自制工具之三－－－万用表

17173副主编 · 发表于 2009-5-22 21:17

这几日忙于做其他设备，把做万用表拉下了。可能也是光做一种机器做烦了，偶尔拿几个钟头的时间来看看万用表，调剂下心情，于是拖了很多时间。今天无事，花点时间一次搞定。

这篇是前面几篇的总结和回顾。主要实在理论上对前面制作的一些解释

前面的兄弟贴：

自制工具之一－－－主机 http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=234979

自制工具之二－－－烙铁及杂件 http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=235232

前言：

其面几个自制工具贴发了之后，各种反映都有。当然，有些支持的。但是也有冷静的建议批评的回复。一件设备光有人说好的，绝不是一件好设备，人无完人，器无完器。我设计的思路是尽可能考虑到我能利用的资源，做出和心应手的工具。有人问为什么不去买厂家的成品，我的理由很简单：厂家的东西不符合我的要求。比如：我要求的是自动待机的烙铁，而厂家的是恒温烙铁。我要求体积尽可能小，而成品可能非常大（因为要几种器材才能实现我某个器材的功能），当然，最重要的因素是价格。而我设计制作过这些设备以后，再要我来做就简单了。个人的水平也得到提高，并且也从中得到乐趣。我想：这些理由可能也是各位DIYHIFI的理由。闲话少叙，下面开始正文。

万用表是常用设备，当然。我也有没有万用表就焊机的经历，一般出现故障的可能性很大。

工欲善其事，必先利其器。如果有一个得心应手的万用表，对于我们的电子DIY，可以提高效率，减少失误。

万用表多种品牌，但总归只有2大类：数字表和指针表（或者说是模拟表）

指针表的优点是元件余量大，结构简单，故障率低。（一般一块优质的指针表，可以用20年以上）缺点：精度低，读数主观性强。内阻低（一般是20K欧）（这个我就当理解成内阻，毕竟我不是专门造表的。不知道专业术语是什么）

数字表的优点是读数方便，测量精度高，受环境的温度湿度影响小，内阻高（一般1M欧）。缺点也很明显，受环境电磁干扰比指针大（这也是因为内阻高导致的。因为0.2V的感应电压流过1M欧所需要的电流，比流过指针表20K欧所需的电流，小很多倍。某些玩家的高输入阻抗的功放，也很容易有干扰声，一样的道理。）

2者都有所长，各有所短。

我本着从易入难（个人感觉都难），2种表的设计都说一下。先说指针表

做表的前提是要有个好表头－－－－－能自制表头的DX除外。

对于表头最重要也是最基础的要求：灵敏度高，精度好（数字表基本是看芯片和位数）

指针表请见下表：

指针表头的另一个重要指标是：表头压降和表头内阻，表头内阻＝表头压降除以表头灵敏度

可以比较出来，上表中，最好的表头是MF18的表头，精度1.0级别的，灵敏度45ua，表头内阻330欧姆。但是，它有一项比不过mf10表头。那就是灵敏度。mf10表头可以准确测量10ua之内的电流。mf18最低电流量程只能总45ua起步（一般设计成整数50ua）

因为考虑到难易程度，这里挑选的是通用小表的表王：南京MF47表

这个表是单旋钮切换档位。档位多。表的尺寸却不大。比起mf18之类的大表起来秀气很多。因为它档位实用，尺寸小巧，价格适中，维护简单，故障率低，因为广为使用。

MF47有几个版本：主要是表头的区别

因为流通量最多的是下面那个，因此就此表来进行讲解：

此表头官方参数：灵敏度50ua，表头压降90mv，表头内阻1800欧姆

一，不管什么表头，直流电压档是最容易设计的，先从这里入手：

这是0.25V档。可以看见，拨动转盘至此档时，总回路电阻5K欧姆。流过电流是50ua。可以使表头偏转满偏。实际上此档也当50ua档使用。

其他档位就是在此档位上的扩展，只要使总回路电流在50ua，就可以达到指定档位。（我自己设计的是25V档，原机没有这个档位）

二，直流电流档：

其实就是表头在测分压电阻的电压

这是5A档，分压电阻0.06欧姆，流过5A电流时压降为0.3V。大于表头压降90mv，所以要进行限流。（也可以说是给表头的分压）

可以看见加上限流电阻后，表头回路总电阻为4200欧姆＋1800欧姆＝6000欧姆，在0.3V电压上。6000欧姆流过电流50ua，使表头满偏。其他档位是在此基础上的扩展。

三，交流电压档：

这是10V档：绿色支线回路是1.8K欧姆＋1.91K欧姆，支路是3.01K欧姆。红色总路是38.3K欧姆。因为支路和绿色支路为并联。实际表头总回路电阻是40K欧姆左右，因为每个整流二极管压降不同，所以要调节。使之准确。此时总回路流过直流电流是250ua交流电流整流后的有效值，绿色支路流过112ua交流电流整流后的有效值为50ua。所以，可以使表头满偏，其他档位是在此基础上的扩展。

