专利名称：多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：
日前对于有三个测量盘的电压测量仪，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；专利号200720107591. 8公开了有三个测量盘四量程的电压测量仪 解决开关接触电阻的变差新方法，它的第一步进盘有一只测量盘与两只辅助盘组成，两个 测量盘连接后与滑线盘连接在两个测量端钮间，使步进盘开关上的电刷排除在测量回路之 夕卜，三个测量盘上的电阻之间不存在开关切换，也就不产生变差；由于第一步进盘有三层， 使开关及仪器结构变得复杂，同时增加了仪器的高度。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种多量程电压测量仪，在三个测量盘的连接上中间盘不通过开关切换，而且第一步进盘取消两只辅助盘。本实用新型的技术方案这样采取电流从电压测量仪4. 5V工作电源的正极经过节点F、B之间的两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到单刀四掷量 程转换开关K1及441 Ω调定电阻RN和调节范围在0 0.6 Ω可锁定的可调电阻Rp3，再到 330 Ω的电阻Rtl，经过由21只15 Ω电阻组成的可调电阻Rpi及调节范围在0 18 Ω之间的 可调电阻Rp2回到工作电源负极组成电压测量仪的工作回路；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到调定电阻Rn及可锁定的可调电阻RP3，再经过 100ΚΩ限流电阻R到标准电池极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪用于连接被测 量“U/’的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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、……22共23个档位，各档位触点间连接100Ω电阻一只； 第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是100 Ω，其中一根为测量滑线III，另 一根为辅助滑线ΙΙΓ，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为10 Ω，每大格分 10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘ΙΓ 组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，上面有11个110 Ω的电阻，第1个电阻R1 一端焊接第2个电阻R2 —端，电阻R2另一端焊接第3个电阻R3 —端，电阻R3另一端焊接第 4个电阻R4 —端，电阻R4另一端焊接第5个电阻R5 —端，电阻R5另一端焊接第6个电阻R6 一端，电阻R6另一端焊接第7个电阻R7 一端，电阻R7另一端焊接第8个电阻R8 —端，电阻 R8另一端焊接第9个电阻R9 —端，电阻R9另一端焊接第10个电阻Rltl —端，电阻Rltl另一端 焊接第11个电阻R11 —端，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接，电阻R1 与电阻R2的连接点经过200 Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过120 Ω 电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过60 Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点经过20 Ω电阻与第4触点连接，电阻R5与电阻R6的连接点与第5触点连 接，电阻R6与电阻R7的连接点与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过20 Ω电阻 与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点经过60 Ω电阻与第8触点连接，电阻R9与电 阻Rltl的连接点经过120 Ω电阻与第9触点连接，电阻Rltl与电阻R11的连接点为电路节点 �。诘鉇经过200 Ω电阻与第10触点连接，电阻R1与电阻R11连接的点为节点B，节点B经 过300Ω电阻与第0触点连接，第二步进盘的辅助盘ΙΓ上是10只5Ω的电阻，第二步进 盘测量盘II的电刷与辅助盘ΙΓ的电刷之间通过2000Ω电阻R12连接，辅助盘II'的电 刷连接测量盘I第22个触点，测量盘I的第0触点连接电路节点�。