万用表的设计与制作

前言 万用表是制作电子电路时必备的测量仪表。它可测量电阻的阻值大小, 电压、电流的 大小, 判别电路的通断及元件的好坏等等。 数字万用表亦称数字多用表(DMM)，是广大电子技术人员和电子爱好者从事电子测量及 维修工作的必备仪表。最普通的数字万用表一般具有交直流电压测量、交流直流电流测量、 电阻测量、通断声响检测、二极管正向导通电压测量、三极管放大倍数及性能测量等功能， 有些数字万用表则增加了电容测量、频率测量、温度测量、数据记忆及语音报数等功能， 给实际检测工作带来很大的方便。数字万用表有台式数字万用表和便携式数字万用表。便 携式(亦称手持式)数字万用表因其测量准确度高、功能全、显示直观、输入阻抗高、过载 能力强、价格低、 耗电省、便于携带等显著优点，在各个领域被广泛采用。有 万用表是电气工程中常用的多功能、多量程的电工仪表。一般万用表可以用来测量直 流电流、电压、交流电流、电压以及电阻, 有的还可以测量音频功率及电平、电容和电感 等。由于便于携带, 使用方便 , 受到电气工作者的喜爱。在电力企业中凡是和电打交道的 人, 几乎是人手一块万用表。这就要求万用表的使用者在实际测量工作中, 要准确选用万 用表类型, 并且正确选择万用表各档量程, 否者不仅会因测量误差引起误判断, 还会因为 使用不当烧损万用表而造成经济损失。 随着现代电子科学技术的发展, 高精度的数字万用表已得到广泛使用, 但对于一些特 定的被测对象和在一些特定的工作环境, 指针式万用表还具有数字万用表不可取代的用途。 在实际工作中指针式万用表和数字万用表各有其特点。 （1） 指针表读数精度较差, 但指针摆动的过程比较直观, 其摆动速度幅度有时也能比 较客观地反映了被测量的大小( 比如测电视机数据总线( SDL) 在传递数据时的轻微抖动) 。数字表读数直观, 但数字变化的过程看起来很复杂, 不太容易观看。 （2）指针表内一般有 2 块电池,一块是低电压的 1. 5V , 1 块是高电压的 9V 或 15V, 其黑表笔相对红表笔来说是正端。数字表则常用 1 块 6V 或 9V 的电池。在电阻档, 指针表 的表笔输出电流相对数字表来说要大很多, 用 R1 档可以使扬声器发出响亮的“哒”声, 用 R10 档甚至可以点亮发光二极管( LED) 。 在电压档 , 指针表内阻相对数字表来说比 较小, 测量精度相对比较差, 某些高电压微电流的场合甚至无法测准, 因为其内阻会对被 测电路造成影响( 比如在测电视机显像管的加速级电压时测量值会比实际值低很多) 。数 字表电压档的内阻很大, 至少在兆欧姆级, 对被测电路影响很小。但极高的输出阻抗使其 易受感应电压的影响, 在一些电磁干扰比较强的场合测出来的数据可能是虚值。 总之, 在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表, 比如电视机、音响功 放。在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表, 比如 BP 机、手机等。但这不是绝对 的, 可根据情况选用数字表和指针表。 2 第一节. DT9205A 电路板的焊接 1.1 理论知识 根据课程设计的安排，为能顺利制作出可使用的万用表，杨老师安排在 409 机房进行 理论指导。 我们小组上网查阅资料，观看电路板焊接视屏和数字万用表的组装。对杨老师给的资 料仔细研究。为防止在实际焊接电路板时遇到更多的问题,我们对所给资料进行讨论，给予 正确、同意的认识、看法。 在阅读资料时，我们小组注重焊接电路板的正确方法，对于错误方法给予评判、讨论。 