采用五个步进盘的电位差计技术领域
本发明涉及对直流电压进行测量的仪器。
背景技术
电位差计为了解决接触电阻的变差及热电势的影响，一般采用大电刷以增大接触
面积，并采用银-铜复合材料，这就增大了开关也增大了仪器体积，增加了仪器成本，采用电
流叠加的方法只能用于每个步进的电阻都采用小电阻，一般都是0.01Ω，如果每个步进电
阻的阻值一大，电流的比值就会超差，由于步进盘电阻的阻值小，它能测量的电压相对也比
较低。
发明内容
本发明的目的是设计一种有五个步进盘的电位差计，它克服接触电阻的变差及热
电势的影响，也不需要大的开关，这可以降低成本，减小仪器体积，而且可以测量到1V，并设
有两个量限，最小分辨率为1μV。
本发明的技术方案这样采取：它有调节范围在0～100Ω之间的可调电阻RP1、调节
范围在0～1000Ω之间的可调电阻RP2、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻RP3、调节
范围在0～10Ω之间可锁定的可调电阻RP4，有两个双刀双掷开关，有五个步进盘，每个步进
盘上由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘与代换盘组成，每个步进盘的测量盘及代换
盘上两个相邻档位触点间焊接阻值相同的电阻一只，测量盘与代换盘在转动时同步，测量
盘每增加一只电阻，代换盘就减少一只电阻，保持电路总阻值不变；其特征在于：第一步进
盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘I与代换盘I′组成，测量盘及代换盘上每两个
相邻档位触点间焊接100Ω电阻一只，测量盘I的金属接触环与代换盘I′的金属接触环用导
线连接，第二步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘II与代换盘II′组成，测量盘
及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接10Ω电阻一只，测量盘II的金属接触环与代换盘
II′的金属接触环通过1100Ω电阻R1连接，第三步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的
测量盘III与代换盘III′组成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接1Ω电阻一
只，测量盘III的金属接触环与代换盘III′的金属接触环通过94Ω电阻R2连接，第四步进盘
由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘IV与代换盘IV′组成，测量盘及代换盘上每两个
相邻档位触点间焊接1Ω电阻一只，测量盘IV的金属接触环与代换盘IV′的金属接触环通过
900Ω电阻R3连接，第五步进盘由各有0、1、2、……10共11个档位的测量盘V与代换盘V′组
成，测量盘及代换盘上每两个相邻档位触点间焊接0.1Ω电阻一只，测量盘V的金属接触环
与代换盘V′的金属接触环通过889Ω电阻R4连接；从工作电源E正极连接节点A后电流分成
两路：向上一路连接第二步进盘上代换盘II′第10触点，代换盘II′第0触点连接第一步进盘
上代换盘I′第10触点，第一步进盘上测量盘I的第0触点连接第二步进盘上测量盘II第10触
点，测量盘II第0触点连接节点B后与双刀双掷开关K1的K1-1层常闭触点连接，双刀双掷开关
K1置×1量限时，电流经过318Ω电阻R8、调节范围在0～1Ω之间可锁定的可调电阻RP3到双
刀双掷开关K1的K1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～100Ω之间的可调电阻RP1到工作电
源E负极；双刀双掷开关K1置×0.1量限时，电流经过3180Ω电阻R9、调节范围在0～10Ω之间
可锁定的可调电阻RP4到双刀双掷开关K1的K1-2层常闭触点，再经过调节范围在0～1000Ω之
间的可调电阻RP2、可调电阻RP1到工作电源E负极；向下一路通过11081/12Ω电阻R5连接第三
步进盘上代换盘III′的第0触点，代换盘III′的第10触点连接第四步进盘上代换盘IV′的第
0触点，代换盘IV′的第10触点连接第五步进盘上代换盘V′的第0触点，第五步进盘上测量盘
V的第10触点连接第四步进盘上测量盘IV的第0触点，测量盘IV的第10触点连接第三步进盘
上测量盘III的第0触点，测量盘III的第10触点经过859/12Ω电阻R11连接节点B，电位差计
用于连接被测量的“UX”两个端钮，正极端钮连接测量盘I第10触点，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V第0触点连接，电位差计内附标准电
池EN负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连接100KΩ电阻R7后与双
