也谈用LM317制作一套毫欧表附件和开尔文LCR测试夹

IlovePLC

最近学习了几个月的开关电源知识，也拆机了几个电动车充电器和几个逆变器，无一例外的均采用零点几欧姆的电阻做为电流采样电阻，但是我的万用表最小阻值只能测量到0.2Ω，无法准确测量小于0.5Ω的电阻，没办法进行有效的维修。因此，拥有一个毫欧表是我多年来的梦想。


市面上的毫欧表动不动就几百元，有毫欧测量功能的万用表也要几百元，我只有望表兴叹。既然买不起万用表，那为什么不自己DIY一套毫欧表呢？说干就干，查阅大量资料，知道了制作毫欧表有几种方案。有采用专用芯片制作的专用毫欧表，例如7107；有采用恒流源制作的附件式毫欧表。采用恒流源方案的又有使用运放式恒流源的、有使用TL431制作恒流源的、有专用恒流芯片制作的、有使用三端稳压LM317制作恒流源的等等。


经过对比，从恒流源精度、简易性、经济性综合考虑，决定采用三端稳压芯片LM317T来制作毫欧表，作为万用表的附件测量工具，利用万用表的mV档进行辅助测量，从而换算出电阻值。


经过查阅大量资料，决定采用下面这个原理图进行制作，它是经过无数先辈们验证、行之有效的经典电路：



LM317原本是一个可调式三端稳压芯片，自从被人们偶然间发现它可以作为恒流源来使用后，便一发不可收拾，几十年来被无数前辈改造为恒流源来使用，从而失去了它原本的电压稳压的使命。由于它的高精度稳压性能，用来做为恒流源也是相当稳定、精度也很高的。但由于市场上仿冒品太多了，各个厂家的性能相差太大，所以不能从某宝上购买，怕买到性能差的芯片，只能从某商城购买ST品牌的LM317T，从而保证正品来源的可靠性，毕竟ST(意法半导体)品牌的品质不是盖的，下面是LM317的实物图：



要制作毫欧表就必须使用到LCR测试夹，也叫开尔文夹或四线式测试夹。制作LCR测试夹还是有一定难度的，花了我好长时间才制作好，所以有必要讲一下LCR测试夹的制作过程，让大家少走弯路。
下面开始制作LCR测试夹，这些只能从某宝上购买材料了：1.5平方的RV软线4根各40cm、LCR测试夹红黑各1个、万用表的插头红黑各1套



剥线头、拆开万用表插头：



给线头上锡，然后插入插头里面：



这里比较难焊接，需要在槽里面用刀片刮几下，然后电烙铁调到420度，先点焊上锡，再把线头插入，这样就比较好焊了，记住，由于工件散热很快，必须烙铁温度要400度以上才好焊接，否则容易虚焊



然后把线的另一头穿过插头的护套：



穿入后的样子：



焊好后的插头塞入不进去护套里面，还差一小段距离：



在这里，费了很长时间，都无法把插头塞入护套里面，只能用钳子强行把插头打入护套里面



然后塞入直角护套：



制作好一根黑色的插头，按照同样的方法，把另一根红色的插头也制作好：



现在制作LCR测试夹，由于焊点在里面，不能直接把线头焊接在里面，会烫坏塑料的，必须把里面的铜片取出来焊接。由于铜片被弹簧压紧，所以先把弹簧取出来才行。弹簧的两边，有一边是长的，另一边是短的，下面是弹簧短边的样子：



弹簧长边的样子：



弹簧全貌：



用一字螺丝刀，撬起弹簧长边：



用螺丝刀和钳子，一点点的把弹簧退出来，要用一定的技巧，终于把弹簧取出来了：



用一字螺丝刀，撬起铜片的尾巴：



撬起铜片后，是不能直接拿出来的，需要用钳子把铜片旋转90度，才能取出来：



测试夹的全家福：



把铜片焊接电线，中间部分有绝缘垫，防止弹簧把两个铜片短路在一起：



找来一卷高温胶布：



把高温胶布缠绕一层在绝缘垫上，目的是增厚绝缘垫的厚度，防止弹簧划破绝缘垫：



然后按照刚才拆解的顺序，反方向把铜片安装回去：



按照刚才取出弹簧的顺序，反方向把弹簧安装回去，这个需要一定的技巧才能安装回去，这个技巧用图片不好拍摄出来，两个手不够用啊，需要使力，没有第三只手来拍照：



安装好以后，弹簧的长边压在电线皮上，就是这个样子的：



这是焊好的测试夹：



同样的方法，把另一个测试夹也焊接好：



下面开始制作电路。在这里不需要外接电源，而是采用锂电池供电，因为锂电池是最纯净的电压，没有纹波，对于恒流源来说是最理想的电源。还需要找一个外壳来装电路，否则裸露容易造成短路，找哪个外壳呢？之前不是有很多耳机仓吗？里面正好有锂电池和充电板，连充电板的钱都省了，也正好可以利用这这个耳机仓的外壳：（需要这个外壳+锂电池+充电板的，可以联系我）