ㄖ蘄I ‘第10触点 与23000Ω电阻R13的一端连接点为节点C，节点C经过50/7 Ω电阻R15后与11. 5 Ω量程 转换电阻巧一端并联在节点F，节点F连接电压测量仪工作电源的正极；电阻R13的另一端 连接测量滑线III的始端第0触点，测量滑线III的末端第10触点经过900 Ω电阻R14后 连接电路节点B ；节点B与10350 Ω量程转换电阻r4 一端并联在单刀四掷量程转换开关K1 的XlO量程触点，量程转换电阻r4的另一端与1035Ω量程转换电阻r3—端并联在单刀四 掷量程转换开关&的Xl量程触点，量程转换电阻r3的另一端与103.5Ω量程转换电阻r2 一端连接后，经过931. 5 Ω电阻r6连接单刀四掷量程转换开关K1的X0. 1量程触点，量程 转换电阻巧的另一端与量程转换电阻巧的另一端连接后，经过1033. 965 Ω电阻r5连接单 刀四掷量程转换开关K1的X0. 01量程触点，单刀四掷量程转换开关K1的常闭触点连接调 定电阻RN高电势端；电压测量仪用于连接被测量“U/’的两个端钮，正极端钮与测量盘I电 刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K2后与辅助滑线III'连接。通过以上技术方案，第一步进盘省去了二只辅助盘，使电位差计结构简单，体积缩�。步档土松杀荆痹诓钩セ芈纺谌徊饬颗塘拥南呗飞厦挥芯兀圆� 存在变差及热电势影响；第一步进盘及双滑线盘的电刷切换引起阻值变化不影响测量数 值，只影响检流计阻尼，且与整个补偿回路的电阻变化比起来电刷切换引起阻值变化可以 忽略。
图1是本实用新型原理电路。在图1中，22Χ100Ω的测量盘I，表示测量盘I由22只100 Ω的电阻组成；同理， 10Χ5Ω的辅助盘II'，表示辅助盘ΙΓ由10只5Ω的电阻组成，21Χ15Ω的可调电阻 RP1，表示可调电阻Rpi由21只15 Ω电阻组成。测量盘II的电阻环形网内有“10Χ110Ω”， 表示测量盘II的电阻环形网内电阻R1 电阻Rltl十只电阻阻值都是110 Ω。
具体实施方式
在图1中，测量盘II在节点A与节点B之间是i^一只110Ω首尾相连的电阻环， 当测量盘II置“5”或置“6”时，测量盘II的电刷到节点B之间是5只110 Ω电阻与6只 110Ω电阻并联，并联后阻值最大为300 Ω，测量盘II的其它触点到节点B之间的电阻值都 连接到300 Ω为准，第5、6触点与电阻环上对应点直接连接；当测量盘II置“4”或置“7” 时，测量盘II的电刷到节点B之间是4只110Ω电阻与7只110Ω电阻并联，并联后阻值 为280 Ω，所以第4、7触点经过20 Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“3”或置“8”时，测量盘II的电刷到节点B之间是3只110Ω电阻与8只110Ω电阻并联，并联后阻 值为240 Ω，所以第3、8触点经过60 Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置“2”或 置“9”时，测量盘II的电刷到节点B之间是2只110Ω电阻与9只110Ω电阻并联，并联 后阻值为180 Ω，所以第2、9触点经过120 Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量盘II置 “1”或置“10”时，测量盘II的电刷到节点B之间是1只110Ω电阻与10只110Ω电阻并 联，并联后阻值为100 Ω，所以第1、10触点经过200 Ω电阻与电阻环上对应点连接；当测量 盘II置“0”，测量盘II的第0触点到节点B之间是300 Ω电阻连接。第二步进盘的测量盘II的电刷与辅助盘ΙΓ的电刷是同步的，第二步进盘置 “0”时，辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间的电阻值是两个同是2300Ω的电阻并联，因此是 1150Ω。第二步进盘置“ 1 ”时，辅助盘II ‘的电刷与节点B之间电阻值的计算需要进行三角形-星形变换，设电阻(R2+R3+ "+R9+R1(i)与电阻R11两边阻值等效于电阻巧，电阻R11与电 阻R1两边阻值等效于电阻r/电阻(R2+R3+···+R9+R1(i)与电阻R1两边阻值等效于电阻r/’， 等效于电阻m/、r/’交点为Q1:PJr1= (R2+R3+— +R9+R10) XRn/(R1+R2+- +Rio+Rn) = 9X IlOX 110/11X 110 Ω = 90 Ωr/ = R1XR11/(R1+R2+—+R10+Rn) = IlOX 110/11 X 110 Ω = 10 ΩT1" = (R2+R3+...