拆解西门子九十年代产的7LF32时间控制器（时控开关）

mychee

一台报废的国产设备上装着一个西门子7LF32时间控制器，见到进口产品的我眼睛一亮，自然收入囊中，当年德产进口的应该不便宜。网上查不到相关资料。生产至今近三十年了，近日通电后还能正常显示，决定拆解一探究竟并对法拉电容进行测试拆解，过程尽量展现，图片有85张之多。

简介：根据控制器所用器件的时间标识推断约产于1994年。功能简单，可设定当前时间、选择夏令时（冬令时）、有四组开关时间，没有星期设定与分组、手动开关等功能，由一个0.1F法拉电容后备供电来存储设定参数，满电后备时长约18小时。

本文分为两个部分：一是拆解保养，二是测试和拆解法拉电容。

【第一部分】拆解保养

正面外观，西门子一贯简约的风格，正面突起的边框能避免按键被误触。
底部2个接线柱是市电输入，上部中间是输出控制继电器的公共端，左右分别是常开常闭端，继电器的三个端子与市电隔离。


左右侧面，有2个固定电路板的卡扣




下部，四个安规认证标志：左上是德国电磁兼容标准认证；右上是德国电气工程师协会VDE认证；左下是芬兰电器标准协会FIMKO认证；右下是挪威NEMKO认证。我国的安规认证标志为“CCC”。为兑现加入世贸组织的承诺，我国于2001年12月3日对外发布了《强制性产品认证管理规定》，将原来的 “CCIB ”认证和“长城CCEE认证”统一为“中国强制认证”（英文名称为China Compulsory Certification），其英文缩写为“CCC”，故又简称“3C”认证，从2002年8月1日起全面实施。


上部没有标识


底部外壳也是卡扣固定，很友好




底部电路板，一个硕大的单刀双掷继电器，没有品牌LOGO




外观正面标示的继电器最大过流16A，与欧姆龙24V  16A继电器对比


继电器侧面，可见硕大的铜线圈，线圈直流电阻约6K，测量DC24V供电时电流仅4mA，而小体积的欧姆龙24V16A继电器供电电流达17mA。


继电器外壳可以打开，黑色镀层触点有烧蚀



近看底部电路板，控制电路由阻容降压供电，一个德国ERO的MKT0.22u电容降压十分抢眼，黑色法拉电容的外壳已经开裂了。




开裂的法拉电容5.5V0.1F，具体品牌不明（CM），作为MCU存储的备电。


底部电路板，接线端子竟然是铜的




拆出底部电路板后看到主控电路板的屏蔽罩居然还是铜的，是九十年代铜价便宜还是西门子用料就是这么狠呢？




液晶导电条和橡胶按键很厚实，三十年了依然显示完好，不象劣质的液晶导电条，时间久收缩后就显示不全。




近看主控板，与液晶相连及按键处的锡可见被打磨痕迹


主控板正面，一个少见的eurosil品牌MCU和寥寥几个元件，MCU上标注9309，推测本控制器产于1994年。


一颗钽电容负责MCU供电的滤波，晶振没有打胶固定不怕断脚么




由于继电器触点打火，测量吸合后接触电阻达10+欧甚至更高，已失效，更换新继电器能彻底解决但不太必要，故对触点进行临时性研磨修复。找出家中珍藏的82年的5000目德国砂纸，没有更高目数的就先凑合用用。剪出一长条，夹入两个触点间来回摩擦，由于涂层薄，要及时观察触点表面并测量接触电阻，达到5毫欧左右即可，最后用精密电器清洁剂清洗后抹上金属防锈剂。

研磨前的触点接触电阻


82年的5000目金相砂纸助力




均匀抹上防锈剂


刚磨好时接触电阻2.8毫欧


端子有点埋汰，都用到铜的了咱也不能辜负，洗洗洗，发现纳米海绵清洁效果杠杠的。




至此拆解保养环节结束，换上新电容。经过一番查找，学会了使用方法，准备供起来吃灰。





第二部分：测试和拆解法拉电容

刚好手上有同规格的NEC电容


为了了解开裂的电容和新电容的容量多少，由于此前未测过法拉电容，于是请出电桥，新旧0.1F（100mF）电容在50Hz频率下测量结果：新8.36mF，旧1.74mF，与标称容量相差太多。电桥最大可测99.99mF，是电桥性能不行还是电容有问题呢，于是找到电桥厂家官方客服问询得知，电桥只能测普通电容，无法测法拉电容。