把原来的线头拆掉：



把一根引脚焊接在电池的正极上：



把一根引脚焊接在电池的负极上：



按照电路图，需要恒流源的电流为100mA，而LM317的默认基准源为1.25V，所以需要在调整端与输出端之间，焊接一个12.5Ω的电阻上去，才能有约100mA恒流输出。由于确定了输出电流，所以就不需要可调电阻，只要一个固定电阻即可。由于手头没有合适的电阻，找到两个6.4Ω的电阻，把它们串联，约得到12.3-12.8Ω的电阻，小数点后面的阻值，我的万用表测量不出来，可以得到大概12.5Ω的电阻。为了芯片的稳定性，增加了散热片，其实也可以不用散热片，因为100mA的电流在3.7V的锂电池供电情况下，几乎没有什么发热，所以也可以不用加散热片，只是我手头上正好有散热片，就给它加上去了，见下图：



套上热缩管，防止管脚之间短路：



把LM317的电压输入端焊接到电池的正极上：



找来一个直径3.0mm的钻头，准备钻两个孔，以便穿线用：



钻好了两个孔：




穿好两根电线，并焊接好：



在红色电线上，绑上一个扎带，防止红线被拉扯时退出去，保护芯片引脚不被拉出去：



这是全套焊接好的全貌：



通电测试一下恒流电流。把刚才制作好的插头，插入到万用表的mA档，即可显示100.9mA的电流，这就是LM317输出的恒流值。由于刚才串联的两个电阻，它并不是我需要的阻值 ，而是接近于我想要阻值（12.5Ω），所以有0.9mA的误差值是允许的，其实这个约1mA的电流对于毫欧级别的电阻来说，测量出来的误差值很小，是可以接受的。通电约几分钟后，由于我使用的是碳膜电阻，流过电阻的电流使碳膜电阻有轻微的温升，所以恒流值由100.9mA增大为101.0mA，由此可见，以后要购买温升小的金属膜电阻，才不会引起恒流值的变化。当然，测量电阻时只是10多秒的事，不会引起温升的，只是长时间通电时，才会有0.1mA的变化，这个误差值也是不会对测量有很大的影响。



那么去哪里找标准阻值的电阻呢？想起了以前制作均衡充电板时，剩余的低阻值还有几个，何不拿来测试一下？
于是翻箱倒柜，终于找到两个电阻0.075Ω和0.068Ω，就拿这两个电阻来练练手吧。首先是合金电阻0.075Ω，也就是75mΩ，它是2512封装的贴片电阻，标称非常低的温漂系数15ppm，但它的标称精度为5%，有点大，只要在71.25-78.75mΩ之间，应该算是合格的。下面是它的实物图：



把万用表打到电压mV档，用LCR夹子去夹电阻的两端，测量得到：7.6mV，乘以10倍，得到数值76，对应75mΩ电阻，看来这个测量值还是非常准确的。刚才上面讲到了，LM317输出的恒流值为100.9mA，所以：100.9mA×75mΩ=7.57mV，我的表测量出来为7.6mV是非常接近的，这个误差值基本上不会对我产生影响。



下面再来看看第二个电阻68mΩ，它是1206封装的贴片电阻，它不是低温漂电阻，温漂系数800ppm，但是它的精度很高，为1%，只要它的阻值在67.3-68.7mΩ之间，就算是合格的。下面是它的实物图：



把万用表打到电压mV档，用LCR夹子去夹电阻的两端，测量得到：6.8mV，乘以10倍，得到数值68，对应68mΩ电阻。恒流值100.9mA×68mΩ=6.86mV，我的表测量出来为6.8mV是非常接近的，这个结果我应该很满意了。



好了，测试OK，现在把盖找来：



把盖子上的活动轴，卡入座子的卡槽里面，这样盖子就可以活动了：



合上盖子的样子，挺圆润的：



蓝牙耳机仓的毫欧表，呵呵：



用高温胶布粘住仓门，不让盖子打开：



最后来看一下成品全套图：



再告诉你一个小技巧，由于两个测试夹的尖嘴部分会碰到，会产生100mA的恒流电流，如果不加以控制，不知不觉中会把锂电池的电量耗光，所以，不使用测试夹的时候，要把其中一个夹子去夹另一个夹子的电线，这样两个夹子就不会碰到一起了，非常安全。每三个月记得充一次电即可，保持锂电池的满电状态。





至此，DIY制作完成。


成本核算如下：
LM317T：2.7元×1个=2.7元
散热片：0.5元×1个=0.5元
LCR测试夹：3.6元×2个=7.2元
万用表插头（香蕉头）：2.5元×2个=5元
12.5欧电阻：0.2元×2个=0.4元
1.5平方RV软线（共2米）：约4元
锂电池+外壳：8元×1套=8元
以上共：27.8元。

