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MF30万用表改造

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上大学时买的MF30指针式万用表,原电路图如下。

上大学时就进行了第一次改造,增加了测5A大电流的功能,一开始是把那个1Ω电阻按1:9抽头,试着测近5A的大电流时,不到3秒就把那一小段电阻丝烧红了,然后只能改用0.1Ω的铜丝缠到纸上做0.1Ω电阻,还加了些石蜡,可以在过热时熔化石蜡帮助散热,不过试了,5A电流的发热熔不了石蜡。想用小剪刀在万用表外壳上钻个洞,太困难了没钻,在缝隙处划了一个小槽,用铜丝从小槽里引出来。还有就是加了一个单刀双掷小开关,一个2AP9二极管和电阻,增加了测量交流电流的功能,不过没有条件好好校准,只能大致测一下交流电流大小。


后来,因为那个单到双掷开关时不时有点接触不良,会影响到其它档的使用,而且测交流电流少,所以改为了只用单控,这样的好处是其它档不受影响,甚至除了电流档,其它档就算接通了二极管,实际上因为二极管是反向,漏电流很小,基本不影响使用,缺点是本来电流档上的电压要再次分压,加在二极管上的电压低了,小电流时指针偏转小了,会出现电流高位数在5-9之间时,用小电流档不够,换小一档指针又几乎不偏转。
后来因为不好买15v电池,做了个升压电路供X10k档(以前发过帖子https://tieba.baidu.com/p/8183761673)。
因为以前指针稍微有点弯,想掰直一下,没想到掰轻了掰不直,掰重一点把指针掰断了,只能换一根铜丝做指针,只会指针测量时指针停止变慢了不少,而且停下来也不干脆,了解到并在表头上的电容不单是测交流电用于滤波,还可以与表头线圈的电感组成谐振,与表头游丝的的弹簧振子谐振有一定关系,可以加速指针停下来,经对比,用三个10μ的独石电容替换4.7μ电容效果最好。
然后电路就变成了下面这样。


IP属地:湖北1楼2024-02-29 21:28回复
    以前用镍氢充电电池,感觉还好,后来充电电池慢慢不行了,每次充完电用不了多久,电池电压下降到1.25v以下,因为电阻档调零调到头最小电流也要50μA,电阻档内阻25k就没法让指针满偏了,把X1k档电阻减小百分之十,变成X900档用了一些时。
    本来还想把电阻档刻度重新调整,把中间刻度从25调到23.5,以使充电电池电压下降到0.2v左右还能满偏,后来看到有降压到1.5v的5号锂电池,买了一个,因为1.5v稳压效果很好,用在万用表内非常好就不大动了。
    因为电阻档调0对X1k档的内阻影响最大,计算了一下,1.5v电池,调零后内阻大约24.78k的样子,要想更精确,就要再加串220Ω电阻。以前为了X10k档尽量省电,升压电路使用了最低电压11.5v,串原电池,基本调到头指针正好满偏,现在为了避免反复调零,把升压电路改为了13.5v,串原电池1.5v,这样只要X1k档调零了,换X10k档就不用再调了。
    因为这个电池的稳压效果很好,等效内阻很小,而原来的X1档是预留了电池内阻约1.1Ω,表笔及内部线路电阻约0.7Ω,X1档25Ω内阻就只需加23.2Ω电阻,用了这个电池,应该加约1.1Ω电阻。后来想到加了1.1Ω电阻,也会因为表笔和内部线路一共约0.7Ω,给表头供电的是约24.3Ω的分压经25k限流,所以X1k档调零后,换到X1档,指针会指到约0.7Ω,还得调零,再换其它档又要重新调零。为了尽量避免调零,想了一个办法,就是加串1.8Ω电阻直接把里面电阻凑到25Ω,把那0.7Ω直接加到被测电阻上,测量小阻值电阻时,测量值直接减0.7Ω即可。这样一来,只要调一次零,以后就不用再调了,省事多了。
    原来的电压档是两个2CP11,10v交流档电压在0.3v以下时指针偏转很小,表盘刻度是从0.5v开始的,为了使0.5v以下的电压也能使指针明显偏转,就要用导通电压更低的二极管,于是换了个1N60肖特基检波二极管,二极管导通电压下降,为了消除影响,必须加串1.8k电阻。另外,原万用表电路10v交流档两个半周的内阻不一致,所以另一个2CP11要加串3k电阻来平衡。
    上一次的改造,交流电流高位5~9时测量受限,为了更好测量,有两个办法,一个是将被测电流加倍,也就是0.5mA的直流档测交流时变成1mA档,但这样的缺点是指针满偏时电路分压达到了1v,而0.5A档只需一半;还一个办法就是用压降更低的二极管,正好,网购过超低压降肖特基二极管,可以用来试试,额定电流越大的二极管在相同电流下压降越小,但同时反向漏电越大,经过对比,最后选择了SSL24(2A40v)的超低压降二极管,用这个型号二极管,10v档在交流电压0.1v时就能看到指针偏转,0.2v时指针偏转明显,可以画刻度了,反向漏电也能接受,综合看比较适合,二极管接线位置也改到直接接表头,这样少一个分压电阻分压,串1.3k电阻可使得打到直流0.5mA档时交流0.5mA正好能让指针满偏。0.05mA(50μA)档没有改造交流电流档的条件,交流电流最小档是0.5mA档。
    于是,这次改造,电路变成了下面这样。

