制作万用表充磁、调压器两用机-1

dengzeren2015

      几十年前曾经把一个1mA的表头拆解后，到当时北京仪表厂的门市部买了只有发丝三分之一的0.02mm直径漆包线和软游丝，在原表头的铝动圈骨架上绕满线圈，自己做梯形尺、粘轴尖。然后更换软游丝、充磁，弄好后竟一下把表头的灵敏度提高到80uA！接着成天抱着一本万用表的书，千算万算出一个电路，做成了一台自己的万用表。那时的孩子想要一台成品万用表那是做梦！2元钱一个的mA级的表头已经是非常贵重之物了。从此对指针表的喜爱越发痴迷，不断收集、购买很多万用表（多为指针表），看到矿坛上网友的有关充磁机的帖子，想起我还积压着三台失磁的万用表呢！所以决定自己做一个充磁机再玩一把。手里积压的三台失磁的的指针万用表，如下图所示：
    一台是拆件剩下的1979年MF14型万用表，表框右上角摔裂、表壳及内部零件完整、表头组件完好，表壳玻璃、调零旋钮、接线柱都被我拆下用于修复比它新的MF14型表了。按说应该恢复这台老表，主要就是因为当时它的表头已经完全失准，表头极限灵敏度只有1mA了，所以就扔到一边了。









       另一台是1970年的上海遵义500型万用表，表头及电路等完好，应该是表头失磁，表头极限灵敏度45uA。



       第三台是1992年生产的星牌MF10型万用表，外表极新功能完好，也是失磁表头极限灵敏度9.7uA左右。





其实充磁机用得很少，原来都是临时搭起来用一下。所以这次做它要尽可能省事、充分利用废旧材料、价格便宜物尽其用。先看看充磁机的电路：



电路很简单，其中电压表头用德力西的450V普通面板表，它可以交直流两用非常方便，表头的内电路如下图：



       由于使用了自耦调压器，使充磁机还能对外输出0-220V的连续变化的交流电压，功率最大100W。使用调压器的好处是可以任意调定充磁电容的充磁电压，使得充磁磁场强度可任意调整。另外输出的连续可调的交流电压可调整消磁线圈的输出大小非常方便。电路中充磁线圈并联的二极管和电阻是消除充磁线圈可能产生的振荡，有利于提高充磁的效果。电路中的充磁开关使用了小功率的接触器，把它的四组开关接点并联使用，切换迅速、触点容量大非常可靠。
    接下来就是实际制作了，先要有个机箱，专门做一个是很费事的，于是就借用老PC机的开关电源壳，它的铁板是1.2mm厚的做工上乘，现在PC电源的外壳像易拉罐一样薄。关键这个机箱已经有了电源开关、电源插头、电路板的支撑架，改装容易改装量小可以省不少时间。



























      机箱内的电路板都是用的拆零件后的旧底板，机箱上原来风扇护网切掉将电压表堵在前面，下面的月牙形孔处做一个月牙板堵上。
   自耦调压器是几十年前买的积压物资，一直没有用处，只有100W的功率，但是体积较小。













      储能电解电容是个主要元件，3300uF/450V市场价要150元左右，有点贵！在旧货市场5元买个电路板，上有4个470uF/400V的电解电容，加上自己的4个130uF/400V的彩电电源电解电容，总共凑了2400uF/400V的电解电容。电容的并联导线一定要粗些，我用的是1.5平方毫米的电线。









       做过充磁电路的网友都知道，当电容充满电时在接通充磁线圈的瞬间开关接点处会打出很强的弧光，并伴有很响的声音，一般用电线搭接时还会烧蚀接点。所以我用一个交流接触器来做充磁开关，把它的4组接点并连起来，按钮开关只是给接触器的线圈供电，实际工作中因接触器吸合动作迅速，切换时并没有多大的弧光和响声，工作可靠而且这种普通的小接触器容易得到，即便是新品也很便宜。