30元不到的价格，拥有一套毫欧表附件，还是值得的，比几百元的仪表便宜很多

以上讲到的耳机仓的拆机贴：《拆一个HolyHigh品牌的耳机仓，并分享电源管理芯片SY8821的电路图》。（需要这个外壳+锂电池+充电板的，可以联系我）
以上讲到的电动车充电器的分析贴：《分享雅迪电动车60V充电器电路图，超详细分析工作原理》
以上讲到的电动车充电器的拆机贴：《拆解雅迪电动车60V20AH充电器，保护功能超多》；《拆一个恒控牌电动三轮车60V充电器》；
以上讲到电动车均衡充电电路的技术贴：《DIY电动车均衡充电器第2弹，重新绘制原理图和PCB》



关于LM317的输入输出电压差对测量精度的影响，详见讨论贴：《关于用LM317作为毫欧表的恒流源时，电压差对精度的影响和实测数据的讨论》

mhtlov

成本几何啊

IlovePLC

mhtlov 发表于 2023-1-13 20:29
成本几何啊

成本在文章末尾啊，肯定没看完帖子

山东人

好文章，讲的细致。

杨柳清风

还是这个电路比较简单，适合自制。

石墨

很详细的教程，楼主打了很多字
     
最后成品不错，建议更换1%以内的金属膜12.5Ω电阻，这样可以测小于10mΩ的

西林迷

我有7107制作的毫欧表，实测还行吧，但是夹子用的最小号那款，夹不紧，数字会跳的，实用性感觉一般般
有两个想法，一个是改进夹子，毕竟单独去买夹子犯不上
或者直接一步到位，tb上最好的那种可以自己焊接的夹子，我眼馋好久了

IlovePLC

石墨 发表于 2023-1-13 22:06
很详细的教程，楼主打了很多字
     
最后成品不错，建议更换1%以内的金属膜12.5Ω电阻，这样可以测 ...

打多字是让你们看明白，打少字是你们看不明白，是不是很绕
我的万用表mV档最低只能到0.1mV，对应阻值也就是10mΩ，如果小于10mΩ，我的万用表无法分辨，所以提高电阻精度只能改善温漂特性，不能给万用表带来质的飞跃

wqwq212

现在能买上正品元件也不容易了

IlovePLC

西林迷 发表于 2023-1-13 22:07
我有7107制作的毫欧表，实测还行吧，但是夹子用的最小号那款，夹不紧，数字会跳的，实用性感觉一般般
有两 ...

你不妨换成我的这种测试夹，夹持力还是不错的，应该对你的表有改善作用。我的目的很明确，只要能测量10mΩ以上的电阻，基本上我就满足了。实际应用中，我还没发现有如此低的电阻，当然，康铜丝可能会小于10mΩ，但我没有实物测量，不知道能不能测量出来康铜丝的阻值？

IlovePLC

wqwq212 发表于 2023-1-13 22:27
现在能买上正品元件也不容易了

某宝上的元件，我已经分不清正品和假货的区别了。想要安心的话，只能花上几倍的钱，去一些商城里面买元件，虽然不敢保证他们是否也会作假，但从信誉上来说，如果我发现商城的货也是假的话，那么我以后也不会在商城上购买元件了。

石墨

IlovePLC 发表于 2023-1-13 22:28
你不妨换成我的这种测试夹，夹持力还是不错的，应该对你的表有改善作用。我的目的很明确，只要能测量10mΩ ...

动力电池内阻小于10mΩ，不过不是纯电阻了，测电池内阻的电路比较复杂

xiaohui888

文中有笔误，100.9mA×75m欧＝68.6m欧这里错了。

l8181

个人认为这种毫欧附件的精度不及7107改的毫欧表高，主要有几个因素：
1.LM317的输出电压不一定是1.25V，而且还有温度漂移。
2.测量电流的仪表误差。
3.取样电阻的误差会影响测量结果。
而7107改的毫欧表影响测量结果的因素只有一个，就是取样电阻的精度。
以上是个人观点，如有不妥请多多谅解，也欢迎大家发表看法一起讨论。

bishaohui

你的开尔文夹弹簧竟然没装在轴中! 我的要抽掉开尔文夹中轴才能取下弹簧

IlovePLC

xiaohui888 发表于 2023-1-13 22:38
文中有笔误，100.9mA×75m欧＝68.6m欧这里错了。

谢谢提醒，已经修正，那段文字是从上面的文字复制过来的，忘记修改了。

l8181

再补充一下，还有读取毫欧值的仪表也有误差

IlovePLC

l8181 发表于 2023-1-13 22:43
个人认为这种毫欧附件的精度不及7107改的毫欧表高，主要有几个因素：
1.LM317的输出电压不一定是1.25V，而 ...

虚心接受建议。下次我也做个7107的电路看看

IlovePLC

bishaohui 发表于 2023-1-13 22:45
你的开尔文夹弹簧竟然没装在轴中! 我的要抽掉开尔文夹中轴才能取下弹簧

呵呵，我也不知道，我是第一次购买，购买回来的成品，它的弹簧没发现有轴的，弹簧的定位依靠弹簧的长边，顶在一 个卡位上来进行定位的，这样弹簧就不会移位了。所以，这个夹子的弹簧并没有轴

yongshuo

电路简单，适合自制。