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[工仪] 也谈用LM317制作一套毫欧表附件和开尔文LCR测试夹

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发表于 2023-1-13 20:22:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 IlovePLC 于 2023-1-19 17:56 编辑

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:
01-原理图.jpg


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:
02-LM317T实物图.jpg


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
03-准备好测试夹的材料.jpg


剥线头、拆开万用表插头:
04.jpg


给线头上锡,然后插入插头里面:
05.jpg


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
06.jpg


然后把线的另一头穿过插头的护套:
07.jpg


穿入后的样子:
08.jpg


焊好后的插头塞入不进去护套里面,还差一小段距离:
09.jpg


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
10.jpg


然后塞入直角护套:
11.jpg


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:
12.jpg


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:
13.jpg


弹簧长边的样子:
14.jpg


弹簧全貌:
15.jpg


用一字螺丝刀,撬起弹簧长边:
16.jpg


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:
17.jpg


用一字螺丝刀,撬起铜片的尾巴:
18.jpg


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:
19.jpg


测试夹的全家福:
20.jpg


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:
21.jpg


找来一卷高温胶布:
22.jpg


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:
23.jpg


然后按照刚才拆解的顺序,反方向把铜片安装回去:
24.jpg


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:
25.jpg


安装好以后,弹簧的长边压在电线皮上,就是这个样子的:
26.jpg


这是焊好的测试夹:
27.jpg


同样的方法,把另一个测试夹也焊接好:
28.jpg


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)
29.jpg


把原来的线头拆掉:
30.jpg


把一根引脚焊接在电池的正极上:
31.jpg


把一根引脚焊接在电池的负极上:
32.jpg


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:
33.jpg


套上热缩管,防止管脚之间短路:
34.jpg


把LM317的电压输入端焊接到电池的正极上:
35.jpg


找来一个直径3.0mm的钻头,准备钻两个孔,以便穿线用:
36.jpg


钻好了两个孔:
37.jpg
38.jpg


穿好两根电线,并焊接好:
39.jpg


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:
40.jpg


这是全套焊接好的全貌:
41.jpg


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。
42.jpg


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:
43.jpg


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。
44.jpg


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:
45.jpg


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。
46.jpg


好了,测试OK,现在把盖找来:
47.jpg


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:
48.jpg


合上盖子的样子,挺圆润的:
49.jpg


蓝牙耳机仓的毫欧表,呵呵:
50.jpg


用高温胶布粘住仓门,不让盖子打开:
51.jpg


最后来看一下成品全套图:
52.jpg


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。
53.jpg




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》


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发表于 2023-1-13 20:29:48 | 显示全部楼层
成本几何啊

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 楼主| 发表于 2023-1-13 20:45:37 | 显示全部楼层

成本在文章末尾啊,肯定没看完帖子
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发表于 2023-1-13 21:36:08 | 显示全部楼层
好文章,讲的细致。

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发表于 2023-1-13 21:58:52 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
还是这个电路比较简单,适合自制。

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发表于 2023-1-13 22:06:28 | 显示全部楼层
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

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发表于 2023-1-13 22:07:01 | 显示全部楼层
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

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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:23:54 | 显示全部楼层
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

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发表于 2023-1-13 22:27:01 | 显示全部楼层
现在能买上正品元件也不容易了

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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:28:10 | 显示全部楼层
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?
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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:32:48 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2023-1-13 22:37:01 | 显示全部楼层
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

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发表于 2023-1-13 22:38:37 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
文中有笔误,100.9mA×75m欧=68.6m欧这里错了。

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发表于 2023-1-13 22:43:19 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
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。

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发表于 2023-1-13 22:45:33 | 显示全部楼层
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

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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:47:50 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2023-1-13 22:48:59 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
再补充一下,还有读取毫欧值的仪表也有误差

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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:49:21 | 显示全部楼层
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
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 楼主| 发表于 2023-1-13 22:51:40 | 显示全部楼层
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
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发表于 2023-1-13 22:58:08 | 显示全部楼层
电路简单,适合自制。
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