專利名稱：主動屏蔽式高值哈蒙電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電測量技術(shù)，特別是一種測量用哈蒙電阻器。
背景技術(shù)：
哈蒙電阻器是一組等值電阻以串、并聯(lián)方式工作的標準電阻器，主要應用于精密 直流電阻測量領(lǐng)域。具體的原理如下n個同標稱值(電阻值相同)電阻R并聯(lián)時，并聯(lián)電 阻阻值對于R/n的相對偏差(a)近似等于串聯(lián)阻值對于nR的相對偏差(b)，(a-b)即為串 并聯(lián)差。這n個電阻的一致程度是影響并聯(lián)阻值相對偏差和串聯(lián)阻值相對偏差一致性近似 程度的重要因素。n個電阻阻值的一致程度與其串、并聯(lián)阻值的變差的一致性是“平方”關(guān)系，例如， 電阻阻值的一致性為10_4，則該電阻串、并聯(lián)電阻阻值的變差為10_8。因此靠挑選一致程度 較好的一組電阻R即可獲得極高的串并聯(lián)阻值一致性，通?？梢哉J為，n個電阻R的并聯(lián)阻 值的相對偏差等于這些電阻串聯(lián)阻值的相對偏差。根據(jù)哈蒙原理，挑選n個阻值一致性較好的電阻可以準確得到1 n2或者n2 1 的電阻量值比例關(guān)系，實現(xiàn)電阻量值的大比例傳遞，如1 100。哈蒙電阻器的工作電阻(即上述構(gòu)成串、并聯(lián)關(guān)系的電阻R)常采用中、低值電阻， 而當工作電阻采用高值電阻(阻值大于1兆歐的電阻)時，存在泄漏電流問題。對于高值 哈蒙電阻器存在泄漏電流問題說明如下。圖1顯示了哈蒙電阻器的原理，A,和Bi是工作電阻的兩個引腳，i為自然數(shù)，圖1 所示的是工作電阻處于串聯(lián)狀態(tài)，當左側(cè)的工作電阻引連接成一個節(jié)點，右側(cè)的工 作電阻引腳Bi-B5連接成一個節(jié)點，則工作電阻組成了并聯(lián)電路。工作電阻需要設(shè)置于電路 板上，由于工作電阻為高值電阻，在加電狀態(tài)下工作電阻引腳之間存在電位差，因此在電路 板范圍內(nèi)工作電阻引腳之間產(chǎn)生所謂的泄漏電流，如電路板材質(zhì)本身電阻率不高，或電路 板表面由于受到污染表面電阻降低形成泄漏電流的導體。泄漏電流的存在使得測量結(jié)果出 現(xiàn)較大的串并聯(lián)差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決高值哈蒙電阻器存在泄漏電流的問題，本發(fā)明提供了一種高值哈蒙電阻 器，通過對工作電阻引腳與電路板連接部分進行等電位屏蔽進而解決上述泄漏電流的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下主動屏蔽式高值哈蒙電阻器，包括至少2個工作電阻，工作電阻為高值電阻，工作 電阻的兩個引腳連接在電路板上，還包括屏蔽結(jié)構(gòu)；所述屏蔽結(jié)構(gòu)為閉合結(jié)構(gòu)，所述閉合結(jié) 構(gòu)將一個所述引腳與電路板表面連接部分與電路板表面其他部分分割開，或在電路板上將 一個所述引腳與電路板連接部分與電路板其他部分分割開，屏蔽結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為導體材料；在包圍一個工作電阻兩個引腳與電路板連接部分的屏蔽結(jié)構(gòu)之間串接有保護電阻，保護電阻是與工作電阻具有同標稱值的電阻，屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路與對應 的工作電阻構(gòu)成的工作電路具有相同的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述哈蒙電阻器還設(shè)置有獨立電 源，所述獨立電源與屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路連接，使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的 工作電阻的引腳具有相同的電位，所述獨立電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電 過程中與工作電阻沒有直接或間接的連接關(guān)系。所述屏蔽結(jié)構(gòu)為同軸屏蔽結(jié)構(gòu)。另一個方案是所述屏蔽結(jié)構(gòu)為分別設(shè)置于電路板的兩個板面上的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所 述環(huán)形結(jié)構(gòu)包圍工作電阻引腳與電路板表面相交部分。