       电路中的限流灯泡，用普通的220V的灯泡即可，因其体积大在电路板上不好安装，想起早先在旧货市场买的成盒的小灯泡一直没有用处，于是就用10个24V/40mA的仪器泡串联功率约8W多点，灯泡只是串起来做限流电阻。工作时它在机箱里忽明忽暗的很有意思。



























    充磁线圈的制作比较关键，我用黑白电视机的C型铁芯来做，利用变压器上原有的骨架改造一下，就使最麻烦的做线圈骨架的事变得轻而易举。















































       C型变压器的几乎所有东西都利用上了，尤其是那个底座用热熔胶粘上，使铁芯放置非常稳定也可以作为手柄拿起充磁铁芯，感觉好完美。铁芯的漆包线为直径1.0mm的漆包线，两个线圈各绕60圈，串联连接时接线要注意磁场的极性，可用低压直流电试验确认即可。引线我用1.5平方毫米的电线，这线一定要粗！这样才能保证瞬间的充磁大电流的能量，尽量少的损耗在引线上。充磁线圈的插头是利用开关电源箱上的电源线插座改制的。再找一个电源线插座，去掉它周边的安装固定脚，切削成图中的样子后就可以直接插入开关电源箱原来的显示器电源插座中，而且配合、接触极好，可以通过大电流。



















       退磁头是利用一个成品变压器，在台钻上用磨削头加工去掉一边后就做成了，如图所示：





       做好的充磁头和退磁头成品如下图所示：





      充磁机电路中的电源指示灯，原来是想用氖泡串联一个电阻，后来想用LED发光管，这就要做一个降压电路，后来改为在电压表内部放置4个串联的贴片白色LED发光管，这样既可以给仪表照明又可以作电源指示灯，恒流电路图如下：



       其中的瞬态吸收二极管可用17-20V/1W的稳压二极管，电路的开路电压就是稳压二极管的电压，短路电流约为11mA左右，电流的大小由降压电容限制，近似的估算方法：1uF电容可以提供66mA的电流。使用中因其是直接接220V的，要注意绝缘防护。电压表内的照明制作如下图：















电路板比较简单，专门画板子太麻烦，就用小电磨头手工雕刻一块来得快捷。









       制作中为了让LED灯光均匀些，我把手机屏幕的匀光膜贴在发光管的表面，起到一定的匀光效果，这种匀光膜很神奇，与笔记本屏幕的背光原理是一样的，可以在修手机的柜台买个废屏拆解得到。



















       所有的零部件准备齐全后，就是组装布线，整体的布置如图所示：



















看看组装完成后的充磁机：



    充磁机工作正常后感觉面板有点乱，于是就用计算机画个面板贴纸，还用比较宽的胶带给贴纸覆膜，背面贴上双面胶，裁剪好后贴在机箱表面好像整齐多了。现在计算机太方便了，当年动手做东西要想画个度盘那可费了邪劲了。













万用表充磁机的制作介绍完了，全部采用积压、废弃、廉价、旧件的堆砌组装而成，让这些旧件再利用起来。将在第二贴中介绍实际使用、测试的效果。

dengzeren2015

                                                                      仪表充磁与退磁试验：
       充磁机完成后在用于维修万用表前我先用小磁铁进行充磁试验，就是想看看充磁的效果，这里最让我们犯难的就是我们没有测量磁场强度的仪器，无法定量或定性的看到充磁前后的磁场强度的变化。过去我没有现成可以利用的工具，而今可以利用新型的钳型表来定性的测试磁场的强度，我用的就是优利德的UT203型钳形表。







       从UT203表的卡钳结构上看与传统的钳形表不同，它的卡钳不是两面铁芯组成的闭合磁路结构，内部传感器使用霍尔半导体器件，可以探测交变磁场和恒定的直流或永磁磁场，而且能分辨直流电流的方向（+、-极性）。从几十毫安到几百安培的交直流电流都可测量。在这里可用它定性比较充磁前后的磁场强度变化，图中是对小铁氧体磁铁进行充磁前后磁场强度发生了很明显的变化。







