入手一块张丝指针万用表 YX360TRF

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作为一个机械和电子爱好者,LT 总对手里没有一块指针表而难以释怀。不过,很早以前却拥有过一块 500 表,但是电阻档误测市电烧掉了,它是 LT 的第一块万用表,短暂地陪伴着度过了一段快乐时光。用现在眼光来看,指针表精度不高,读数不直观,随便就被现在的10元包邮数字万用表秒杀,然而指针表毕竟是一个时代的标志,它在 LT 的少年时期烙下了深深的印记。本周 LT 在矿坛闲逛,碰巧看到在讨论 YX360TRF 指针万用表,感觉还不错,就是价格有点小贵,踌躇半天,最终还是入手 。满满的情怀!

一、YX360TRF 概览

1. 外观

整体做工不错,没有粗制滥造的感觉。塑料质量不错,没有毛刺。档位开关旋转清脆准确。表笔大小长短合适,握着手感不错,笔尖镀金,黄澄澄的,很养眼。

2. 表头

可以从表蒙外面一瞥表头的外貌。 (不要轻易尝试拆开表蒙,否则处理不当的话,表蒙产生静电会影响表针停留位置的。)

从网上找到的去除表蒙后的图片,可以看到表头结构,最中央的那个小孔就是张丝金属线进入地方:

3. 内部

打开后,内部看起来很简陋,是PCB 板结构。

PCB板背面没有多少电子元件,有两颗电阻,粗的是 1% 精度 18Ω 阻值电阻,为欧姆档 X1 的分流电阻,细的是 2% 精度的 200Ω 电阻,为欧姆档 X10 的分流电阻。

电池仓簧片看样子是铜的,注意不要用手指接触,沾上汗液很容易生铜绿。簧片如果和电池接触不良,也会影响到电阻档 X1 的调零,表现为调零电位器调到低,指针也不能指向 0 欧。

PCB板通过三个塑料卡口固定,先卸掉调零旋钮,然后小心掰开三个卡子,即可拿掉PCB板,可以看到正面是一些贴片器件。

4. 拨盘

YX360TRF 的拨盘上的簧片很精细,特别是2触点的簧片,不是固定在拨盘上的,不要试图改变原有的形状,否则可能会导致与PCB接触不良,影响 DCV Null 和 电阻档。

拨盘使用久了,可能会感觉生涩,原因是拨盘上部的内圆与表壳内圆摩擦产生粉末而卡在两者之间影响转动,解决办法是将拨盘小心拆下来,将粉末清理干净后,在内外圆接触部位涂上一点点“白凡士林”帮助润滑,很少量就行。

二、指针表头类型

电流的单位定义为:“1安培定义为:在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线,通以相等的恒定电流,当每米导线上所受作用力为2×10-7 N时,各导线上的电流为1安培”。指针表的工作原理是电流和磁场的关系,最直接反映的就是电流的定义。当表头线圈通过电流时,受到的磁场力和弹性扭转力平衡时,偏转角度代表了电流的大小。原汁原味。

YX360TRF 这块表价值最高的部分就是它的“张丝”结构表头。此种表头靠两根金属丝拉着线圈,所以叫“张丝”,与国内常见的“游丝+轴承”结构不同。张丝表头没有转轴和轴承以及螺旋形的游丝,没有摩擦力。

1. 张丝表

张丝表,英文叫 Taut Band Meter,借图来说,下面结构即张丝结构,圆孔中心那根丝即是所谓的张丝,提供扭矩和支撑电流由此进入线圈,线圈的另一对边也有相同的结构:

图片来源于 http://www.crystalradio.cn/thread-1548219-1-6.html

张丝表头的特点是:灵敏度高,线性好,阻尼感强,不过冲。

2. 游丝表

游丝表,英文叫 Pivot & Jewel Meter ,则是下面这种结钩,有支撑线圈的轴承,和提供扭矩的法条状的盘丝,,电流由游丝进入线圈:(图片来源于 http://www.crystalradio.cn/thread-1548219-1-6.html)

图片来源于 http://www.crystalradio.cn/thread-1548219-1-6.html

游丝表头的特点是:响应快速但指针容易过冲。

三、YX360TRF 特性

1. 刻度盘和读数

2. 量程和精度

从表中可以看到,此表的 DCV 精度为 3%,这是什么样的概念呢,举例来说,表盘上 V-A 刻度有50格,测量满刻度时如果实际表针指示偏离 1 格,那么误差就是 2%,所以误差3%就表示满度误差允许偏离 1.5 格,是不是听起来很夸张?实际上,实际精度一般都优于标称精度。但是指针万用表的精度比起数字万用表随便就 0.8% 的精度来说,简直被完爆!