上述高值哈蒙電阻器中所述獨立電源，包括采樣電路和包含微處理器的保持電 路，工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路時全部工作電阻串聯(lián)后形成串聯(lián)電阻，采樣電路獲取該串聯(lián)電 阻兩端的壓降；還包括與采樣電路連接的開關(guān)電路，用于控制采樣電路與工作電阻構(gòu)成電 路之間的連接與斷開，所述斷開為獨立電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電過程 中與工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路之間斷開，保持電路由微處理器根據(jù)采樣電路獲取的所述壓降 控制所述電源的輸出電壓保持在所述壓降值，所述輸出電壓施加到屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu) 成的電路，使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。上述獨立電源能夠?qū)崿F(xiàn)自動跟蹤測量回路電壓的功能。本發(fā)明的技術(shù)效果如背景技術(shù)部分所分析的，高值工作電阻容易產(chǎn)生泄漏電流的部分是在高值工作 電阻的引腳與電路板連接的部分，本發(fā)明將高值工作電阻的引腳與電路板連接的部分設(shè)置 于屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)，在屏蔽結(jié)構(gòu)上施加與屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)工作電阻引腳相同的電位(由內(nèi)置于電阻 器的獨立電源實現(xiàn))，由于消除了屏蔽結(jié)構(gòu)與工作電阻引腳之間的電位差，因此可以避免或 減少泄漏電流，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。由于高值哈蒙電阻器對準確度有較高的要求，因此，當屏蔽結(jié)構(gòu)的電位與屏蔽結(jié) 構(gòu)所包圍的工作電阻引腳之間存在一定的電位差時，仍然會存在泄漏電流影響哈蒙電阻器 的準確度。本發(fā)明針對屏蔽結(jié)構(gòu)電路所設(shè)計的獨立電源(即前述能實現(xiàn)自動跟蹤功能的獨 立電源)通過對工作電阻構(gòu)成的電路進行采樣，根據(jù)獲取的采樣電壓控制對屏蔽結(jié)構(gòu)構(gòu)成 的電路的輸出電壓保持一定值，使得屏蔽結(jié)構(gòu)的電位能夠穩(wěn)定在屏蔽結(jié)構(gòu)所包圍的工作電 阻引腳的電位。


圖1為哈蒙電阻器原理圖。圖2為本發(fā)明的高值哈蒙電阻器原理圖。圖3為屏蔽結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電路供電的獨立電源的原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式圖2顯示了本發(fā)明的原理，本發(fā)明的高值哈蒙電阻器包括引腳連接于電路板上的 工作電阻，除引腳外工作電阻本身與電路板沒有接觸，工作電阻為高值電阻(1MQ以上的 電阻)，工作電阻的數(shù)量大于1。工作電阻的兩個引腳分別與其他兩個工作電阻的一個引腳 連接(除首、尾兩個工作電阻外)構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。當圖2中所示的~至慫端點(這些端點也即工作電阻的引腳)連接在一起，同時&至85端點(這些端點也即工作電阻的引腳)連 接在一起，這時工作電阻就構(gòu)成了并聯(lián)結(jié)構(gòu)。由于存在背景技術(shù)部分介紹的高值哈蒙電阻 容易存在的泄漏電流問題，本發(fā)明采取了對應措施進行解決，具體方案是將上述工作電阻 的每個引腳與電路板連接部分周圍設(shè)置屏蔽結(jié)構(gòu)，由于所述引腳貫穿電路板體，因此該屏 蔽結(jié)構(gòu)可以分成兩種一種是在電路板兩個表面分別設(shè)置的屏蔽環(huán)(環(huán)形屏蔽結(jié)構(gòu))，該屏 蔽環(huán)在電路板表面范圍內(nèi)將所述引腳(引腳與電路板表面連接部分)隔離，即與電路板表 面其他部分分割開；另一種屏蔽結(jié)構(gòu)是貫穿電路板板體的管狀屏蔽結(jié)構(gòu)，引腳(引腳與電 路板連接部分)被該管狀屏蔽結(jié)構(gòu)隔離，即與電路板板體的其他部分隔離，管狀結(jié)構(gòu)如果 在電路板的兩個表面凸出，則同時起到上述屏蔽環(huán)的效果，這種屏蔽結(jié)構(gòu)也被稱為同軸屏 蔽結(jié)構(gòu)。上述屏蔽結(jié)構(gòu)由導體材料制成。上述包圍一個工作電阻兩個引腳的屏蔽結(jié)構(gòu)之間串接有保護電阻，保護電阻與工 作電阻具有同標稱值，屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路與對應的工作電阻構(gòu)成的工作電路 具有相同的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即圖2中左側(cè)的Ai-Ae連接成一個節(jié)點，右側(cè)的Bi-B5連接成一 個節(jié)點，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)工作電路，同樣的，對應每個工作電阻引腳的屏蔽結(jié)構(gòu)也都連接成節(jié) 點，形成保護電阻的并聯(lián)電路。