仪表打开时周边有干扰磁场显示，按下相对测量(清零)，在一固定位置放置未充磁的小磁铁，钳表显示一个数值，充磁后把小磁铁还放置在同一位置，数值明显增大。充磁方式如图所示：



















       但是奇怪的是，当我用两块方片形的铁钕硼磁片试验时，未充磁前测试数值很高，充磁后仅有很小的剩磁了！后来发现是磁极弄反了。可是调换磁极后再充磁也仅仅是恢复到原来测试数值的一半左右，反复几次也不再增强了。对此很是不解，但又舍不得再用新的铁钕硼磁片试验，希望有铁钕硼磁铁充磁经验的坛友介绍经验与大家分享。
这里新型的钳形表给我们一个不用专用仪表就能定性测试磁场强度的工具，在维修中这种新钳形表完全能胜任普通万用表的功用，测电阻、电压、通断蜂鸣器、频率等，它的非接触（不断线）测交直流大电流的方式，给维修工作带来极大便利。
接着我开始试验退磁线圈的效果，因退磁头是用220V变压器改制的，形成开放磁路后变压器如果还是接入220V交流电就会很快发热，只能短时间通电，这里就用到了调压器功能。加上100V左右的电压后，把充上磁的改锥放在上面，手触摸时感觉到很强的振动，过一会儿拿下改锥去吸螺丝几乎没有任何吸力了。





       通过以上的试验后就开始维修三块万用表，先拆解MF14型万用表。为此先测量了它的表头极限灵敏度如图，仅剩1mA了，但动圈的内阻正常、机械回位灵敏准确，所以值得一修。随后对它进行了拆解：



















       因为是完全失磁，所以直接从表头后面把磁铁卸了，感觉已经没有多大的磁性了，轻轻的就可以拿下磁铁，用力很小。之前可能已经被人这样拆解过，所以完全失磁了，好在前者没有破坏动圈机构。
以前没有仔细琢磨过这种圆柱形的磁钢结构，万用表的磁隙结构原理应该是一样的，只从外表看上下两块软铁不是把磁极短路了？这次拆解充磁才仔细了解了它的上磁极板是双金属结构，这样就明白了这种结构的磁路和马蹄形的磁钢结构是一样的。反正也都拆成这样了，就用指南针测定了磁极并标注好。







先做个测试试验，用钳形表测只有底面磁极板情况下的未充磁磁场数值是2.19，



然后进行充磁如图：





充磁后磁铁和充磁线圈的磁极紧紧吸在一起，用力也拔不开！只能侧滑拿开。分开后再用钳形表测试，示值为：8.19



提高了4倍，但是这样拆下磁铁已经至少失磁一半以上了，接着把磁铁组装好，然后充磁、加闭路铁块、还制作了动圈拆装工具，流程如图：





















充磁后组装好后去掉闭路铁块通电测试，表头极限灵敏度134uA。接着用退磁线圈进行校正退磁，把灵敏度降到154uA，调整好表针的平衡后停下封存，应为还没有表盘的玻璃呢，1.5-1.8mm的薄玻璃买不到，等配好玻璃最后整理完成后，再精确退磁到设计灵敏度。至此MF14型万用表表头修复完成。









这里给出MF14、MF10等表头机芯通用的动圈保护架的加工尺寸如图所示：



这种保护架稍加改造也可以用于500型万用表头动圈的拆解，将在500型万用表的充磁介绍中给出，保护架也可以用适合的漆包线制作但一定要有保护架，MF14、MF10的磁钢吸力极强，一旦损坏动圈一般只能报废了。
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500型万用表充磁前先测量了表头灵敏度为45.3uA，比要求的设计值大了5.3uA。应该说失磁不多，随后对500型表进行了拆解充磁：















