn)經(jīng)過999Ω電阻R6與電路節(jié)點(diǎn)B連接，電路節(jié)點(diǎn)A經(jīng)過112. 486 Ω電阻R3連接電路節(jié)點(diǎn)B ;另一路經(jīng)過124 Ω電阻R1與1116 Ω電阻R2的一端與單刀雙擲開關(guān)K1的X0. I量程觸點(diǎn)連接，1116 Ω電阻R2的另一端與節(jié)點(diǎn)B連接單刀雙擲開關(guān)K1的X I量程觸點(diǎn)；單刀雙擲開關(guān)K1的常閉觸點(diǎn)經(jīng)過92. 6Ω調(diào)定電阻Rn和可調(diào)電阻Rp4后與電壓測量儀工作電源的負(fù)極連接；用于連接被測量“Ux”的兩個(gè)測量端鈕，正極端鈕與測量盤I的金屬接觸環(huán)連接，負(fù)極端鈕經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)K2后與測量盤III的第10觸點(diǎn)連接。通過以上技術(shù)方案，第一步進(jìn)盤不用代換盤，第四、第五步進(jìn)盤都沒有代換盤，且第四、第五步進(jìn)盤的測量盤上都沒有電阻，五個(gè)步進(jìn)盤誤差獨(dú)立，后兩盤相同步進(jìn)帶來的誤差一致，這給調(diào)試與維修帶來方便；也使電壓測量儀結(jié)構(gòu)簡單，體積縮小，從而降低了生產(chǎn)成本；當(dāng)電壓測量儀五個(gè)測量盤置“O”吋，電壓測量儀的內(nèi)部線路總電勢是A點(diǎn)電位，一點(diǎn)電位為“0”，所以本電壓測量儀的零電勢很小。

附圖是本實(shí)用新型原理電路。在圖I中，第二步進(jìn)盤中測量盤II與代換盤ΙΓ上10X0. 1Ω的電阻，表示測量盤II與代換盤Ir各由10只O. I Ω的電阻組成，同理測量盤I上23X I Ω，的表示測量盤I由23只I Ω電阻組成，可調(diào)電阻Rpi上21 X 2. 5 Ω的表示可調(diào)電阻Rpi由21只2. 5 Ω電阻構(gòu)成。在圖I中，步進(jìn)盤及溫度補(bǔ)償盤上粗黑線條表示金屬接觸環(huán)，空心小圓圈表示金屬觸點(diǎn)，雙向箭頭表示金屬電刷。
具體實(shí)施方式
圖I中，在第二步進(jìn)盤中測量盤II與代換盤11'每個(gè)步進(jìn)的電阻值相同，都是O. I Ω，測量盤II在電路中每步進(jìn)増加的電阻等于代換盤ΙΓ每步進(jìn)減少的電阻，所以電路中總阻不變；第三步進(jìn)盤用測量盤III與代換盤Iir來保持電路總阻不變原理同第二步進(jìn)盤。電壓測量儀工作電流標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)設(shè)計(jì)成11mA，在X I量程吋，從節(jié)點(diǎn)C經(jīng)過五個(gè)步進(jìn)盤到節(jié)點(diǎn)B阻值是124 Ω，從節(jié)點(diǎn)C經(jīng)過電阻R2節(jié)點(diǎn)B阻值是1240 Ω，所以IOmA工作電流 流經(jīng)五個(gè)步進(jìn)盤，ImA工作電流流經(jīng)電阻R1、電阻R2 ;在X0. I量程時(shí)，從節(jié)點(diǎn)C經(jīng)過五個(gè)步進(jìn)盤到節(jié)點(diǎn)B阻值是124 Ω，串聯(lián)1116 Ω電阻R2后的阻值是1240 Ω，所以ImA工作電流流經(jīng)五個(gè)步進(jìn)盤，IOmA工作電流流經(jīng)電阻R1 ；在Xl量程吋，電壓測量儀IOmA工作電流經(jīng)過第一、第二步進(jìn)盤到節(jié)點(diǎn)A后分成四路一路經(jīng)過測量盤IV，一路經(jīng)過測量盤V，另一路經(jīng)過第三步進(jìn)盤，再一路經(jīng)過112. 486 Ω電阻R3,四路電流匯合于節(jié)點(diǎn)B。除經(jīng)過電阻R3支路外，節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B之間各支路電阻比測量盤V :測量盤IV :第三步進(jìn)盤=100 10 1，所以，除流過電阻R3支路外，流過節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B之間各支路電流比為測量盤V :測量盤IV :第三步進(jìn)盤=I 10 100，除電阻R3支路外，節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B之間電阻是100ΚΩ/111，讓流過測量盤V、測量盤IV與第三步進(jìn)盤的總電流是I. 11mA，流過電阻R3的電流為8. 89mA，則8. 89mAXR3 =IOOK Ω/111 X I. 11mA，電阻R3 = 112. 