本發(fā)明的哈蒙電阻器中設(shè)置有獨立電源(圖2中的采樣記憶跟蹤電源)對保護 電阻構(gòu)成的電路智能化獨立供電，使得屏蔽結(jié)構(gòu)具有與其包圍的工作電阻的引腳相同的電 位。根據(jù)等電位屏蔽的原理，工作電阻的引腳與包圍該引腳的屏蔽結(jié)構(gòu)之間電位相等，工作 電阻引腳以電路板為介質(zhì)向外的泄漏電流趨近于零，從而達到減少泄漏電流的目的，實現(xiàn) 本發(fā)明的目的。這里所謂的獨立電源是指該電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電 過程中不具有與工作電阻直接或間接的連接關(guān)系，如果屏蔽結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電路的電源與工作 電阻有連接關(guān)系，則兩者之間的相互影響會降低哈蒙電阻器的準確度。采樣記憶跟蹤電源 的輸出端連接到屏蔽結(jié)構(gòu)形成的串聯(lián)電路；采樣記憶跟蹤電源的采樣端連接到工作電阻形 成的串聯(lián)電路，具體的說是在工作電阻串聯(lián)時(如圖2所示狀態(tài))，串聯(lián)的若干個工作電阻 等效為一個串聯(lián)電阻，采樣記憶跟蹤電源的采樣端連接到串聯(lián)電阻的兩端(圖2中~和A6 兩個端點)以獲取串聯(lián)電阻兩端的壓降。前述屏蔽結(jié)構(gòu)的兩種形式具有一定的技術(shù)效果屏蔽環(huán)可以阻止在電路板表面的 泄漏電流，由于電路板容易受到污染，更容易產(chǎn)生泄漏電流，試驗表明，屏蔽環(huán)結(jié)構(gòu)可以在 較大程度上減少泄漏電流；同軸屏蔽結(jié)構(gòu)不僅在于阻止了電路板表面的泄漏電流，更進一 步地在電路板表面之間的板體內(nèi)阻止了泄漏電流的產(chǎn)生。圖3顯示的本發(fā)明用于屏蔽結(jié)構(gòu)電路的獨立電源(采樣記憶跟蹤電源)的結(jié)構(gòu)。 由于需要屏蔽結(jié)構(gòu)的電位與屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作電阻引腳電位相等，因此，需要對屏蔽結(jié) 構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電的電源輸出電壓有一定要求，主要是輸出電壓的值要持續(xù)、 穩(wěn)定。為此需要獨立電源能夠根據(jù)工作電阻電路的實際電壓情況輸出相應的電壓值，即具 有采樣記憶功能。圖3所示電源包括A/D采樣電路(具有高輸入阻抗不影響主回路的特 點)，該采樣電路連接到工作電阻構(gòu)成的串聯(lián)電路中采集串聯(lián)電阻兩端的壓降，分壓電路左 側(cè)的兩個采樣端連接到工作電阻構(gòu)成的電路中，如分別連接到圖2中~和A6點。圖3所示 電源還包括單片機和采樣按鈕構(gòu)成的開關(guān)電路，開關(guān)電路與A/D采樣電路連接，用于控制 采樣電路與工作電阻構(gòu)成電路之間的連接與斷開，該斷開為獨立電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電過程中與工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路之間斷開，且為了提高哈蒙電阻器的 準確度，這種斷開的斷開電阻應達到1014歐姆以上，常采用斷開后開關(guān)兩端之間保持空氣 隔離這種方案。因為采樣電路僅在采集電壓信號時需要與工作電阻構(gòu)成的電路連接，其他 時間若保持該連接會對工作電阻構(gòu)成的回路造成影響，降低哈蒙電阻器的準確度。圖3所 示電源還包括與采樣電路連接的保持電路，該保持電路實質(zhì)為微處理器控制的電源，根據(jù) 采樣電路獲取的串聯(lián)電阻兩端的壓降控制電源的輸出電壓，輸出電壓保持在所述壓降值， 所述輸出電壓施加到屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路，使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作 電阻的引腳具有相同的電位。采用圖3這種電源，可以跟隨工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路的實際 電壓調(diào)整輸出電壓，使得屏蔽圈和屏蔽圈包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。