表头动圈的拆卸保护架就是用MF14型的护架代用，500型表的动圈磁隙较大，于是就用合适的纸片加双面胶贴在保护架的护叉上，一样非常好用。充磁后表头灵敏度为40uA









这里想说的是40uA是500型表的设计上限了，我用充磁机充了4次也不能把灵敏度再提高一点，不知是什么原因。望有此经验的网友赐教。组装后再次测试完全满足精度要求。

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MF10型万用表充磁前的表头极限灵敏度为：9.7uA







这个数值与设计值相差很小，也就是说在标准的9.1uA到9.3uA的设计灵敏度时的磁场强度与这台表现在的实际强度相差很小，为了以后有个参考的数值，我用钳形表对表芯磁钢带动圈组件的几个位置进行了测试，结果如下：







接下来拆解动圈组件，充磁前先装上导磁块并测试这个位置的磁场数值留底：





测值为：12.61。接下来充磁，充磁后按标准的顺序装导磁块、取下表头磁钢。带着导磁块复测数值为：24.37，几乎翻了一倍，感觉灵敏度会超过标准值很多。



在组装表头动圈前，这时是最好的清洁表头磁钢的时机，用双面胶的胶膜揉成团状，用镊子夹住胶团来粘掉磁钢内部及动圈柱体上的磁性颗粒物，如果组装后发现动圈卡滞，再想清理这些磁性颗粒物就非常困难了。







经过不锈钢镊子夹着胶团在磁钢内的一番折腾，会对磁场强度产生多大的影响呢？现在这块钳形表真是用处不小，复测磁钢的磁场强度几乎没有什么变化。



组装动圈后再测几个相同位置的磁场强度值均有很大幅度的增加，只有磁钢底部位置的数值基本没有变化，应该是导磁底板的漏磁。







充磁后的表头灵敏度为：7.6uA。



这时在通电测试的情况下进行退磁





感觉上如果把退磁头紧靠表头磁钢退磁速度较慢，较松的情况下退磁头与磁钢产生振动碰击磁钢，磁钢很快退磁不易控制！而且这时振动较大。不断地把退磁头靠近、离开检查表头所示的数值，达到设计值时立即停止退磁。



后话：
1.应该对表头的磁铁尽量过充磁，这时表头的灵敏度会高于设计值，这时较高的磁场强度是不稳定的，容易受到外界的影响而衰减。退磁实际上也是一种老化时效处理，让过高的磁场强度在交变磁场中慢慢衰减到设计值，这样磁铁的长期稳定性比较好，如果充磁只是充到刚刚达到设计值，当时是可以满足使用要求，但抗外界干扰、长期稳定性可能要差些。尽量少在强交流磁场的地方使用指针式万用表，会损耗表头的磁场强度。
2.充磁线圈的圈数多少才可获得最大的充磁效果？这次试验没有结果，感觉上充磁机对几种磁片的充磁效果不怎么样，对铁钕硼磁片毁磁挺快、充磁不灵。对500型万用表的磁钢充磁没有达到过充效果。设想用细点的漆包线，把充磁线圈的圈数增加或是加大储能电容的容量，只能有机会再试。
3.直接在磁铁上穿绕充磁线圈，可能效果最好、效率最高。
4.消磁头的变压器芯(10W变压器改制)发热厉害，中途要停下来冷却，如用380V的行灯变压器(50W或100W)改制可能效果可能要好得多。
5.我用钳形表测量充磁线圈在充磁时的冲击电流，在按动充磁按钮的瞬间，钳形表几乎是没有反应，对瞬间的脉冲电流数字表反应不过来，也说明冲击电流脉冲起止的速度极快，会在动圈中产生较强的感应电压，所以最好在充磁时拆解表头的动圈，防止损坏动圈。看网友提供的仪表厂的资料，工厂的充、退磁机动辄都是千瓦级的功率，可以缓动加载充磁，没有瞬变冲击，所以不用拆解表头动圈组件。