组装资料上认真思考，对此不断提出问题;“为什么这么装” “是否还有更简单的组装 方法”等等。 调试是关键，本小组认真在网上查阅资料其它数字万用表的调试过程，结合本课程设 计弄清了如何去调试 DT9205A 型万用表。 1.2 拆卸原废弃的电路板 在对原 DT9205A 型万用表制作前，我们利用了大半个下午反复练习对废旧电路板的拆 装。 此前先熟悉焊接电板的工具和其作用 电烙铁 镊子 钳子 把所发的电脑废弃电板用电烙铁把电板上的电子元件拆完后，又用焊锡丝将所拆卸的 小型的电子元件焊接上去。 对这些环节熟悉后，我们小组开始练习用焊锡丝对单面电板进行顿点练习。顿点练习 要求较高，为得是是学生完全掌握焊接电板的技术和熟练程度。并且保证所焊接点要均匀， 不要成坨。 1.3 电路元件的识别 为能顺利完成此课题设计，在实际操作前进行了知识了解及元器件的识别。 本实验所作数字万用表为: 塔里木大学信息工程学院课程设计 3 数 字 万 用 表 套 件 型号 DT9205A 电阻种类很多，在此课程设计中，我们所用到的电阻种类有限，主要为：热敏电阻、 色环电阻、可调电阻等。 4 热敏电阻 色环电阻 可调电阻 在本设计中电容、二极管、三极管所用种类都很少，在次不做详细介绍，具体电子元 件及元件量的大小均可参考数字万用表套件 型号 DT9205A 装配指导说明书 。 电容 电阻值识别 根据以下各色环所代表意义的列表来正确识别电阻值 塔里木大学信息工程学院课程设计 5 电容值识别法电容值识别法电容值识别法电容值识别法 电容的常用单位为 pF(皮法),nF(纳法),uF(微法)。大多数电容的电容值是直接打印在 电容上的，部分电 容的电容值是按下列方法打印在电容上，电容的最大耐压也打印在电容上。 注意：字母 R 相当于小数点 字母 M 代表的精度为：20% 字母 K 代表的精度为：10% 字母 J 代表的精度为：5% 公制单位换算 1.4 DT9205A 电子元器件焊接 1.41 焊接过程 在本次课程设计中，本组采用先焊接电阻，再焊接电容、二极管、三极管，最后焊接 大型电子零件。 电阻的焊接分为立式和卧式。电阻本没有正负，为了追求美观，我组对于立式电阻的 焊接非别采用大圈安正极，色环重色的负极朝上立式焊接。对于卧式电阻我组没分正负， 直接焊接。 电容的焊接追求大圈为正来焊接的。 二极管如同立式电阻的焊接方法，只是大圈为负的焊接。 在没有特别指明的情况下，元件必须从线路板正面装入。线路板上的元件符号图指出 6 了每个元件的位置和方向，本指导书推荐使用63/37 铅锡合金松香心焊锡丝。禁止使用 酸性助焊剂焊锡丝。 在电子元器件插件完成后，先用一块软垫或海绵覆盖在插件的表面，翻转线路板，用 手指按住线路板在进行焊接，或者在每插一个零件后，将零件的两只脚掰开，这样在焊接 线路板时，零件才不会从线路板上掉下来。（如下图5.2 所示）但是对诸如：开关、电容 插座、电源线、输入插座的焊接，应当逐一进行。 (a) 电子元器件插件 (b) 电路版翻转 (c) 电子元器件焊接 (d) 三端蜂鸣器焊接 三端蜂鸣器 9205A 的焊接注意事项： 在插件完成后，先用一块软垫或海绵覆盖在插件的表面，反转线路板，用手指按住线 路板在进行焊接，或者在每插一个零件后，将零件的两只脚掰开，这样在焊接线路板时， 零件才不会从线路板上掉下来。 （如图所示）但是对诸如：开关、电容插座、电源线、输入 插座的焊接，应当逐一进行。 1.42 焊锡规范 焊接规范 说明：好的焊接方法是安装 DT9205A 数字万用表套件最重要的因素，合适的电烙铁也十分 重要。本指导说明书推荐使用 40W 的外热式电烙铁，并请随时保持烙铁头的清洁和镀锡。 