本發(fā)明的獨立電源(采樣記憶跟蹤電源)的工作過程是首先將獨立電源的采樣 電路連接到工作電阻構(gòu)成的串聯(lián)電路，獲取串聯(lián)電阻兩端的壓降；然后獨立電源記錄該壓 降值，此時需斷開采樣電路與工作電阻串聯(lián)電路的連接；獨立電源中微處理器記錄所述壓 降值并控制輸出電壓值與該壓降值相同，且持續(xù)保持這一輸出電壓值，該輸出為屏蔽結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的串聯(lián)電路供電，以使得屏蔽圈和屏蔽圈包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。
權(quán)利要求
主動屏蔽式高值哈蒙電阻器，包括至少2個工作電阻，工作電阻為高值電阻，工作電阻的兩個引腳連接在電路板上，其特征在于還包括屏蔽結(jié)構(gòu)；所述屏蔽結(jié)構(gòu)為閉合結(jié)構(gòu)，所述閉合結(jié)構(gòu)將一個所述引腳與電路板表面連接部分與電路板表面其他部分分割開，或在電路板上將一個所述引腳與電路板連接部分與電路板其他部分分割開，屏蔽結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為導體材料；在包圍一個工作電阻兩個引腳與電路板連接部分的屏蔽結(jié)構(gòu)之間串接有保護電阻，保護電阻是與工作電阻具有同標稱值的電阻，屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路與對應的工作電阻構(gòu)成的工作電路具有相同的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述哈蒙電阻器還設(shè)置有獨立電源，所述獨立電源與屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路連接，使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位，所述獨立電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路供電過程中與工作電阻沒有直接或間接的連接關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高值哈蒙電阻器，其特征在于所述屏蔽結(jié)構(gòu)為同軸屏蔽結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高值哈蒙電阻器，其特征在于所述屏蔽結(jié)構(gòu)為分別設(shè)置于電路 板的兩個板面上的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)包圍工作電阻引腳與電路板表面相交部分。
4.權(quán)利要求1至3所述高值哈蒙電阻器中所述獨立電源，其特征在于包括采樣電路和 包含微處理器的保持電路，工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路時全部工作電阻串聯(lián)后形成串聯(lián)電阻， 采樣電路獲取該串聯(lián)電阻兩端的壓降；還包括與采樣電路連接的開關(guān)電路，用于控制采樣 電路與工作電阻構(gòu)成電路之間的連接與斷開，所述斷開為獨立電源在向屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電 阻構(gòu)成的電路供電過程中與工作電阻構(gòu)成串聯(lián)電路之間斷開，保持電路由微處理器根據(jù)采 樣電路獲取的所述壓降控制輸出電壓保持在所述壓降值，所述輸出電壓施加到屏蔽結(jié)構(gòu)和 保護電阻構(gòu)成的電路，使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。
全文摘要
為了解決高值哈蒙電阻器存在泄漏電流的問題，本發(fā)明提供了一種主動屏蔽式高值哈蒙電阻器，包括至少2個高值工作電阻，工作電阻的兩個引腳連接在電路板上，還包括導體材質(zhì)屏蔽結(jié)構(gòu)；屏蔽結(jié)構(gòu)為閉合結(jié)構(gòu)，所述閉合結(jié)構(gòu)在電路板上將一個所述引腳與電路板連接部分與電路板其他部分分割開；在包圍一個工作電阻兩個引腳與電路板連接部分的屏蔽結(jié)構(gòu)之間串接有與工作電阻具有同標稱值的保護電阻，屏蔽結(jié)構(gòu)和保護電阻構(gòu)成的電路與工作電阻構(gòu)成的工作電路具有相同的串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)；還設(shè)置有獨立電源，獨立電源使屏蔽結(jié)構(gòu)和屏蔽結(jié)構(gòu)包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。本發(fā)明的高值哈蒙電阻器可應用于電路測量領(lǐng)域。
文檔編號H01C13/02GK101877263SQ20091024369
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者李繼東, 蔡建臻, 黃曉釘 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一四研究所