我的试验做完了，很满意修复了我的三台万用表，效果不错。这个充磁机还能干什么？给台灯调光，给烙铁调温….

dengzeren2015

       我做完这个充磁机后发现对500型表的充磁效果刚刚好，想提升充磁强度，坛友的建议是扩大储能电容容量，一咬牙180元买个4700uF/400V的国产电解电容，在这个帖子了做了介绍：http://www.crystalradio.cn/thread-977218-1-1.htm，l效果有所提升，但不大。坛友大孔景元指点要在充磁线圈回路串个二极管，我还没有试验。

做个好梦

大山YFS 发表于 2017-7-10 17:36
是的，我查过可控硅手册，像这样只是一个放电脉冲（手册上是指不超过10毫秒）可以达到额定电流的 ...

哦，短时间电流还是可以的

msko2003

看完這編文章，感覺到dengzeren2015師傅的功力深不可測！
今次真的令我大開眼界！

仙鹤

修老指针表的好教程。精彩。

豫D－春夏秋冬

真详细，老师做事一丝不苟，这才是做技术的，严谨。拜学了。

liiqi

一看就知楼主是相当心细和功底深厚之人，每一个部件都做的非常精美，每一个步骤都写的非常仔细，照片也处理的相当完美。

大山YFS

         楼主的制作很精彩， “但是奇怪的是，当我用两块方片形的铁钕硼磁片试验时，未充磁前测试数值很高，充磁后仅有很小的剩磁了！后来发现是磁极弄反了。可是调换磁极后再充磁也仅仅是恢复到原来测试数值的一半左右，反复几次也不再增强了。对此很是不解，” 是磁场不够强，铁芯电磁铁因为电感较大，充磁电流已经没法大了，用漆包线制作一个空心线圈，大概1mm线，几十圈，铁钕硼磁片放在线圈内充磁，就可以充够磁，这我试验过，请看我的，用可控硅代替开关。

dengzeren2015

大山YFS 发表于 2016-7-31 21:23
楼主的制作很精彩， “但是奇怪的是，当我用两块方片形的铁钕硼磁片试验时，未充磁前测试数值很高 ...

谢谢您的经验分享，我一定试试。你的大点解够奢侈的，我没有舍得买，就用积压的小电解凑合了。用可控硅、IGBT管、大功率MOS管都试过，还是这个废品堆里捡的旧接触器来得简单，把接触点彻底清理抛光后仍可利用，按钮时声响很有顿挫感。

AK0612

楼主高手。。如果以后有表要修能否找楼主帮忙打理修复。

老柳

好，赞一个。
动手能力强，手艺好。
有理论有实践，图文并茂，很好的教程。

老柳

我的MF14充磁3年还是4年了，灵敏度略高点，没有退磁，很稳定，4年了几乎看不出变化，哪天拿出来退磁，使之符合满刻度要求。

dengzeren2015

dengzeren2015 发表于 2016-7-31 18:40
仪表充磁与退磁试验：
       充 ...

MF14型万用表，磁钢结构

dengzeren2015

AK0612 发表于 2016-7-31 22:51
楼主高手。。如果以后有表要修能否找楼主帮忙打理修复。

只是喜欢指针表，并非精于仪表专业修理，有什么需求和问题会尽力帮助。

lcbbk

楼主真是高手中的高手，很好的教程

dengzeren2015

老柳 发表于 2016-7-31 23:29
我的MF14充磁3年还是4年了，灵敏度略高点，没有退磁，很稳定，4年了几乎看不出变化，哪天拿出来退磁，使之符 ...

最好先别动它了，稍有偏差没什么，多次拆装总有风险，我找了一个100W的380V的旧机床行灯变压器，准备试试用空心线圈在什么都不拆的情况下对表头退磁，如可行则比较安全。