法拉电容与普通电解电容结构区别：
法拉电容也称为超大容量电容器，超级电容器，双电层电容器，法拉电容是利用电子导体活性炭与离子导体有机或无机电解液之间形成感应双电荷层原理制成的电容器，由于活性炭有大量微孔结构，可吸附大量离子，因此其电容量可以达到很大，但单电容耐压较低。其结构示意图如下：



电解电容通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成，电解电容为单电层电容器。其结构示意图如下：



了解得知法拉电容近似电池，一般用充（放）电法测定容量，目前已有超级电容容量测量仪成品，作为业余偶尔测量没必要购买。具体测定法拉电容的办法为：以恒流对电容进行充电（或放电），测定一个时间段内的电压差，那么电容量C=I Δt/ΔU ，测出电容容量单位为法拉，等式后面三个单位分别为安培、秒、伏特。原理示意图如下：






恒流大小视电容容量而定，电容越大所需电流越大，否则充（放）电时间过长。本次测量的电容耐压最高仅5.5V，如采用放电法并保持恒流须扣除恒流源压降，那么测量的压差区间小，测量容易出现误差，故采用充电法。经估算选择10mA（0.01A）较合适。注意，待测电容测试前须进行完全放电。
用LM317T加一个可调电阻做了一个10mA恒流源。电容需充电到5.5V左右，加上恒流源压降，本次测试采用DC 10V供电。



先不接待测电容，在待测电容处串入电流表调整到10mA。网友要问了，用数控电源恒流功能不是更简单，何必弄个恒流源，答曰：测过数控电源电流不太准，强迫症发作就搭了一下。




F289万用表用电压档，调出记录模式功能，记录间隔选最小档1秒。打开电源充电前，先开启记录约4秒，再开启电源，等充电到电容耐压值后，先关闭电源，4秒后再停止记录功能，然后查看记录的电压变化曲线。当然，也可以采取人工观察电压值并以秒表计时或其它记录仪。测量电路连接示意图如下：

1号选手NEC的5.5V0.1F电容上场


电容耐压为5.5V，我选择电压差区为中间段的1V到5V。通过移动F289的左右功能键让时间光标线分别与1V和5V对应，记录两个位置的时间，将5V与1V各自对应的时间相减后得到时间差，从下图红圈中看出5V（实际电压为4.9894V，因时间光标最小间隔为1秒，无法精确调到5V对应的时间点上）对应时间为10:15:57，1V时间为10:15:17，差值为40秒，电压差为5V-1V=4V，已知充电电流为0.01A（10mA），计算电容量C=0.01*40/4=0.1（F），与标称0.1F完全相符。




2号选手，开裂的0.1F电容上场。时间差31秒，计算电容量为0.0775F，由于开裂，电容并未全部失效。






3号选手，松下5.5V0.22F电容上场。


电容没有标正负极，用箭头标示，经查箭头尖端为负极


测得结果让人意外，时间差18秒，计算电容量为0.045F，与标称0.22F相差太多。


这个图上，由于从0V上升到3V十分陡峭，故1V与0V的时间点近乎相同。


后续还测量了美国Powerstor 标称5.5V0.33F，实测0.355F，份量足；当年更换F289内置法拉电容的备件ELNA 标称3.3V 0.2F，实测0.135F，看来是缩水产品。










关于法拉电容极性问题。法拉电容与电解电容不同的是：电解电容两个极板的氧化层不同，不能反向充电，而法拉电容两个极板是相同的，理论上是正反充电都可以，经查，网上说制造后一旦进行充电，就不能再反方向充电，否则会损坏。为了满足好奇心，冒险对开裂的电容进行充电测试（大家不要随便模仿），时间差为32秒，计算容量为0.08F，与正向测得0.0775F基本接近。







鉴于之前测试的松下 标称5.5V0.22F容量与实测偏差过大，怀疑极性弄错的可能，于是进行反极性充电测试，结果更差，时间差才1秒，与正向测试时间差为18秒相差太大，也说明这个法拉电容确实不能反向充电。经过测试也让这个“松下”（不知真假）电容现形。






