[实用新型]数字式电位差计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数字式电位差计，属于电子技术应用和实验应用的领域。

背景技术

电位差计是一种用途很多的常用测量仪器，它可以用来测量电源电动势和电位差，配上标准电阻还可以测量电流和电阻等物理电学量，传统的电位差计实验更是采用十一线电位差计，仪器较多，要自组电路，电路联接复杂，测量方法繁琐，使用步骤较多，使用不便。同时传统的电位差计，还易受工作电源不稳定、检流计灵敏度、标准电池与环境温度等有关因素影响。

本实用新型采用新的电子技术设计出一种新型数字式的电位差计，采用单片机芯片来主要完成电压的检测，电路中用高稳定性的可调电源来取代过去的干电池和标准电池，用高灵敏度的电子检流计取代机械检流计，同时结合数码显示，通过与标准电压的比较，即可测量出待测电动势值。测量结果精度高，本实用新型的数字式电位差计与传统式的电位差计相比较，它具有体积小、重量轻、价格低、操作方便、精确度高等优点，特别适用于各级学校的实验教学和科研。

实用新型内容

针对现有的测量和实验仪器的不足，本实用新型设计的数字式电位差计，采用了单片机技术和高稳定性的可调电源，并可由数码显示直接读出输出的电压或测量的未知电压值。而电位差计内附有了精密电源，省去了标准电池，同时省去了反复校准工作电流的要求，方便了操作。

本数字式电位差计上设置有五位数显电压表，五位数显电流表、电压输入端口、电压输出端口、电压调节旋钮、标准与测量旋钮、电流调节旋钮、功能选择旋钮、开关和电源显示，电位差计内具有单片机，隔离放大、A/D转换、基准和检测、电压调整和驱动的电路。

电位差计内的单片机采用AT89S52芯片，AT89S52美国ATMEL公司生产的一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。AT89S52具有以下标准功能：256字节RAM，32位I/0口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内具有晶振及时钟电路。

本数字式电位差计内的隔离放大电路、A/D转换电路、单片机和驱动电路依次相连；其恒压电源电路、基准和检测电路和电压调整电路依次相连，同时基准和检测电路与单片机相连。

本电位差计在功能上可取代传统的电位差计，但仍然能同原有的传统十一线电位差计等仪器混合使用，增强对测量原理的理解，同时由于内部具有精密电源和检流计，可对热电偶和动圈式仪表等一般的测量仪器进行检测。

附图说明

图1是数字式电位差计外观图，其中的1是五位数显电流表，2是五位数显电压表，3是电源显示，4是电压输入端口，5是电压输出端口，6是电压调节旋钮，7是标准与测量旋钮，8是电流调节旋钮，9是功能选择旋钮，10是开关。

图2是系统电路原理图。

图3是电压调整电路图

具体实施方式

结合附图，下面具体说明数字式电位差计的工作和电路情况。

本数字式电位差计采用的五位数显电压和电流表，其驱动与显示芯片采用的是专用芯片MAX7219，MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动芯片，其峰值段电流可达40mA，最高串行扫描速率为10MHz，典型扫描速率为1300Hz，仅使用很少的I/O口，即可完成对数码管的显示控制和驱动，线路非常简单，控制方便。

本数字式电位差计的电源采用高稳定可调整电源，数字式电位差计A/D电路的AD转换器选用美国AD公司的12位模数转换器AD1674,它具有的采样和转换能力,片上自带采样与保持放大器，能够满足系统的速度和精度要求。AD1674把电压信号转换成二进制数送往单片机进行数据处理和显示。

本电位差计的电压调整电路中，采用Q2、Q3组成复合管，其中Q2采用S9013，Q3采用TIP41。而运算放大器NE5532、R16、R17和R18构成取样比较放大电路，在电路中，由NE5532和Q2、Q3及取样电路构成负反馈，用以实现稳压和电压调节输出。而R11、Q1、CD4013触发器和可控硅SCR构成过流保护电路，当电流过大时，R11两端的压降使Q1导通，通过CD4013触发可控硅使调整管基极接地，电压输出为零，达到过流保护的目的。

使用时，本数字式电位差计仍然保留有电压输入端和电压输出端，以方便在使用传统电位差测量方式时使用，结合标准与测量旋钮，可以选用在输入端接入标准电池，在电压输出端用于输出稳定电压，用以测量并显示待测电动势。同时结合功能选择旋钮，利用标准电阻，还可利用本实用新型来测量电流或测量并计算出待测电阻阻值。

本数字式电位差计能实现对待测电动势和电阻的准确测量和显示等功能，同时还能对一般测量仪器进行检测，结构合理，操作方便，教学效果好，适合于各级学校的物理、电磁学等课程的测量与教学实验及科研。