3. 交流频响

此表的标称频响可以达到 100 kHz,这个指标可以秒杀大部分数字万用表的 1 kHz 交流频响。

  • 30 Hz ~100 kHz within ±3% f.s. (AC 10V range)

4. 电路图

下面是网友测绘的电路图

LT 对线路进行了比对,重新绘制了电路图:

并对 PCB 进行了标注:

5个色环电阻备忘:

  • 背面 200Ω,色环:红黑黑黑红,精度 2%,用于电阻档 X10
  • 背面 18Ω,色环:棕灰黑金棕,精度 1% ,用于电阻档 X1
  • 6.8MΩ,色环:蓝灰黑黄棕,精度 1%,用于交流电压档 750V
  • 48.1kΩ,色环:黄灰棕红绿,精度 0.5%,用于直流电压档 2.5V
  • 0.99Ω,色环:白白银棕,精度 1%,用于直流电流档 0.25A

2个三极管备忘:

  • LY:丝印 LY,NPN 类型;用于 DCV NULL 档
  • SY:丝印 SY,PNP 类型;用于电阻档 X100K 和 电容档 C

4个保护二极管备忘:

  • SJ 67 : 丝印 SJ 67

2个整流二极管备忘:

  • 型号未知,据说是 IN4148

3个电容备忘:

  • 1个与 LY 三极管be并联,容量未知
  • 2个与保护二极管并联,容量未知

调零电位器

  • 10K

5. 原理分析

实测:

  • 50uA/0.1V 档,满偏时用数字表实测 50.4uA,测PCB板上红黑线焊点间电压 0.094V,测红黑表笔间电压 0.099V。测红黑表笔间电阻 1.95kΩ。
  • OFF 档,用数字表测PCB板上红黑线焊点间电阻 1.86kΩ
  • DCV Null 档,工作电流约 30uA

推测:

  • 表头回路满偏电压按0.095V 内阻 1.9kΩ ( 线圈电阻 和 33K + 5.1K + W并联) 设计的

a.直流电流档

前面推测表头满偏电压按0.095V 内阻 1.9KΩ (线圈电阻和33K+5.1K+W并联)即满偏电流50uA 设计的。

  • 50uA :表头串联的电阻100Ω 压降 0.005V,加上表头设计规格 0.095V,正好 0.1V
  • 2.5mA :表头串联电阻 100Ω + 3.0kΩ,表头满偏压降 50uA*(1.9kΩ+100Ω+3.0kΩ)=0.25V,分流 2.5mA-50uA = 2.45mA,所以分流电阻为 0.25V/2.45mA = 102.04Ω,电路图上取 102Ω
  • 25mA :表头串联电阻 100Ω + 3.0kΩ,表头满偏压降 50uA*(1.9kΩ+100Ω+3.0kΩ)=0.25V,分流 25mA-50uA=24.95mA,所以分流电阻为 0.25V/24.95mA = 10.02Ω,电路图上取 10Ω
  • 0.25A:表头串联电阻 100Ω + 3.0kΩ,表头满偏压降 50uA*(1.9kΩ+100Ω+3.0kΩ)=0.25V,分流 0.25A-50uA=249.95mA,所以分流电阻为 0.25V/249.95mA = 1.00Ω,电路图上取的 0.99Ω