安全操作规程安全操作规程 塔里木大学信息工程学院课程设计 7 焊接时注意防护眼睛。 不要将焊锡放入口中，焊锡中含铅和其它有毒物质，手工焊接后须清洁双手。 确信焊接现场有足够的通风。 元件安装元件安装 下列所有的安装步骤，在没有特别指明的情况下，元件必须从线路板正面装入。线路板上 的元件符号。 图指出了每个元件的位置和方向，根据本指导说明书只推荐使用 63/37 铅锡合金松香心焊 锡丝。 禁止使用酸性助焊剂焊锡丝！ 正确的焊接方法 1、将电烙铁靠在元件脚和焊盘的结部。 注： 所有元件从焊接面焊接。 2、若烙铁头上带有少量焊料，可使烙铁头的 热量较快传到焊点上。将焊接点加热到一 定的温度后，用焊锡触到焊接件处，熔化适量的焊料；焊锡丝应从烙铁头的对称侧加入。 3、当焊锡丝适量熔化后迅速移开焊锡丝；当焊接点上的焊料流散接近饱满，助焊剂尚未完 全挥发，也就是焊接点上的温度适当、焊锡最光亮、流动性最强的时刻，迅速移开电烙铁。 8 4、焊锡冷却后，剪掉多余的焊脚，就得到了一个理想的焊接了. 不良的焊接方法 1、加热温度不够：焊锡不向被焊金属扩散所有元件从焊接面焊 生成金属合金。 2、焊锡量不够：造成点不完整，焊接不牢固。 3、焊接过量：容易将不应连接的端点短接。 塔里木大学信息工程学院课程设计 9 4、焊锡桥接：焊锡流到相邻通路，造成线路短路。这个错误需用烙铁通过桥接部位即可。 1.43 焊接问题 在焊接元件过程中，我们小组遇到很多问题 1. 焊锡不熔化； 2. 熔化了的焊锡不滑入焊接点的小空内，反到附着在焊烙铁上； 3. 焊烙铁多次使用，表面覆盖成黑色，失去焊锡能力； 问题的解决 1. 由于多功率的使用，是学校电功率很大，导致电压不稳，本有 25W 的电烙铁很难将焊 锡丝融化；还有可能是电烙铁表面缺少镀锡； 2. 是电烙铁表面缺少镀锡； 3. 解决上述 3 的问题，我们小组是将焊烙铁用湿海绵擦净，使电烙铁尖覆盖银白色锡， 再用松香做润滑，使焊锡更具有粘稠性。此法，我们小组使用非常有效。 由于本次课程设计所配电烙铁功率较小，很多同学在使用电烙铁，导致电压不稳，电 烙铁的使用出现很多问题，带来诸多不便。本组电板焊接并非焊点大小均匀，还望老师们 谅解。 1.44 焊烙铁清锡 对电路板焊点清理，为防止元器件焊锡点与另一元器件焊锡点焊锡相融，通电后导致 电路短路，毁坏电路板所带来的危害。 清理后的电路板不仅可使焊板焊锡均匀，显得美观，而且还是电板元器件不易短路。 对于初学者来说当以松香、湿海绵辅助甩锡，使电路板干净、整洁。对于熟练者来说， 焊锡当然是很简单的事，焊点均匀、美观，基本上没有必要进行甩锡。但电板焊接完成后 都要仔细检查焊接是否都正确，有没有虚焊。 1.45 松香、湿海绵的作用 松香的作用： 1.润滑电烙铁； 2.使焊锡更具有吸附型、粘稠性； 湿海绵的作用： 1.润滑电烙铁； 2.增加焊烙铁表面附锡度，可使更好的焊接元器件；3.擦除焊烙铁由于使 用松香或焊接过程带来的黑色碳化物。 第二节 DT9205A 万能表零件的安装 各零件的正确安装对于 DT9205A 万能表至关重要，在本环节我组三人努力配合，三人 同时参与，使得安装很顺利。在安装过程中没有出现任何问题。 2.1 DT9205A 转盘安装 DT9205A 转盘安装步骤如下： 1) 安装转盘触片：将触片装到触片横条上，注意安装顺序和位置（如图所示 5.3 所示） 。 10 2) 安装转盘圈螺母：直接把 4 个 M2 的螺母套入装盘圈的相应位置。 3) 安装转盘（将转盘套入转盘圈中）：先将弹簧和钢珠安装到转盘圈凸起的小方块，将已 装好触片的内转盘斜插入转盘圈中，在凸起的部分盖上压片。