主動屏蔽式高值哈蒙電阻器的製作方法

2023-07-30 10:49:31

專利名稱：主動屏蔽式高值哈蒙電阻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電測量技術，特別是一種測量用哈蒙電阻器。
背景技術：
哈蒙電阻器是一組等值電阻以串、並聯方式工作的標準電阻器，主要應用於精密 直流電阻測量領域。具體的原理如下n個同標稱值(電阻值相同)電阻R並聯時，並聯電 阻阻值對於R/n的相對偏差(a)近似等於串聯阻值對於nR的相對偏差(b)，(a-b)即為串 並聯差。這n個電阻的一致程度是影響並聯阻值相對偏差和串聯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、並聯阻值的變差的一致性是「平方」關係，例如， 電阻阻值的一致性為10_4，則該電阻串、並聯電阻阻值的變差為10_8。因此靠挑選一致程度 較好的一組電阻R即可獲得極高的串並聯阻值一致性，通常可以認為，n個電阻R的並聯阻 值的相對偏差等於這些電阻串聯阻值的相對偏差。根據哈蒙原理，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 的電阻量值比例關係，實現電阻量值的大比例傳遞，如1 100。哈蒙電阻器的工作電阻(即上述構成串、並聯關係的電阻R)常採用中、低值電阻， 而當工作電阻採用高值電阻(阻值大於1兆歐的電阻)時，存在洩漏電流問題。對於高值 哈蒙電阻器存在洩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，圖1 所示的是工作電阻處於串聯狀態，當左側的工作電阻引連接成一個節點，右側的工 作電阻引腳Bi-B5連接成一個節點，則工作電阻組成了並聯電路。工作電阻需要設置於電路 板上，由於工作電阻為高值電阻，在加電狀態下工作電阻引腳之間存在電位差，因此在電路 板範圍內工作電阻引腳之間產生所謂的洩漏電流，如電路板材質本身電阻率不高，或電路 板表面由於受到汙染表面電阻降低形成洩漏電流的導體。洩漏電流的存在使得測量結果出 現較大的串並聯差。

發明內容
為了解決高值哈蒙電阻器存在洩漏電流的問題，本發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洩漏電流的問題。本發明的技術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，還包括屏蔽結構；所述屏蔽結構為閉合結構，所述閉合結 構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，屏蔽結構的材質為導體材料；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構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，屏蔽結構和保護電阻構成的電路與對應 的工作電阻構成的工作電路具有相同的串聯或並聯結構；所述哈蒙電阻器還設置有獨立電 源，所述獨立電源與屏蔽結構和保護電阻構成的電路連接，使屏蔽結構和屏蔽結構包圍的 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構和保護電阻構成的電路供電 過程中與工作電阻沒有直接或間接的連接關係。所述屏蔽結構為同軸屏蔽結構。另一個方案是所述屏蔽結構為分別設置於電路板的兩個板面上的環形結構，所 述環形結構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，包括採樣電路和包含微處理器的保持電 路，工作電阻構成串聯電路時全部工作電阻串聯後形成串聯電阻，採樣電路獲取該串聯電 阻兩端的壓降；還包括與採樣電路連接的開關電路，用於控制採樣電路與工作電阻構成電 路之間的連接與斷開，所述斷開為獨立電源在向屏蔽結構和保護電阻構成的電路供電過程 中與工作電阻構成串聯電路之間斷開，保持電路由微處理器根據採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構和保護電阻構 成的電路，使屏蔽結構和屏蔽結構包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。上述獨立電源能夠實現自動跟蹤測量迴路電壓的功能。本發明的技術效果如背景技術部分所分析的，高值工作電阻容易產生洩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，本發明將高值工作電阻的引腳與電路板連接的部分設置 於屏蔽結構內，在屏蔽結構上施加與屏蔽結構內工作電阻引腳相同的電位(由內置於電阻 器的獨立電源實現)，由於消除了屏蔽結構與工作電阻引腳之間的電位差，因此可以避免或 減少洩漏電流，實現本發明的目的。由於高值哈蒙電阻器對準確度有較高的要求，因此，當屏蔽結構的電位與屏蔽結 構所包圍的工作電阻引腳之間存在一定的電位差時，仍然會存在洩漏電流影響哈蒙電阻器 的準確度。本發明針對屏蔽結構電路所設計的獨立電源(即前述能實現自動跟蹤功能的獨 立電源)通過對工作電阻構成的電路進行採樣，根據獲取的採樣電壓控制對屏蔽結構構成 的電路的輸出電壓保持一定值，使得屏蔽結構的電位能夠穩定在屏蔽結構所包圍的工作電 阻引腳的電位。