b.直流电压档

  • 0.1V:同 50uA 电流档
  • 0.25V:同 2.5mA 电流档
  • 2.5V:表头满偏电压按0.095V 内阻 1.9KΩ,串联 48.1KΩ后,电阻为 50KΩ, 所以满偏电压为 50KΩ*50uA=2.5V
  • 10V:表头满偏电压按0.095V 内阻 1.9KΩ,串联 48.1KΩ+150KΩ后,电阻为 200KΩ, 所以满偏电压为 200KΩ*50uA=10V
  • 50V:表头电阻+串联电阻 需要为 10V 档的5倍,即需要在10V档基础上再串联 200KΩ*(5-1)=800KΩ,电路图上取的 806KΩ
  • 250V:在 2.5V 档位的基础上并联了一只 42KΩ 的分流电阻,将电流扩大至 2.5V/50KΩ + 2.5V/42KΩ,所以需要再串入的电阻为 (250V-2.5V-(2.5V/50KΩ + 2.5V/42KΩ)*(806K+150K)) /  (2.5V/50KΩ + 2.5V/42KΩ) = 1303783Ω,约 1.3MΩ,电路图上取的 是 1MΩ + 280kΩ = 1.28MΩ
  • 1000V:在 2.5V 档位的基础上并联了一只 42KΩ 的分流电阻,将电流扩大至 2.5V/50KΩ + 2.5V/42kΩ,所以需要再串入的电阻为 (1000V-2.5V) /  (2.5V/50KΩ + 2.5V/42KΩ) = 9107609Ω, 电路图上取的是 82.5kΩ+360kΩ+909kΩ+887kΩ+6.8MΩ = 9028.5kΩ

c. 交流电压档

交流电压档最高档满量程为 1000V,但是档位开关上标了 750V,可能是为了安全考虑。

交流档的整流方式有平均值整流和峰峰值整流。此表采用平均值整流中的半波整流,表头的响应为平均值响应,刻度显示为有效值显示。

  • 正弦波半波整流的平均值 = 0.45 * 有效值

所以

  • 10V AC档满偏平均值为 4.5V
  • 50V AC档满偏平均值为 22.5V
  • 250V AC档满偏平均值为 112.5V
  • 1000V AC档满偏平均值为 450V

由10V AC 分压电阻 82.5kΩ 倒推表头满偏时,表头加二极管两端电压平均值为 4.5V – 82.5kΩ * 0.05mA =0.375V,算下来二极管上压降平均值为 0.375V-0.095V = 0.28V。

  • 50V AC:分压电阻 (22.5V-0.375V) / 0.05mA – 82.5kΩ = 360kΩ,电路中取的 360K
  • 250V AC:分压电阻 (112.5V-0.375V) / 0.05mA – 82.5kΩ – 360kΩ = 1800kΩ。电路图中使用两个电阻 909K + 887K = 1796kΩ
  • 1000V AC:分压电阻 (450V-0.375V) / 0.05mA – 82.5K – 360K – 1800K = 6750kΩ。电路图中取的 6800kΩ

d. 电阻档

电阻档缺少一个 x10K 档位。

电阻档中心阻值设计为 20Ω。X1 / X10 / X100 / X1K档是一种工作原理。红色表笔经过3V电池后分两路到黑色表笔,一路是分流电阻 18Ω / 200Ω / 2K(实为 2 个 4.12K 并联)/ 31.6K ,一路是经过 48.7K 电阻流入W 调整电位器抽头。

指针表测电阻电路等效于内阻+待测电阻+电池构成一个回路,调零时,指针满偏,此时只有表内内阻。设计刻度中心阻值为 20Ω,当测量20Ω电阻时,指针半偏。即中心阻值等于电路内阻。电位器抽头引入电流并且串联一个大电阻,可以使调零电路对整个电路内阻影响微乎其微。不同的档位,可以配不同的分流电阻使之匹配中心阻值。

此表还提供了 LV 和 LI 刻度,可以读取测电阻时,负载的电压和电流,但是前提是电池电压 3V 时刻度才准确。

e. 中零电压档

这是此表的一个特色,使用±25V ±5V档位时,指针位于表盘中央位置,表笔测电压极性相反时,表针反方向偏转,不存在常规指针表所担心的打表问题。

 

延伸阅读

  • 指針電錶歐姆檔之探討
    http://bbs.pigoo.com/thread-61697-1-8.html
  • 带放大器的指针万用表
    http://blog.sina.com.cn/s/blog_6537bac7010113de.html
  • 求sanwa EM-3000II原理图
    http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1529319

 

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