486 Ω。電壓測量儀IOmA工作電流經(jīng)過電阻R3分流，使得流過測量盤V電流為O. 01mA，測量盤IV電流為O. 1mA，第三步進(jìn)盤電流為ImA ;各個(gè)步進(jìn)盤置不同示值時(shí)節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間阻值是變化的，節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間阻值用電阻Rab表示，各步進(jìn)盤電阻變量為 X，則 I/Rab = I/ (100K Ω +X) +1/ (10K Ω +X) +1/1K Ω +889/100K Ω兩邊求導(dǎo)(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的導(dǎo)數(shù)是正值，所以第三步進(jìn)盤電阻變量增大時(shí)，節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間總阻值Rab是增大的。各個(gè)步進(jìn)盤置“O”示值時(shí)節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間阻值最小，這時(shí)節(jié)點(diǎn)Α、Β之間阻值為100 Ω，各個(gè)步進(jìn)盤置“ 10”示值時(shí)節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間阻值Rab最大，這時(shí)節(jié)點(diǎn)Α、B之間阻值Rab約為100. 002 Ω，比最小示值大了十萬分之ニ，因此，當(dāng)電壓測量儀精度不高于萬分之ニ時(shí)，不管各個(gè)步進(jìn)盤置何示值，節(jié)點(diǎn)Α、B之間阻值變化都可以忽略。在標(biāo)準(zhǔn)回路中，為避免回路電流過大，采用150ΚΩ電阻R3來限流，由于不飽和標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢是離散的，在1.0188V 1.0196V之間，標(biāo)準(zhǔn)化的工作電流為11mA，因此調(diào)定電阻Rn取92. 6 Ω，外加O O. 2 Ω可鎖定的可調(diào)電阻Rp4，可以覆蓋標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢的變化范圍。電壓測量儀的標(biāo)準(zhǔn)工作電流是這樣獲得把200mV標(biāo)準(zhǔn)信號電壓按極性與電壓測量儀“Ux”兩個(gè)測量端鈕連接，電壓測量儀各步進(jìn)盤總示值與標(biāo)準(zhǔn)信號電壓值相同，雙刀雙擲開關(guān)も擲向左邊，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP1、Rp2及可調(diào)電阻Rp3，使檢流計(jì)G指零；再將雙刀雙擲開關(guān)K2擲向右邊，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP4，使檢流計(jì)G指零，再重復(fù)一次后，把可調(diào)電阻Rp4鎖定，這時(shí)電壓測量儀的工作電流就標(biāo)準(zhǔn)化。甲電池新的時(shí)候電動勢約為1.65V，用舊到1.4V以下時(shí)，電流不穩(wěn)，為了使甲電池在新、舊情況下都能使電壓測量儀器的工作電流調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)化，為此電阻Rtl取40 Ω，粗調(diào)的可調(diào)電阻Rpi由21只2. 5Ω電阻構(gòu)成，中調(diào)的可調(diào)電阻Rp2取調(diào)節(jié)范圍在O 2. 7Ω之間、細(xì)調(diào)的可調(diào)電阻Rp3取調(diào)節(jié)范圍在O O. 15 Ω之間，這樣，當(dāng)工作電源電壓在2. 7 3. 3V時(shí)，都可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，把工作電流調(diào)節(jié)在11mA，工作電源可采用兩組甲電池串聯(lián)供電，也可以外接穩(wěn)壓電源。