四，交流电流档：

我原来的设计是准备给mf47加装交流电流档的，但是实在找不到低压降的检波管，就此作罢。因为如果压降大的话，再分流电阻上的压降也大，那么功耗也增大。另外由于检波管的线性，可能导致测量的偏差。于是作罢，但是我在数字表头上用运放放大检测信号30倍，再衰减20倍，跳过了整流管压降，成功实现了15A的交流档（因为信号再放大已经不准确，所以没有必要标称20A）。而实际厂家在设计交流电流档时，中国还没有集成电路，所以使用交流互感器来实现的，其原理和自耦变压器差不多。通过交流感应，实现电流的检测。在此，我只能惊叹前人的高超思想和跳跃性的创新思维。

五，电阻挡：

这里要重点说明下，这个图的MF47表的中心电阻应该在22欧姆左右。因此此处是按此参数设计的。而一般的MF47中心电阻有15.6欧姆和16.5欧姆。请按自己表头的参数设计。

中心电阻是设计电阻挡最重要的指标之一。此参数的含义指的是，1欧姆档时，表头指向正中时，外接电阻的阻值。因为每个表头有自己的线性特征，所以各不相同。最简单的办法就是在有参考表时，厂家标称的基础上，稍微做些微调。

从图上可见，1欧姆档时，表头满偏时，电池需要供电60－120ma，所以对电池消耗也很大。请用家注意。本人原作想设计0.1欧姆档测变压器次级阻抗。但是找不到600ma稳压电源，从实际上放弃。因为表笔的电阻存在。可能导致3％左右的偏差（实际上这个可以靠表头线性修正，因为指针表是可以任意归零的，而数字表始终只检测表笔接线柱的检测信号，所以表笔的电阻是不能归零的，高级的表除外）。所以从理论上放弃（因为我想做个电桥了）

指针表其他表头保护就不说了，这个也简单，原厂的设计不太好，要0.7V才保护，没有太多意义。

最后展示下成果：

这是我的表头压降，并非厂家的90mv。每个表都是不同的，所以都要加校正电阻。

1欧姆档，标称27欧电阻，自制表是28.1欧左右

1欧姆档，用数字表检测的10.2欧电阻，自制表10.3欧姆左右

2.5A直流档，信号电流0.478A（我的主机不能自动换小数点）。自制表0.48A左右

25V直流档，信号电压14.95V，自制表14.8V左右

衣服脱光光：

请勿见笑，除了电池和表头，其他全是拆机件。因为切换开关只有3档一刀，所以只能做1种档位（电压，电流，电阻任一档），而我再加了一个切换开关，做成了3档2种档位。这个很难解释为什么，各位自制的时候就知道了。

最后，稍微介绍下数字表：

自制数字表，市面上能买到的最好表头是0.2V 4个半的。而从经济上考虑最好还是买0.2V 3个半的。

为什么要0.2V，因为这个灵敏度高的好扩展，直流，交流，电压，电流，电阻都可以扩展。要是买个200V的表头，扩展成2V的，那就真费劲了。除非你只买个固定表头，不扩展档位。

数字表的设计难点在于，它是个有源元件，要考虑电压地和检测地的分与和。但是它比指针表简单的地方在于，因为内阻大，它只需要考虑检测电压，不用考虑表头所需要的满偏电流。

如果用单片机，实现功能来会更简便。

写在最后

通过设计制造万用表，可以发现很多乐趣，而且可以制作成比厂家更顺手的实用表，虽然档位少点，但是都是自己常用的档位。而且，因为可以选择更结实的切换开关。故障率会更低，使用寿命更长。

做表的过程还学习到很多东西，我做的表用的都是拆机元件，电阻阻值不对通过用并串联的办法得到自己需要的阻值，用4色环的不比原厂5色环的差。另外，要考虑到温度系数的因素，我可以采用功率余量更多的元件，比如用2W电阻比原厂的1/4W电阻，本身的温升肯定比1/4的少，这样来比拼温度系数，环境温度那就没有办法了，我的要求也不高。这个对于我的影响不大。等哪天我要设计5个半的表就会要考虑用高精度元件了。

这样的设计，主要是限于自己的实际条件。我前面说过，再好的设计也要和现实挂钩，所以有些还是不尽如人意的（比如切换开关就一直很头疼，高精度参考万用表也是）。

而元件实际上是很小的因素。比如这个表的有个档位，有数颗电阻，误差到40％都可以正常保持表的精度，关键是仿制者有没有读懂图。不知道这几颗电阻在哪。而最重要的一个元件，直接影响一个档位的精度，却很难突破。所以说，光说元件的好坏没有太多含义，重点是这些元件的作用和意义。

这个就像有的外国音响一样，拆开来看，元件很一般，甚至偷工减料。但实际上效果很好。中国人只会堆砌“发烧元件”（这些元件的真假和是否真的好性能指标还有怀疑的余地），造出来的东西可能还比不上人家的。

这里的差距，我觉得，可能更多的是设计的理念和对于电路的理解。

（关于国产指针万用表的设计，我研究了很久。如果各位都是高人，那我就没有必要再说下去了）

本帖首发HIFIDIY，除非本人自发，各位请勿转贴，实在才疏学浅，不想丢人。