小压片的作用是防止弹 簧与线路板磨擦造成不良，防止弹簧弹出，装好的装盘应该是装盘上的倒扣位于装盘 圈上（如图所示 5.4(a)所示） 。 4) 安装转盘到线路板上：如图 5.4(a)所示，触片朝下注意手势。然后将转盘扣入线路板， 先拿好转盘（如图 5.4(b)所示）注意手势，否则钢珠和弹簧会弹出。 组装元器件 塔里木大学信息工程学院课程设计 11 2.2 敏感程度的组装 组装元器件 将两个保险管座焊接在电路板背面的指定位置，再把保险管安装上去。 注意： 1.不要硬挤压保险管，先将保险管座上下掰大，便可轻易安装上去。切记不可强行应安， 容易损坏保险管。 2.注意不要让保险管金属部分或保险管座与锰铜丝电阻接触或靠的太近，为防止测量的准 确度最好将锰铜丝电阻与保险管座离远些。 2.3 显示屏的安装（ LCD 的安装） LCD 的安装步骤如下： 1) 锁转盘：将转盘与线路板对准后用 4 个 2*8 的机制螺丝锁上，在锁时最好对角先锁这 样转盘比较容易固定，如图 5.4(c)所示。 2) 安装 LCD：先把 2 个 M2 的螺母套入厚片孔中，放到一旁，在将薄片放置在线路板上， 12 从线路板下方反向穿入 2*8 的螺丝然后再沟槽中放入导电胶，导电胶条的导电部分（黑 色）和线路板上的金手指接触。其次将液晶总成中的电缆纸碳条部分和导电胶条接触， 如图所示进行装配。面向下最后放大压框，然后锁紧螺丝即可。 （如图 5.5 所示） 4) 将液晶总成套入前盖，锁上折叠弹片，摇动液晶，就可以选择观察液晶的角度了。 5) 安装旋钮，先把 9V 电池扣上，打开开关，如果显示器上显示出“1”是电阻挡，那么 旋钮箭头竖标向上拨到基本挡 200MV，如果显示器显示出“0”是电容挡旋钮箭头竖 标向下。 6) 锁线路板：用 1 个 3*8 的自攻螺丝锁上，盖上后盖锁上 3 个 3*12 自攻螺丝即可。 2.4 DT9205A 后盖、护套和支架安装 将后盖装入已调试好的仪表的面盖，用三只 3*8 的螺丝紧固后盖，详情参照示意图 5.6。 塔里木大学信息工程学院课程设计 13 第三节 DT9205A 万用表的调试 3.1 转盘的调试 转盘的调试在本课程设计中显得至关重要。它关系到整块万用表读数，档位。 在这一环节我组非常成功，没有遇到什么大问题，可能是前面操作处处仔细谨慎的缘故。 但显得很没有经验，通过实验完成后，我组对于其他小组的帮助，多少得出些经验。 3.11 转盘档位偏差 14 弹片的正确安装正如上图所示 弹片的错误安装导致档位发生很大的变化，使得显示屏上所显数据极不准确。 照此安装如无误，则是旋转到电流、电压档初值为 0，旋转到电阻档初值为 1。继续旋 转示数不变，所示档位变化。 若正确安装，钢珠安装正确，旋转转盘会发出清脆的“咔咔”声，旋转很顺利，没有 任何感觉有阻塞现象。 3.12 转盘转动示数无变化 对于转盘的示数无变化，很显然是转盘没有安装正确所导致。转盘的安装一定要按严 格要求，如图所示去安装。 转盘的安装不当还会导致数据的变化不正确，档位乱七八糟。数据是 66.6、0.00、88.8 等怪异数字，且测值不变。 3.2 电压的精确误差的调试 我们采用学生直流电源，将电源调制 19.0V,转盘旋转到电压档 20V 档，将学生电源正 负线分别接入万能表的正负接口，调节电板内部变阻器，用小平起子稳定调制到 19.0V， 但稍有波动到 18.9V 3.3 电流的精确误差调制 电流的调制过于复杂，学校没有做强制性的安排 但调制过程是调节锰铜丝电阻的长度或粗细来减少电流的误差。所测电流过大，我们将采 用减短金属丝长度，图锡来连接焊点导通电路；若电流过小，我们想办法拉长金属丝或是 减少金属丝的粗度。 