權(quán)利要求1.ー種O. I μ V分辨率的電壓測量儀，從電壓測量儀3V工作電源正極經(jīng)過40 Ω電阻R。、由21只2. 5Ω電阻構(gòu)成的可調(diào)電阻Rpi、調(diào)節(jié)范圍在O 2. 7Ω之間的可調(diào)電阻Rp2、調(diào)節(jié)范圍在O O. 15 Ω之間的可調(diào)電阻Rp3，再經(jīng)過五個(gè)步進(jìn)盤回到工作電源的負(fù)極組成電壓測量儀工作回路；標(biāo)準(zhǔn)電池En正極經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)K2到92. 6 Ω調(diào)定電阻Rn和調(diào)節(jié)范圍在O O. 2 Ω之間可鎖定滑動觸點(diǎn)的可調(diào)電阻RP4，再經(jīng)過150ΚΩ電阻R3到標(biāo)準(zhǔn)電池En負(fù)極組成電壓測量儀標(biāo)準(zhǔn)回路；用于連接被測量“Ux”的兩個(gè)端鈕，正極端鈕經(jīng)過五個(gè)測量盤后，再經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)K2到負(fù)極端鈕組成電壓測量儀補(bǔ)償回路；其特征在于第一步進(jìn)盤有測量盤I，它有.0、1、2、……23共24個(gè)擋位，除第O、第I觸點(diǎn)外，其余各擋觸點(diǎn)間連接I Ω電阻ー只，第二步進(jìn)盤由有0、1、2、……10共11個(gè)擋位的測量盤II與有O、1、2、……10共11個(gè)擋位的代換盤ΙΓ組成，測量盤II除第O、第I觸點(diǎn)外，測量盤II與代換盤ΙΓ各擋觸點(diǎn)間連接.O.I Ω電阻ー只，第三步進(jìn)盤由10只O. I Ω電阻構(gòu)成的測量盤III與由10只O. I Ω電阻構(gòu) 成的代換盤Iir組成，第四步進(jìn)盤的測量盤IV、第五步進(jìn)盤的測量盤V上的各個(gè)觸點(diǎn)與第三步進(jìn)盤中測量盤上的對應(yīng)觸點(diǎn)連接，可調(diào)電阻Rp3的低電位一端為電路節(jié)點(diǎn)C，電流經(jīng)過節(jié)點(diǎn)C后分成兩路一路連接第二步進(jìn)盤中代換盤ΙΓ的金屬接觸環(huán)，代換盤ΙΓ第10觸點(diǎn)連接測量盤I的第23觸點(diǎn)，測量盤I的第I觸點(diǎn)經(jīng)過ー只I Ω電阻后連接測量盤II的金屬接觸環(huán)，測量盤I的第O觸點(diǎn)連接測量盤II的第10觸點(diǎn)，測量盤II的第O觸點(diǎn)與測量盤III的第O觸點(diǎn)連接點(diǎn)為電路節(jié)點(diǎn)A，測量盤II的第I觸點(diǎn)經(jīng)過ー只O. I Ω電阻后連接電路節(jié)點(diǎn)A，第五步進(jìn)盤的測量盤V的金屬接觸環(huán)經(jīng)過100K Ω電阻R4后與測量盤IV的金屬接觸環(huán)經(jīng)過10ΚΩ電阻R5后連接于電路節(jié)點(diǎn)B，代換盤ΙΙΓ的第10觸點(diǎn)經(jīng)過999Ω電阻R6與電路節(jié)點(diǎn)B連接，電路節(jié)點(diǎn)A經(jīng)過112. 486 Ω電阻R3連接電路節(jié)點(diǎn)B ;另一路經(jīng)過.124 Ω電阻R1與1116 Ω電阻R2的一端與單刀雙擲開關(guān)K1的X0. I量程觸點(diǎn)連接，1116 Ω電阻R2的另一端與節(jié)點(diǎn)B連接單刀雙擲開關(guān)K1的X I量程觸點(diǎn)；單刀雙擲開關(guān)K1的常閉觸點(diǎn)經(jīng)過92. 6Ω調(diào)定電阻Rn和可調(diào)電阻Rp4后與電壓測量儀工作電源的負(fù)極連接；用于連接被測量“Ux”的兩個(gè)測量端鈕，正極端鈕與測量盤I的金屬接觸環(huán)連接，負(fù)極端鈕經(jīng)過兩個(gè)常閉觸點(diǎn)之間接有檢流計(jì)G的雙刀雙擲開關(guān)K2后與測量盤III的第10觸點(diǎn)連接。
專利摘要一種用于直流電壓測量的有0.1μV分辨率的電壓測量儀，它的第一步進(jìn)盤由23只1Ω電阻構(gòu)成測量盤，第二步進(jìn)盤各由10只0.1Ω電阻構(gòu)成的測量盤與代換盤組成，第三步進(jìn)盤也是各由10只0.1Ω電阻構(gòu)成的測量盤與代換盤組成，第四、五步進(jìn)盤的各個(gè)觸點(diǎn)與第三步進(jìn)盤中測量盤上的對應(yīng)觸點(diǎn)連接，使第四、五步進(jìn)盤步進(jìn)盤都不需電阻，電壓測量儀有二個(gè)量程，最小分辨率為0.1μV，第二步進(jìn)盤采用特殊接線，使電壓測量儀內(nèi)部引線電阻上電壓降幾乎為零，電壓測量儀測量時(shí)能夠忽略零電勢及熱電勢影響。
文檔編號G01R17/20GK202453403SQ20112057380
公開日2012年9月26日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者孫笑聲 申請人:孫笑聲