圖1為哈蒙電阻器原理圖。圖2為本發明的高值哈蒙電阻器原理圖。圖3為屏蔽結構構成的電路供電的獨立電源的原理結構圖。
具體實施例方式圖2顯示了本發明的原理，本發明的高值哈蒙電阻器包括引腳連接於電路板上的 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)，工作電阻的數量大於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)構成串聯結構。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，這時工作電阻就構成了並聯結構。由於存在背景技術部分介紹的高值哈蒙電阻 容易存在的洩漏電流問題，本發明採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置屏蔽結構，由於所述引腳貫穿電路板體，因此該屏 蔽結構可以分成兩種一種是在電路板兩個表面分別設置的屏蔽環(環形屏蔽結構)，該屏 蔽環在電路板表面範圍內將所述引腳(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；另一種屏蔽結構是貫穿電路板板體的管狀屏蔽結構，引腳(引腳與電 路板連接部分)被該管狀屏蔽結構隔離，即與電路板板體的其他部分隔離，管狀結構如果 在電路板的兩個表面凸出，則同時起到上述屏蔽環的效果，這種屏蔽結構也被稱為同軸屏 蔽結構。上述屏蔽結構由導體材料製成。上述包圍一個工作電阻兩個引腳的屏蔽結構之間串接有保護電阻，保護電阻與工 作電阻具有同標稱值，屏蔽結構和保護電阻構成的電路與對應的工作電阻構成的工作電路 具有相同的串聯或並聯結構，即圖2中左側的Ai-Ae連接成一個節點，右側的Bi-B5連接成一 個節點，形成並聯結構工作電路，同樣的，對應每個工作電阻引腳的屏蔽結構也都連接成節 點，形成保護電阻的並聯電路。本發明的哈蒙電阻器中設置有獨立電源(圖2中的採樣記憶跟蹤電源)對保護 電阻構成的電路智能化獨立供電，使得屏蔽結構具有與其包圍的工作電阻的引腳相同的電 位。根據等電位屏蔽的原理，工作電阻的引腳與包圍該引腳的屏蔽結構之間電位相等，工作 電阻引腳以電路板為介質向外的洩漏電流趨近於零，從而達到減少洩漏電流的目的，實現 本發明的目的。這裡所謂的獨立電源是指該電源在向屏蔽結構和保護電阻構成的電路供電 過程中不具有與工作電阻直接或間接的連接關係，如果屏蔽結構構成的電路的電源與工作 電阻有連接關係，則兩者之間的相互影響會降低哈蒙電阻器的準確度。採樣記憶跟蹤電源 的輸出端連接到屏蔽結構形成的串聯電路；採樣記憶跟蹤電源的採樣端連接到工作電阻形 成的串聯電路，具體的說是在工作電阻串聯時(如圖2所示狀態)，串聯的若干個工作電阻 等效為一個串聯電阻，採樣記憶跟蹤電源的採樣端連接到串聯電阻的兩端(圖2中~和A6 兩個端點)以獲取串聯電阻兩端的壓降。前述屏蔽結構的兩種形式具有一定的技術效果屏蔽環可以阻止在電路板表面的 洩漏電流，由於電路板容易受到汙染，更容易產生洩漏電流，試驗表明，屏蔽環結構可以在 較大程度上減少洩漏電流；同軸屏蔽結構不僅在於阻止了電路板表面的洩漏電流，更進一 步地在電路板表面之間的板體內阻止了洩漏電流的產生。圖3顯示的本發明用於屏蔽結構電路的獨立電源(採樣記憶跟蹤電源)的結構。 由於需要屏蔽結構的電位與屏蔽結構包圍的工作電阻引腳電位相等，因此，需要對屏蔽結 構和保護電阻構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、 穩定。為此需要獨立電源能夠根據工作電阻電路的實際電壓情況輸出相應的電壓值，即具 有採樣記憶功能。