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《指针式电子兆欧表的设计与制作:从表盘刻度到电路实现的完整分享》

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发表于 2025-3-24 23:30:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-3-24 23:43 编辑

很早就有打算开源分享一款高性价比指针式兆欧表。这里先抛砖引玉,从兆欧表基本原理讲解。电子式指针式兆欧表,从结构上讲,主要有驱动电源、档位切换以及指针刻度盘等部件组成。本次拟使用250V、500V、1000V三个电压等级,中心电阻分别为2.5MΩ、5MΩ、10MΩ。各档位满篇电流均为100μA。
电源部分可以借鉴本坛各大坛友分享的闭环稳压电源(后面会给出具体电路和PCB板以供大家使用)。这里先从表盘设计介绍分享。

一:表盘设计:
本次使用的60×50mm小型微安表头,标称满篇电流为100μA。表头原始刻度是按线性分布的,由于兆欧表回路有限流电阻,被测电阻和电流为非线性关系,表盘需要单独设计绘制。在中心电阻确定的情况下,通过下面公式可推导出不同被测电阻所对应指针偏转角度。
表头实物.png
表头实物
表盘刻度计算.png
10M欧姆计算实例
绘制指针表头刻度盘.jpg
高清表盘
偏转角度计算公式:α=R0/(R0+Rx)

α:指针偏转角,单位度;
R0:兆欧表各档位中心电阻(即限流电阻),单位为兆欧,MΩ;
Rx:被测电阻阻值,单位为兆欧,MΩ。

由于表盘刻度数量较多,用手工计算相对麻烦,可以借助excle编辑公式自动计算,有电脑基础的朋友可以下载本楼附件自动输入相应数据计算,没有计算能力的坛友可以直接下载楼主提供的资料打印为A4规格使用。(另外需要其它尺寸刻度的坛友,可以私信我,我免费帮您缩放尺寸。)

指针表头计算及表盘打印图.zip

428.29 KB, 下载次数: 39

     
 楼主| 发表于 2025-3-25 22:20:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-3-25 22:27 编辑

经过初步测试,达到预期效果。
由于电源部分还没开始设计,本次测试使用的是耐压测试仪充当高压电源,电源设置为500V,5MΩ中心内阻用使用MF47型万用表DC250V档位串接在回路中代替,参考表盘中间数据。接线方式和测试结果如下所示:
接线示意图1.jpg
接线图
0.5MΩ.jpeg
0.5MΩ
1MΩ.jpeg
1MΩ(这里标注错误,以实际指示为准)
2MΩ.jpeg
2MΩ
3MΩ.jpeg
3MΩ
4MΩ.jpeg
4MΩ
5MΩ.jpeg
5MΩ
6MΩ.jpeg
6MΩ
7MΩ.jpeg
7MΩ
8MΩ.jpeg
8MΩ
9MΩ.jpeg
9MΩ
10MΩ.jpeg
10MΩ
测试结果和理论设计基本一致。
表盘刻度使用的是普通A4纸1比1打印,后续会换成带胶铜版纸打印,更方便贴合。
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 楼主| 发表于 2025-3-29 13:26:33 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-3-29 14:56 编辑

直接绘制为pcb文件,已发工厂出版。
红色板效果.png
铝基板效果.png
绿色板效果.png
铜色板效果.png
紫色板效果.png
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 楼主| 发表于 2025-4-2 21:57:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-4-2 22:02 编辑

电压测量
2V.jpg
2V
5V2 拷贝.jpg
5V
8v.jpg
8V
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 分割线 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
电阻测试(驱动电压10V,中心100k):
147k.jpg
147kΩ
1MΩ.jpg
1MΩ
相较于“一摆到头”网红表,一点不差。
下一阶段开始电源设计。
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 楼主| 发表于 2025-4-7 23:34:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-4-7 23:45 编辑