刀双掷开关K1的K1-2层常闭触点连接，内附标准电池EN正极连接双刀双掷开关K1的K1-1层常
闭触点。
通过以上技术方案，与“UX”的两个测量端钮连接的五个测量盘上的电阻，在步进
盘切换时，焊接在一起的电阻阻值是不会产生变化，步进盘切换时开关接触电阻变差在0.1
～1mΩ之间，它只影响电流分配的比例，由于它串联在大电阻中，如第一步进盘的开关接触
电阻变差串联在1100Ω电路中，因此对电流分流的影响可以忽略，步进盘切换时开关的热
电势由于在电路中成对出现，大小相同、方向相反，可以抵消，且五个步进盘各个支路几个μ
V的热电势都直接或间接与电源两端连接，在以伏为单位的电压降上，几个μV的热电势对电
流分流的影响也可以忽略，因此，采用技术方案，电位差计步进盘切换时开关接触电阻变差
及热电势对“UX”的两个测量端钮没有影响。
附图说明
图1是本发明的原理电路。
具体实施方式
实施例1，在图1中，第一步进盘测量盘I与代换盘I′上的10×100Ω，表示测量盘I
与代换盘I′上都有10只阻值是100Ω的电阻串联，步进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；步进盘转动时，测量盘I增加的电阻等于代
换盘I′减少的电阻，以保持电路中总阻不变；其他四个步进盘同理。
在×1量限，电位差计标准工作电流设计成3.2mA，节点A与节点B之间下方的电流
设计成1.2mA，节点A与节点B之间上方的电流设计成2mA。
第二步进盘两把电刷间是1100Ω电阻R1与电流流经第二步进盘与第一步进盘的
1100Ω电阻并联，因此流过第一步进盘与流过1100Ω电阻R1的电流都是1mA，节点A与节点B
之间上方的电阻是1100/2Ω+100Ω＝650Ω，因此，节点A与节点B之间下方的电阻是：
650Ω×2mA÷1.2mA＝3250/3Ω
因为电阻R3是900Ω，第四步进盘两把电刷间流过第五步进盘，经过889Ω电阻R4的
电阻也是900Ω，不计第五步进盘叠加在第四盘上电流，第四、第五步进盘流过的电流都是
0.1mA，第四步进盘两把电刷间电阻为450Ω，第三步进盘两把电刷间流过第四、第五步进盘
电阻为470Ω，94Ω电阻R2的阻值是470Ω五分之一，则流过电阻R2电流为1mA。为满足节点A
与节点B之间下方的电流是1.2mA，必须使：
电阻R11+电阻R10阻值＝3250/3Ω-(470/6Ω+10Ω)＝995Ω，其中电阻R11必须是
859/12Ω，因此电阻R10阻值为11081/12Ω。
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
作电流流过电阻R8为3.2mA，因此电阻R8取318Ω，外加0～1Ω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。
电位差计工作电源采用YJ49型高稳定度可调稳压电源，它分段连续可调，在×1量
限，本电位差计总电阻约725Ω，在3.2mA电流下电压约2.3V，可采用YJ49型高稳定度可调稳
压电源的1～3V那段电源调节供电，并通过调节范围在0～100Ω的可调电阻RP1把电位差计
能够精细调节于标准工作电流的3.2mA状态。
在×0.1量限，标准化的工作电流流过电阻R9为0.32mA，因此电阻R9取3180Ω，外加
0～10Ω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。通过调节阻值在0～
1000Ω之间的可调电阻RP2让电位差计能够调节到标准工作电流的0.32mA状态。
当工作电流标准化后，第I测量盘置n1，第II测量盘置n2，第III测量盘置n3，第IV测
量盘置n4，第V测量盘置n5，开关K掷左边，这时连接被测量的“UX”两个端钮间电压为：
UX＝1×100n1+1×10×10+10n2-1.2×859/12-1×1(10-n3)-0.1×1(10-n4)-0.1×
10-0.1×0.1(10-n5)-0.1×20(mV)
UX＝100n1+10n2+100-85.9-10+n3-1+0.1n4-1-0.1+0.01n5-2(mV)
UX＝100n1+10n2+n3+0.1n4+0.01n5(mV)。
电位差计的标准工作电流是这样获得：在×1量限，把1V标准信号电压按极性与电
位差计“Ux”两个测量端钮连接，电位差计各步进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，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，再重复一次后，把可调电阻RP3锁定；在×0.1量限，把0.1V标
准信号电压按极性与电位差计“Ux”两个测量端钮连接，电位差计各步进盘总示值与标准信
号电压值相同，双刀双掷开关K2掷向左边，调节可调电阻RP1、调节可调电阻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，这时电位差计的工作电流就标准化，仪器使用时，先校对标准，要对读数盘
进行读数时，校对标准后再读数。