+R9+R1(l) XR1/(R^R2+...+R1(l+Rn) = 9X IlOX 110/11 X 110 Ω = 90 Ω辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值等于(2200 Ω+Γι) X (2000 Ω+200 Ω+r/') / (2X2290) Ω+r/ = 2290 Ω/2+10 Ω = 1145Ω+10Ω = 1155Ω第二步进盘置“2”时，辅助盘II'的电刷与节点B之间电阻值的计算设电阻 (R3+R4+-+R9+R10)与电阻R11两边阻值等效于电阻r2，电阻R11与电阻(RfR2)两边阻值等效 于电阻r2 ’电阻(R3+R4+ "+R9+R1(i)与电阻(RJR2)两边阻值等效于电阻r2”，等效于电阻r2、 r2’、r2” 交点为 Q2 则1~2= 80 0 r2' = 20 Ω r2" = 160 Ω辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值等于(2200 Ω +r2) X (2000 Ω+120 Ω+r2") / (2X2280) Ω+γ2' = 2280 Ω/2+20 Ω = 1140 Ω+20 Ω = 1160 Ω。同理，第二步进盘置“3”时，辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值是1165Ω，第二步进盘置“4”时，辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值是1170 Ω，第二步进盘置“5”时，辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值是1175 Ω，......第二步进盘置“10”时，辅助盘ΙΓ的电刷与节点B之间电阻值是1200 Ω。由于 测量盘II与测量盘I连接后每步进增加5 Ω，因此辅助盘II ‘每步进减少5 Ω，使电路总阻 不变。节点C经过两个步进盘到节点B的电阻是1200 Ω，节点C经过滑线盘到节点B的 电阻是24000 Ω，电压测量仪器工作电流标准化时为2. 1mA，在X 10量程时，1200 Ω电阻上 电流是2πι�。�24000Ω电阻上电流是0. ImA ；根据三角形-星形变换，辅助盘II'电刷经过测 量盘I到等效电阻rn、rn ’、rn ”的交点化(11= 1、2、3、……9)的电阻与辅助盘II'电刷经过2000Ω电阻R12到交点化的电阻相等，所以流过测量盘I与2000Ω电阻R12的电流各为ImA;测量盘II置“10”时，辅助盘II'电刷经过测量盘I到节点A的电阻与辅助盘II ‘电 刷经过2000 Ω电阻R12到节点A的电阻都等于2200 Ω，所以流过测量盘I与2000 Ω电阻 R12的电流也各为1mA。节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B共1150 Ω，节点F经过电阻巧、电阻r2、电 阻r3也1150 Ω，在X 10、X 1量程时，电阻r4调换了位置，电路阻值不变；在X 0. 1量程时， 节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B加电阻r4电阻r3之和是12535 Ω与电阻Γι电阻r2 之和115 Ω并联，电路减小的阻值通过串入931. 5 Ω电阻r6保持电路阻值不变；在Χ0. 01 量程时，节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B串联了电阻r4、电阻r3、电阻r2与电阻Γι 并联，并联后电路减小的阻值通过串入1033. 965 Ω电阻r5保持电路阻值不变；在X 10量程时，节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B共1150 Ω，电阻r4、电阻 r3、电阻r2与电阻Γι串联后是11500 Ω，电压测量仪工作电流标准化时的电流是2. 31mA, 2. ImA电流流过辅助盘ΙΓ的第10点经过节点B到量程转换开关K1的XlO量程触点， 0.21mA流过电阻巧、电阻r2、电阻r3与电阻r4到量程转换开关K1的X 10量程触点；测量 盘II置“n”(n= 1、2、3、…9)时，辅助盘Γ的电刷经过测量盘I到等效于电阻rn、rn’、 rn”的交点Qn(η = 1、2、3、…9)与经过2000 Ω电阻R12到交点Qn电阻值相等，测量盘II置 “10”时，2000Ω电阻R12加200Ω电阻到节点A的电阻值与测量盘I的电阻值相等，所以流 过测量盘I与2000 Ω电阻R12的电流也各为1mA。