    电路改好后,重新校准刻度。用一根几十欧的电阻丝,一个9v稳压电源,一个标称9v实际可以输出近12v,接2米长电阻丝仍能输出略大于10v的变压器电源,用带格子的纸做背景标电阻丝长度,用一个数字万用表辅助,在AutoCAD中制图,重新画了直流5v(25、500)电压和交流10v电压档刻度,电平档可以通过计算电平值对应的交流电压来画,电阻档可以通过计算被测电阻阻值与电流的关系来画。
    还有电容,使用多个不同容量的电容,用数字万用表测量出较精确的容量,然后用电阻档测量时观察指针偏转角度,得到不同容量电容用电阻档测量时指针偏转位置,画一个容量刻度,数值分别是1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8、8.2这几个系列值。测电容一般用X1k档,该档测量1~100μ电容比较好,容量小于1μ时可以用X10k档,容量大于100μ时可用X100档,大于1000μ时可用X10档。
    把原表盘上那个标牌照相截图再修整一下贴上去,打印,用固体胶贴到原表盘上,就是下面这个效果。

    后来用数字万用表测量发现,电阻档X1档表笔及线路的约0.7Ω电阻,两支表笔一共只有大约0.2Ω,电池在60mA等效内阻大约0.1Ω多一点,保险及接保险的弹簧等接近0.2Ω,而另外几条线虽然短,也有0.2Ω多,于是决定把那几条线给换成粗一些的。从坏的台式电脑电源中拆了几根线。
    下面这是换正极插口到保险的线。

    从保险到电流档的线也换掉,而且改变接线位置,尽量减小电阻,使得测量500mA电流时内阻尽量小。
    在换挡开关附近适当位置打孔。

    用细铜丝把线拉过来,焊到旁边焊点上。保险到电池负极的线虽短,也换掉。
    电池正极到电阻档的线也换掉。
    在适当位置打孔,用细铜线穿过去再焊到线头上拉过来,再焊到旁边焊点上。

    黑表笔插口到电路板上的线短,但也加一把线。把线都换完,这些换过的线电阻就很小了,表笔线加保险再加这些线,电阻降到0.5Ω。

    原来的5A是在表壳下方缝隙里引出一根铜线,要用鳄鱼夹连接才能用来测量,现在也加工一下,用废日光灯座里的磷铜片剪一小段做成一个正好可以插入表笔的圆筒(忘了照相,把剪剩下的磷铜片摆上来补一张),表壳上用小电钻打一个孔,慢慢扩大孔到正好可以插入那个磷铜片圆筒,圆筒里面那头用细铜丝缠几圈,用锡焊上,把连接线也焊上,这一头从里面插入孔中,露出表壳的部分也缠几圈细铜丝,用锡焊上,就把圆筒固定了。

    扩展的5A档插入表笔,效果不错。右边那个小开关是切换交流电流档的。

    经过这样改造,除了还不能测三极管放大倍数外,其它的都比较完美了。


    IP属地:湖北2楼2024-02-29 23:09
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      升压电路原来的线圈都用的较粗的漆包线,占用空间较大,分布电容也较大。

      想试试减小分布电容能不能提高效率,所以找了个一样的磁芯,一个废耳机的连接线拆了一点很细的漆包线绕次级,还有原来那么粗的线绕初级,重新绕了一个小变压器。


      原以为分布电容小了,损耗会减小,没想到,换上这个变压器,空载电流大了百分之十几,所以还是换回了原变压器。
      想试试其它地方能不能改进以提高效率,发现换更大的启动电阻,输出电压会微微下降,效率微微提高,把5k的反馈电阻换成10k,电压下降一半,工作不正常,把SSL14换成SSL24,输出电压会微微升高,空载电流会微微增大,可再换大一些的启动电阻,后来换成1.2M的启动电阻,更好使得X1k档调零后X10k档不用再调。
      如果想减小空载电流,最好的办法是增大输出端那个510k电阻,但这个电阻太大的话,表笔不接触或测量大阻值电阻时,升压电路的输出电压会有一些上升,等效内阻也增大,不利于测量,所以不能为了减小空载电流而本末倒置。
      还有,以前用镍氢电池,电压1.25v左右,电路效率较低,空载电流2mA左右,这次换1.5v电池后,效率明显大不少,空载电流不到0.7mA了,两表笔接触时,电池电流也不到2mA。