圖3所示電源包括A/D採樣電路(具有高輸入阻抗不影響主迴路的特 點)，該採樣電路連接到工作電阻構成的串聯電路中採集串聯電阻兩端的壓降，分壓電路左 側的兩個採樣端連接到工作電阻構成的電路中，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採樣按鈕構成的開關電路，開關電路與A/D採樣電路連接，用於控制 採樣電路與工作電阻構成電路之間的連接與斷開，該斷開為獨立電源在向屏蔽結構和保護電阻構成的電路供電過程中與工作電阻構成串聯電路之間斷開，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，常採用斷開後開關兩端之間保持空氣 隔離這種方案。因為採樣電路僅在採集電壓信號時需要與工作電阻構成的電路連接，其他 時間若保持該連接會對工作電阻構成的迴路造成影響，降低哈蒙電阻器的準確度。圖3所 示電源還包括與採樣電路連接的保持電路，該保持電路實質為微處理器控制的電源，根據 採樣電路獲取的串聯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構和保護電阻構成的電路，使屏蔽結構和屏蔽結構包圍的工作 電阻的引腳具有相同的電位。採用圖3這種電源，可以跟隨工作電阻構成串聯電路的實際 電壓調整輸出電壓，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。
本發明的獨立電源(採樣記憶跟蹤電源)的工作過程是首先將獨立電源的採樣 電路連接到工作電阻構成的串聯電路，獲取串聯電阻兩端的壓降；然後獨立電源記錄該壓 降值，此時需斷開採樣電路與工作電阻串聯電路的連接；獨立電源中微處理器記錄所述壓 降值並控制輸出電壓值與該壓降值相同，且持續保持這一輸出電壓值，該輸出為屏蔽結構 構成的串聯電路供電，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，其特徵在於還包括屏蔽結構；所述屏蔽結構為閉合結構，所述閉合結構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，屏蔽結構的材質為導體材料；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構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，屏蔽結構和保護電阻構成的電路與對應的工作電阻構成的工作電路具有相同的串聯或並聯結構；所述哈蒙電阻器還設置有獨立電源，所述獨立電源與屏蔽結構和保護電阻構成的電路連接，使屏蔽結構和屏蔽結構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構和保護電阻構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係。
2.根據權利要求1所述高值哈蒙電阻器，其特徵在於所述屏蔽結構為同軸屏蔽結構。
3.根據權利要求1所述高值哈蒙電阻器，其特徵在於所述屏蔽結構為分別設置於電路 板的兩個板面上的環形結構，所述環形結構包圍工作電阻引腳與電路板表面相交部分。
4.權利要求1至3所述高值哈蒙電阻器中所述獨立電源，其特徵在於包括採樣電路和 包含微處理器的保持電路，工作電阻構成串聯電路時全部工作電阻串聯後形成串聯電阻， 採樣電路獲取該串聯電阻兩端的壓降；還包括與採樣電路連接的開關電路，用於控制採樣 電路與工作電阻構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構和保護電 阻構成的電路供電過程中與工作電阻構成串聯電路之間斷開，保持電路由微處理器根據採 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構和 保護電阻構成的電路，使屏蔽結構和屏蔽結構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洩漏電流的問題，本發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，還包括導體材質屏蔽結構；屏蔽結構為閉合結構，所述閉合結構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構之間串接有與工作電阻具有同標稱值的保護電阻，屏蔽結構和保護電阻構成的電路與工作電阻構成的工作電路具有相同的串聯或並聯結構；還設置有獨立電源，獨立電源使屏蔽結構和屏蔽結構包圍的工作電阻的引腳具有相同的電位。本發明的高值哈蒙電阻器可應用於電路測量領域。
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 優先權日2009年12月23日
發明者李繼東, 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