经过上面一番测试，基本上达到检验法拉电容容量的目的。作为合格的拆坛一员，怎能放过对现成的开裂电容的拆解

半边开裂




内部为雪片糕状，并非常见电解电容内部的卷绕状。


猜测电容开裂主要由于封装时电解液泄漏与极板反应生成氧化物膨胀


6层层叠结构




极板正面，估计涂覆一层炭


反面


刮开正面涂覆层，白花花


极板为铁质，被磁铁牢牢吸附


测量单片厚0.68mm，四周密封，中空加注电解液





割开封装膜并挤压，水很足，测量可导电，确定为电解液。由此可见，该电容虽然外壳开裂，但电解液被封装在“雪片糕”内，并未造成电解液泄漏。


那么，既然是叠片式结构，理论上相当于多个电容串联，如果减少叠片数，电容量应该比整体的大，但耐压相应减少。于是尝试对电容进行重新组装，中间安装了3片，两个极板绝缘后用活动扳手夹紧。






重新测试容量，组装后的电容耐压理论上只剩一半--2.75V，容量翻倍。充电上限2.75V，选择电压差区间1V--2.5V，测得时间差为23秒，计算得电容量为0.153F，与早先测得整体电容容量0.0775F相比，几乎达到翻倍，与理论基本相符。





总结：1、西门子7LF32时间控制器的用料、做工均属上乘； 2、主控板作了屏蔽，抗干扰性能强；3、法拉电容的容量用电桥无法测量，无论容量是否在电桥量程范围；4、法拉电容有极性，要按极性标识使用；5、叠层式法拉电容（可能是方型的）的内部对电解液作了封装，不容易泄漏，而象F289万用表内使用的纽扣式可能并非上述结构，故造成泄漏，如安装在重要设备上最好定期检查。附上拆下的F289原装的松下法拉电容，密封圈处有泄漏的痕迹。



让本文的主角来宣布结束吧



感谢大家耐心观看！如有错误欢迎指正，全文完。

mychee

l8181 发表于 2023-1-28 11:19
几十年前的产品，做工如此优良，佩服佩服

确实得承认，di 国主义的工业起步比我们早。

mychee

邪恶海盗 发表于 2023-1-28 11:22
那个年代铜也不便宜吧,我们那农村电线都是裸着架在电线杆上的铝线,就这还三天两头被偷,更别说铜的了... ...

知情人这么说是肯用料了。

mychee

yongshuo 发表于 2023-1-28 11:46
我是看中了那块表

便携与性能的结合体

mychee

xushu 发表于 2023-1-28 11:46
好东西，修好接着用。

功能简单，可靠，再用30年

mychee

dayibalang 发表于 2023-1-28 11:47
那个cm标是村田

高人一个，一语道破天机

mychee

wanccx 发表于 2023-1-28 12:06
用料真扎实

我也觉得，舍得用铜件。

mychee

qrut 发表于 2023-1-28 18:23
万用表求包邮倒贴200赠送

这个要求也不算太过份

mychee

守夜人 发表于 2023-1-28 19:08
太详细了，大神就是好，什么工具都有。

大神不敢当。差生文具多

mychee

love-digit 发表于 2023-1-28 19:37
谢谢楼主的技术分享，这是好东西啊。做工好。

共同探讨大品牌做工给力

mychee

zsljm 发表于 2023-1-28 19:45
时间控制器

感谢关注

mychee

qigong 发表于 2023-1-28 20:24
楼主拆解的解说，比西门子还牛B！

这个我爱听，给你一百个赞

mychee

八戒1顶 发表于 2023-1-28 20:33
用阻容降压，到底是良心还是偷工减料，难不成还得夸夸雅阁

欢迎探讨

mychee

xjmar 发表于 2023-1-28 21:01
那个0.22u降压电容不错啊。

我第一反应是可惜只有一个，否则可以考虑拆了在音频电路上试试

mychee

srygg 发表于 2023-1-28 21:06
没想到289表还有这样的功能，长见识了！

趋势捕获图示功能用在现场观察挺实用，有些表也有记录功能但得连电脑有点不方便。

mychee

imacg 发表于 2023-1-28 21:21
真牛牪犇！理论基础扎实，拆解详实，做实验，居然还玩出了花，玩出了新高度！拜读，严重学习。{:057 ...

谬赞了，共同学习

mychee

lwk28 发表于 2023-1-28 22:03
详细清晰，感谢楼主分享

共同学习

mychee

qwazxx 发表于 2023-1-28 23:27
老产品，用料比新款的要多不少

我也觉得，铜端子确实少见。

mychee

xfai 发表于 2023-1-29 03:07
谢谢分享好东西

共同分享，享受快乐！

mychee

chenq525 发表于 2023-1-29 03:20
读帖居然有种看大片的感觉

过奖了，至少说明没有白干。