      IP属地:湖北3楼2024-03-02 11:52
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        最近的改造,本来还想用网购的升压模块来代替那个升压电路,希望能减小损耗,但没有找到1.5v可以直接升15v的电路,只找到了1.5v升3.3v和5v的,以及3v以上升12v和3v以上升可调的,各买了一两个。
        先试1.5v升5v,再用5v升12v和可调,空载电流就达到好几毫安,远高于我自己做的那个升压电路,直接pass。
        然后就考虑用1.5v升3.3v或5v的改造。该电路简单,用的2108A/33(3.3v)或2108A(50A/50(5.0v),电路如下。

        先用3.3v的试了一下改造效果,改造电路如下,加一组线圈,用一个小功率肖特基二极管BAT46WS(丝印S9)和一个约0.51μ的贴片电容加一组整流滤波,电路如下。

        2108A升压模块如下。

        把肖特基二极管和贴片电容先焊在一起,用胶(只是实验,没用很强的胶)固定在电感磁芯上。

        用很细的漆包线随便加绕了一组,能连到电路板上的用细铜丝连接,输出线用胶皮的导线,焊好再用胶粘一下。

        焊好试了一下,可以输出更高电压,但输出能力很差,稍加负载,电压就明显下降。然后大致测了一下,C1、C2并联容量有近30μ,2108内部的取样电阻为50k,现在这个3.3v是空载,只用于电压取样,所以间歇占比较大,而输出用的C3只有约0.51μ,在芯片工作的间歇期电压会大幅下降,所以才导致输出能力很差。
        另外就是测了,这个电路的空载电流也接近0.6mA,与我自己做的电路相比,已经低不了太多,要升到15v,有两个改造方案,一个电路如下。这个电路的优点是直接从输出端取样,所以输出电压会很稳定,缺点1是要改动电路板原有电路;2是因为内部取样电阻为50k,所以3.3v的取样电流有66μA,5v的取样电流有100μA,就算转化效率100%,单是为了提供取样电流,1.5v的耗电也分别要0.66mA和1mA,再加上效率不是100%,电路本身还要消耗,所以空载电流肯定大于我那个电路;3是接入万用表有点麻烦,几乎没法在不影响其它档的情况下接入。

        另一个改造方案如下。该电路看起来复杂一点,实际上不需要改动原电路板,只需把原来的滤波电容换小一些,再用胶粘三个元件再连线即可,而且接入万用表简单,与我原来那个升压电路相同。缺点是,单纯原来升3.3v或5v的电路空载电流已接近0.6mA,如果再加R1,空载电流肯定大于我原来那个电路,如果不加R1,也会跟原来那个电路一样,电路完全空载(两表笔不接触)或轻载(测量很大阻值的电阻)时电压会明显上升,等效电源内阻比较大,而重载(两表笔直接接触或测量较小阻值电阻)时,等效内阻较小。

        经过对比,该电路不如我原来那个升压电路,所以我没有更换。
        如果有人想用升压电路代替层叠电池,用这个改造方案会比较简单,只是空载电流比我自己做的那个电路大一点。我那个升压电路的缺点一是效率稍低,二是如果没有足够的专业知识和零件参数去计算适合的反馈电阻和反馈电容,就只能换不同电容和电阻反复试验,才能选出适合的反馈电容和电阻,否则工作不稳定,输出电压浮动幅度太大。