由于电流的调试费事太多，且效果不是很明显，故学校没有要求对电流误差进行精确的调 试。我们小组也没为此进行太多的调试，所制作的万能表对于电流的测量可能会不精确， 在此，望谅解。 3.4 实际测量中的运用 通过一翻的调试后，我们对所做的万能表进行了数据调试，发现此表准确度很高，误 差很小，几乎可以忽略不计。 测量值如下: 对电阻的测量表 单位：欧姆 测量次数 1 2 3 4 5 被测值 2K 18K 20M 195K 169K 实测值 2.0K 17.9K 20.0M 195.1K 169.0K 对电压的测量表 单位：V(伏特) 测量次数 1 2 3 4 5 塔里木大学信息工程学院课程设计 15 被测值 19V 24V 36V 56V 110V 实测值 19.0V 23.9V 35.9V 56.1V 110.0V 第四节 常见问题 对于本组而言，最大的问题在与在制作过程中不小心弄丢电位器。 我们组在制作和调试过程中没有遇到什么问题，很轻松的再 21 日上午三点十五分顺利完成。 在后面对其他小组的过程中遇到很多问题。 通过其他同学在制作过程中，我们遇到很多问题，在与老师请教过程中我们都一一解决 1.万能表组装完成显示屏不显示 （1）电路连接出现问题，焊锡相熔，导致电路短路； （2）显示屏电路接触不良或显示屏有问题。 2.转盘的旋转不改变显示屏上数据，连接被测物，所显示数据不发生改变 第四组制作完打开万用表，显示屏所显示数据为：66.6 多次实验其值不变。 解决方法： （1）档位出现问题，转盘安装不正确； （2）电路连接出现问题，焊锡相熔，导致电路短路； （3）锰铜丝电阻与保险座相接导致数据不发生变化。 本组所制成品如图所示 16 第五节 经验教训 通过本次课程设计，我们学到了很多经验和得到了很多教训。 1. 基本掌握电子产品的制作过程和使用工具； 2. 将电路与实际电路联系起来，更加形象，有助于今后相连科目的学习； 3. 这次课程设计发现焊接电路得很仔细； 4. 难的不是焊接电路，而是设计电路； 5. 锻炼了自己的动手、操作能力； 6. 培养了我们的团队意识； 7. 做一件事并非很难，只要自己坚持一会成功的。 致谢 经过一个星期的课程设计,我们从中学到了许多硬件的模拟电路问题。 在这次课程设计过程中，不仅只是单纯的拓宽了我们的专业知识面，更重要的是它提 高了我们各方面的能力。在对电子元件的焊接过程中，我们遇到了很多问题，但我们都一 一克服了。这次的课程设计我们小组十分谨慎，没有出现太大的问题。在帮助其他小组时， 我组表现积极，主动帮助同学解除困惑。在焊接电子元件过程中，我组不甚丢失变位器， 虽然有惊无险，但给了我们深刻的教训，警告我们再也不能太大意了。 本次课程设计给我们很大的锻炼，培养了团队意识，增强了必胜的信心。同时，也了 解了更多的电子技术知识，再也不是呆板的书本知识。 在这次课程设计过程中，首先要感谢我们的模拟电子技术老师，是她帮助我们解决电 子元件的焊接问题。再次感谢孟老师和周老师，使他们呢帮我们解决了转盘的档位问题和 调试。在此，让我们深深的对这三位老师表示感谢！再者，非常感谢曾给予我们帮助的同 学，他们不但给我们技术上的帮助还给了我们很多启发。通过这次课程设计，使我们感到 了电子技术的威力，知识的力量。 最后再次感谢曾帮助我们的老师和同学们 。 