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精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

大多数电表机芯灵敏度极高。例如某些达松伐机芯满量程电流低至 50 µA,内阻不足 1 kΩ,直接满量程电压仅 50 mV(50 µA × 1 kΩ)。要制造实用的高压电压表,必须分压输入,使仅安全分量到达机芯。

达松伐机芯示例

假设某达松伐机芯满量程 1 mA,线圈电阻 500 Ω。按欧姆定律,驱动其满量程的电压为:

E = I R
E = (1 mA)(500 Ω) = 0.5 V

裸机芯仅能读 0.5 V。为扩展量程,需串联倍压电阻,构成分压器。总电压分配在倍压电阻与机芯上,确保仅适当分量加到线圈两端。

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

倍压电阻计算

欲使该 1 mA、500 Ω 机芯在 10 V 时满量程。建立两串联元件的 E/I/R 表:

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

机芯满量程(1 mA),总施加电压 10 V,表如下:

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

求倍压电阻有两种常用方法:

两法均确认需 9.5 kΩ 倍压电阻。施加 10 V 时,回路流过 1 mA,机芯两端恰 0.5 V,指针指向满量程。表盘重标为 0–10 V,用户直接读得正确 10 V 读数,无需知晓内部分压。

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

因此,精密电阻网络“欺骗”灵敏机芯显示更高电压。电流表用并联分流电阻分流电流,原理同理。

多量程电压表设计

为给单机芯提供多量程,多刀选择开关接触不同倍压电阻。基于 1 mA、500 Ω 机芯的典型四量程电压表(1 V、10 V、100 V、1 kV)所用电阻值:

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

这些值往往难直接采购。设计师常采用阶梯法,选用标准电阻串联凑足总值。1 kV 量程下,选择开关接入 900 kΩ、90 kΩ、9 kΩ、500 Ω 串联堆栈:

精密电压表量程设计:从灵敏机芯到满量程读数

相加得精确 999.5 kΩ:

R_total = R4 + R3 + R2 + R1 = 900 kΩ + 90 kΩ + 9 kΩ + 500 Ω = 999.5 kΩ

用户视角下,各量程行为一致,仅刻度标签不同。

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