        IP属地:湖北5楼2024-03-03 11:32
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          上次将输出的二极管由SSL14换成SSL24之前,用数字万用表测了一下,两表笔断开时,升压电路输出13.56v,两表笔直接接触时,输出13.36v,指针微微超了满刻度,当时没更仔细分析,换了SSL24并把偏置电阻加到1.2M后测了一下,表笔接触时输出电压13.31v,表笔分开时输出电压13.44v,电池用数字万用表测量的电压为1.508v,按这几个数字计算,X10k档空载(表笔断开)时电压为13.44+1.508=14.948,没有X1k档的10倍,满载(两表笔接触)时,电压13.31+1.508=14.818,说明X10k档等效内阻不到250k只有大约248k,升压电路等效内阻约2k,那个224k电阻实际阻值只有221k(数字万用表测电阻全部略偏小6‰左右,该电阻测量值也是221k,按偏小6‰,实际阻值应该是222k多一点,怎么测怎么算都有一些误差,224k电阻偏小是肯定的),而且因为输出非线性,在测量较小阻值电阻时,等效内阻会更小,这样会导致测量的阻值偏大,用四个100k高精度低温漂电阻对比,发现确实测量值略大一点点。
          然后就仔细分析了,既然X1k档电池是1.508v,两表笔直接接触时,电流应该是1.508v/25k=60.32μA,相应的,X10k档要15.08v,升压电路要输出13.572v,考虑到输出非线性,电流大时减小相同电流导致的电压上升小一点,等效内阻小一点,电流小时减小相同电流导致的电压上升大一点,等效内阻大一点。为了测量精准度,要优先考虑指针偏转大(也就是被测电阻阻值比较小,50~500k),而大于500k时,指针本来偏转就小,电压误差稍大一点影响不明显,所以,空载时输出13.60~13.63v可能比较理想,如果两表笔接触时指针偏转超了,就说明内阻小于250k,可以直接加串电阻。
          通过不断换偏置电阻试,发现如果偏置电阻较小(比如510k,也就是本次改造前的电阻),输出电压随电阻变化的曲线呈折线形(换不同的被测电阻,输出电压不规律),这不利于精准测量,偏置电阻1M左右时,输出曲线较平滑(换不同的被测电阻,输出电压比较有规律)。考虑到加大偏置电阻,输出电压会下降,换SSL24能提高一点电压,但提高有限,最后又把次级加了一匝,把偏置电阻换到2.4M,二极管用SSL14,表笔断开时升压电路输出电压13.62v,表笔接触时输出电压13.34v,指针正好满偏,四个100k高精度电阻串联分别测100k、200k、300k、400k电阻,指针指示非常精准。不过,万用表放半天后再次换到X10k档,两表笔接触时,指针偏转角略偏大,要用1分钟左右才会指到0,推测可能是当稳压二极管用的那个稳定性略差,准备等过些时气温变化后看看情况再说,这个问题不太好解决,只能兼顾高气温和低气温,在没有高精度测量要求时折衷一下将就用(指针差一点点懒得调0了),有要求时调零。


          IP属地:湖北6楼2024-03-08 22:41
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            以前用示波器测过这个电路的输出波形,两表笔断开时每工作三个周期就间歇一下,两表笔接触时每工作四个周期间歇一下,估计就是三个周期变到四个周期时输出电压与输出电流的变化不规则,如果换更大的偏置电阻,会拉长间歇期,导致输出电压下降,同时连续工作周期个数增加,变一个周期的影响变小,所以输出电压要规则一些。


            IP属地:湖北7楼2024-03-08 22:48
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              今天发现主楼帖中介绍交流电压档与交流电流档的内容混了,修正一下:
              原来的电压档是两个2CP11,10v交流档电压在0.3v以下时指针偏转很小,表盘刻度是从0.5v开始的,为了使0.5v以下的电压也能使指针明显偏转,就要用导通电压更低的二极管,于是换了个1N60肖特基检波二极管,二极管导通电压下降,为了消除影响,必须加串1.8k电阻。另外,原万用表电路10v交流档两个半周的内阻不一致,所以另一个2CP11要加串3k电阻来平衡,后来直接在44.2k电阻上串1.8k,原来的另一个2CP9上串1.2k平衡两个半周。改用1N60代替2CP11后,10v交流档在0.2v时指针就有明显偏转,所以除了0.2v那一格明显窄一点,不需要减少刻度了。
              上一次的改造,交流电流高位5~9时测量受限(比如交流电流7mA左右时,用5mA档测不了,用50mA档时,要10mA以上的电流,指针才开始有明显偏转,小于10mA指针几乎不动),为了更好测量,有两个办法,一个是将被测电流加倍,也就是0.5mA的直流档测交流时变成1mA档,但这样的缺点是指针满偏时万用表电路分压达到了1v,而0.5A档只需一半0.5v;还一个办法就是用压降更低的二极管,正好,网购过超低压降肖特基二极管,可以用来试试,额定电流越大的二极管在相同电流下压降越小,但同时反向漏电越大,经过对比,最后选择了SSL24(2A40v)的超低压降二极管,用这个型号二极管,满偏电流6%的电流就可以使指针明显偏转了,50的满偏刻度,可以从3开始画刻度了,反向漏电也能接受,综合看比较适合,二极管接线位置也改到直接接表头,这样少一个分压电阻分压,串1.3k电阻可使得打到直流0.5mA档时交流0.5mA正好能让指针满偏。0.05mA(50μA)档没有改造交流电流档的条件,交流电流最小档只能是0.5mA档。


              IP属地:湖北10楼2024-04-11 15:29
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