塔里木大学信息工程学院课程设计 17 参考文献 1 浅谈数字万用表的使用方法与修理技巧 【作者】关虹； 呼伦贝尔电业局 【期 刊】科学技术与工程 发表时间 2011-07-08 2 数字万用表的一种精度校正方法 【作者】董立昱; 牛斌; 赵国兴; 李淑琴; 【期刊】 辽宁大学学报(自然科学版) 发表时间 1994-08-30 3 对数字万用表使用实验的研究与改进 【作者】刘丽丽; 天津理工大学【期刊】大 学物理实验 发表时间 2008-06-25 4 万用表应用技术略谈 【作者】余云飞; 芜湖职业技术学院电气系 安徽芜湖【期 刊】芜湖职业技术学院学报 发表时间 2005-03-25 5 万用表的分类及选用 【作者】彭杨; 山西省计量监督检定测试所 【期刊】科技 情报开发与经济 发表时间 2009-06-25 6 浅谈万用表的使用和维修【作者】李定华; 南通航运职业技术学院 江苏南通【期 刊】科技资讯 发表时间 2006-11-03 附录 电路原理图 18 1 2 3 4 5 6 ABCD 6 5 4 3 2 1 D C B A Title Numbe r Revisi on Size BDate: 16-Ma y-200 6 Sheet of File: E:my MyDe sign.d db Drawn By: 1-3 DP2 DP200DP200DP20 COM R35PTC 6 00-90 0 R361K R20 1M R171M R0430K Q29014 Q1 9015 R0610K R63 90 0.3% V+ R111 0K COMCOM COM 3 2 1 8 4 IC3A2904/35 8 3 2 1 8 4IC 3A2904/35 8 DP2DP20 V+ V- COM COM C16 10n C1 710n R471 68K 1 % R5911K 1 % R5876.8K 1% D10 1N4004D9D12 1N4004D11 VR320 R5420 1% C1510n C1410n R5510K 1 % R534 .11K 1 % R521.91K 1% R51 39.2K 1%R 5639.2K 1 % CX C0910u VR2 20 R401.87K 1% D03 1N414 8D04 C114.7/3.3u C104 .7/3.3u D05 R32100K R30100K C1347pF R312 20K R293 K 1% R286.8K R481 0 1% R479 0 1% R469 K 1% R459 0K 1% R449 0K 1 % 5-25-1 V- R09 220K COM COM R27 PTC 500 -800 R1010K C08101 C06104 R07 47KC03 224 C04 224 C05223CO M R33 220K V- V+ 1 234 567 8910 111213 141516 171819 20 4039 38 TEST 37 VREF+ 36 VREF- 35 CREF+ 34CREF- 33COM 32 IN+ 31IN- 30CAZ 29 BUF 28INT 27 V- 26 252423 22 BP 21 IC1ICL 7106 V+ R1230K 1 % R1390 1% DP20DP2DP200DP2 DP200DP200DP20DP20DP200DP20DP2DP200DP20 VR120 V- V+ R39 30K 1%R38 2M R62 9 0.3% R61 0.99 0.3% R6510 0.3 % R261K 0.3%R259K 0.3% R24 90K 0.3% RCU0.01 R23900K 0.3%R21+ R229M 0.3% FUSE0.5A/250 V 3-43-1 3-2 3-31-1 1-2 1-4 1-5 2-1 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 7-1 7-2 7-3 1