对于测量盘II在节点A与节点B之间的十一只110Ω首尾相连的电阻环而言，测 量盘II置“1”时电阻R1与10只阻值同为110 Ω电阻并联，在X 10量程时，流过电阻R11的 电流为Ι/llmA，节点A与节点B之间的电压Uab = 1/11 X IlOmV = IOmV ；测量盘II置“2” 时电阻(RJR2)与9只阻值同为110Ω电阻并联，流过电阻R11的电流为2/llmA，节点A与 节点B之间的电压Uab = 2/11 X IlOmV = 20mV ；同理，测量盘II置“η”时(η = 1、2、3、... 10)电阻节点A与节点B之间的电压Uab = IOXnmV ；测量盘II置“0”时，电流不经过电阻 RujUab = O mV。测量盘I、测量盘II、测量滑线III都置“0”时，流过测量盘I的电流在节 点A与节点B之间的电压Uab上的IOOmV等于测量滑线III的0点到B点的电压，所以测量 滑线III的0点与节点A等电位。工作电流标准化时，第一步进盘置Ii1、第二步进盘置n2、第三盘置ri3 (n3表示大格示 值)这时"Ux”两个测量端钮间电压为<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>X 1量程时，节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B串联了电阻r4之和是11500 Ω 与其并联的电阻巧、电阻r2、电阻r3之和是1150 Ω，所以0. 21mA电流流过电阻R15到测量盘 再到节点B，当第一步进盘置Ii1、第二步进盘置Ii2、第三盘置Ii3Oi3表示大格示值)这时“U/ 两个测量端钮间电压为<formula>formula see original document page 7</formula>X0. 1量程时，节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B串联了电阻r4及电阻r3 之和是12535 Ω与其并联的电阻Γι、电阻r2之和是115 Ω，阻值比为109倍，流过电阻巧、电阻r2的电流与流过节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B的电流比也为109倍，因此，流过节点F经过电阻R15到测量盘的电流是总工作电流的1/110，流过节点F经过电阻R15到 测量盘的电流是0. 021mA,当第一步进盘置Ii1、第二步进盘置n2、第三盘置n3 (n3表示大格示 值)这时"Ux”两个测量端钮间电压为<formula>formula see original document page 8</formula>X0. 01量程时，节点F经过电阻R15到测量盘再到节点B串联了电阻r4、电阻r3及 电阻r2之和是12638. 5 Ω与其并联的电阻巧是11. 5 Ω，阻值比为1099倍，因此，流过节点 F经过电阻R15到测量盘的电流是总工作电流的1/1100，流过节点F经过电阻R15到测量盘 的电流是0. 0021mA,当第一步进盘置Ii1、第二步进盘置n2、第三盘置n3 (n3表示大格示值)这 时“Ux”两个测量端钮间电压为<formula>formula see original document page 8</formula>第三盘n3的1 μ V为1大格值，每小格为0. 1 μ V。每批生产的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2. 31mA,因此调定电阻Rn取441 Ω，外加0 0. 6 Ω可锁定的可调电阻RP3，可以覆 盖标准电池电动势的变化范围。电压测量仪采用3组干电池供电，干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，为了使干电池在新、旧情况下都能使电压测量仪的工作电流调节到标准 化,为此电阻R0取330 Ω。取可调电阻Rpi为22 X 15 Ω，可调电阻Rp2为0 16 Ω。标准电流是这样确定的把2V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及可调电阻Rp2,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RP3，使检流计G指零，这时把可调电阻Rp3锁定；电压测量仪今后使用时依此为标准。