这是最新设计的电源部分,先分享原理图,后续在分享PCB及调试制作过程。
原理图MAX668芯片7脚忘记接地了,后续补上。
变压器购买的是成品变压器,型号为T-6537A,商家明确提示没有规格书,需要自己买回来测试。
销售页面提示内容:贴片EEL10型48MH开关电源高频多槽 高压线圈 高压包升压变压器
兆欧表(耐压测试仪)电源部分.png
变压器.png
骨架尺寸.png
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 楼主| 发表于 2025-4-11 00:41:17 | 显示全部楼层
兆欧表电源部分
兆欧表电源部分5.png
兆欧表电源部分4.png
兆欧表电源部分3.png
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发表于 2025-3-24 23:39:13 | 显示全部楼层
留个名  会做这种仪表的都是大佬
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发表于 2025-3-25 07:47:36 | 显示全部楼层
角度竟然可以做到这么准
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发表于 2025-3-25 07:52:14 | 显示全部楼层
确实不错,高手佳作
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发表于 2025-3-25 09:00:35 | 显示全部楼层
      楼主麻烦上传一下电路图,仿制,谢谢了。
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 楼主| 发表于 2025-3-25 09:00:55 | 显示全部楼层
sdaviy 发表于 2025-3-25 07:47
角度竟然可以做到这么准

计算机辅助计算,角度可以做到很精确,一般保留两位小数就很精确了,肉眼无法区分差别。
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 楼主| 发表于 2025-3-25 09:01:52 | 显示全部楼层
biozoro 发表于 2025-3-24 23:39
留个名  会做这种仪表的都是大佬

只要会Out CAD和excel软件就能设计任意表盘。
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 楼主| 发表于 2025-3-25 09:03:12 | 显示全部楼层
沙坡鸣钟 发表于 2025-3-25 09:00
楼主麻烦上传一下电路图,仿制,谢谢了。

我是利用业余时间,设计制作,目前还没开始电路绘制和仿真,有最新进展会第一时间交流分享。
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 楼主| 发表于 2025-3-25 09:04:14 | 显示全部楼层
jxpxzpw 发表于 2025-3-25 07:52
确实不错,高手佳作

您过奖了。
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发表于 2025-3-25 13:15:55 | 显示全部楼层
音乐留声机 发表于 2025-3-25 09:03
我是利用业余时间,设计制作,目前还没开始电路绘制和仿真,有最新进展会第一时间交流分享。

         现在MF47万用表价格低,我是想用这个表改成晶体管耐压+兆欧表双功能表用。
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 楼主| 发表于 2025-3-25 15:39:50 | 显示全部楼层
沙坡鸣钟 发表于 2025-3-25 13:15
现在MF47万用表价格低,我是想用这个表改成晶体管耐压+兆欧表双功能表用。

47表表盘足够大,可以多改造几个功能,例如交直流电压/电流测量,兆欧/耐压测量。把原表R×100\×1k\×110k三个档位改造为250V\500V\1000V兆欧表,R×1\R×10改造为改造为500V\1000V耐压测试仪。
如果还要电压可调的话,可利用原表的欧姆调零控制内部升压电路,实现0-1000V可调,以达到安全测量各器件耐压。
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发表于 2025-3-25 16:01:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 老郑小烧 于 2025-3-25 16:11 编辑

期待楼主找到好的打印方案。
另外,α=R0/(R0+Rx)这个式子的右侧要乘以满度角,比如90度,
这是个理想算式,实际要考虑表头线性,可以使用我写的工具解决线性问题:

分享原创:机械表头的线性度与度盘的绘制——《分度》V1.0
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=306031
(出处: 矿石收音机论坛)
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 楼主| 发表于 2025-3-25 16:35:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 音乐留声机 于 2025-3-25 16:37 编辑
老郑小烧 发表于 2025-3-25 16:01
期待楼主找到好的打印方案。
另外,α=R0/(R0+Rx)这个式子的右侧要乘以满度角,比如90度,
这是个理想算 ...


是的公式漏写最大满篇角了。
本次所使用的表头由于尺寸较小,且在之前也做了线性度测试,各个角度和对应电流成比例,加之兆欧表刻度本身为非线性分布,因此就没过多考虑线性误差问题。
后面有更好的表头,再按您分享的资料参考绘制。

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发表于 2025-3-25 17:11:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 老郑小烧 于 2025-3-25 17:14 编辑
音乐留声机 发表于 2025-3-25 16:35
是的公式漏写最大满篇角了。
本次所使用的表头由于尺寸较小,且在之前也做了线性度测试,各个角度和对 ...


是的,小表头不会很明显
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