权利要求一种多量程电压测量仪，电流从电压测量仪4.5V工作电源的正极经过节点F、B之间的两个步进盘、一个双滑线盘及量程转换电阻的电阻测量网络到单刀四掷量程转换开关K1及441Ω调定电阻RN和调节范围在0～0.6Ω可锁定的可调电阻RP3再到330Ω的电阻R0，经过由21只15Ω电阻组成的可调电阻RP1及调节范围在0～18Ω之间的可调电阻RP2回到工作电源负极组成电压测量仪的工作回路；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到调定电阻RN及可锁定的可调电阻RP3，再经过100KΩ限流电阻R到标准电池EN负极组成电压测量仪标准回路；电压测量仪用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮经过两个测量盘及一个双滑线盘后，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、……22共23个档位，各档位触点间连接100Ω电阻一只；第三盘为双滑线盘，两根滑线粗细材质相同，阻值都是100Ω，其中一根为测量滑线III，另一根为辅助滑线III′，双滑线盘的刻度盘分10大格，每大格对应的阻值为10Ω，每大格分10小格，两根滑线电阻上的电刷是同一片金属刷片；第二步进盘由测量盘II与辅助盘II′组成，测量盘II有0、1、2、……10共11个档位，上面有11个110Ω的电阻，第1个电阻R1一端焊接第2个电阻R2一端，电阻R2另一端焊接第3个电阻R3一端，电阻R3另一端焊接第4个电阻R4一端，电阻R4另一端焊接第5个电阻R5一端，电阻R5另一端焊接第6个电阻R6一端，电阻R6另一端焊接第7个电阻R7一端，电阻R7另一端焊接第8个电阻R8一端，电阻R8另一端焊接第9个电阻R9一端，电阻R9另一端焊接第10个电阻R10一端，电阻R10另一端焊接第11个电阻R11一端，第11个电阻R11另一端与第1个电阻R1的另一端连接，电阻R1与电阻R2的连接点经过200Ω电阻与第1触点连接，电阻R2与电阻R3的连接点经过120Ω电阻与第2触点连接，电阻R3与电阻R4的连接点经过60Ω电阻与第3触点连接，电阻R4与电阻R5的连接点经过20Ω电阻与第4触点连接，电阻R5与电阻R6的连接点与第5触点连接，电阻R6与电阻R7的连接点与第6触点连接，电阻R7与电阻R8的连接点经过20Ω电阻与第7触点连接，电阻R8与电阻R9的连接点经过60Ω电阻与第8触点连接，电阻R9与电阻R10的连接点经过120Ω电阻与第9触点连接，电阻R10与电阻R11的连接点为电路节点A，节点A经过200Ω电阻与第10触点连接，电阻R1与电阻R11连接的点为节点B，节点B经过300Ω电阻与第0触点连接，第二步进盘的辅助盘II′上是10只5Ω的电阻，第二步进盘测量盘II的电刷与辅助盘II′的电刷之间通过2000Ω电阻R12连接，辅助盘II′的电刷连接测量盘I第22个触点，测量盘I的第0触点连接电路节点A，辅助盘II′第10触点与23000Ω电阻R13的一端连接点为节点C，节点C经过50/7Ω电阻R15后与11.5Ω量程转换电阻r1一端并联在节点F，节点F连接电压测量仪工作电源的正极；电阻R13的另一端连接测量滑线III的始端第0触点，测量滑线III的末端第10触点经过900Ω电阻R14后连接电路节点B；节点B与10350Ω量程转换电阻r4一端并联在单刀四掷量程转换开关K1的×10量程触点，量程转换电阻r4的另一端与1035Ω量程转换电阻r3一端并联在单刀四掷量程转换开关K1的×1量程触点，量程转换电阻r3的另一端与103.5Ω量程转换电阻r2一端连接后，经过931.5Ω电阻r6连接单刀四掷量程转换开关K1的×0.1量程触点，量程转换电阻r2的另一端与量程转换电阻r1的另一端连接后，经过1033.965Ω电阻r5连接单刀四掷量程转换开关K1的×0.01量程触点，单刀四掷量程转换开关K1的常闭触点连接调定电阻RN高电势端；电压测量仪用于连接被测量“UX”的两个端钮，正极端钮与测量盘I电刷连接，负极端钮经过双刀双掷开关K2后与辅助滑线III′连接。
专利摘要一种用于直流电压测量有三个测量盘的多量程电压测量仪，它有二只步进盘和一只双滑线盘组成，电压测量仪内部的两个测量盘与测量滑线间用导线连接，不通过开关切换，使电压测量仪测量时不存在变差及热电势影响，通过改变接触量程转换电阻的位置获得四个量程，最小分辨率达0.1μV，且省去了第一步进盘的两只辅助盘。
文档编号G01R17/20GK201555878SQ20092020228
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者骆小君 申请人:骆小君
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