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多功能多档位“电压-电流-电阻”基准
一、设计构思 1.1 想法的产生 因为喜欢收集指针表，所以经常测试指针表的“电压-电流-电阻”各档的精度。 电阻档的精度验证最好弄：找几个高精度的电阻就可以直接测试了。 电压档的精度验证就复杂一点了，需要一个精度稍高的基准电压。 电流档就更繁琐了，在没有恒流源的情况下，至少需要搭一个电路，还需要串联一个精度稍高的数字表，每次搭架子实在是太繁琐，还要拿出4位半来串联。最头疼的是换一块指针表，由于表头内阻不一样，每次还要重新仔细的调多圈可调电阻，半天搞下来眼睛都累花了。 于是产生了制作一个精度稍高的“电压-电流-电阻”基准仪表的想法。 当然了，市面上有类似功能仪器很多，比如专门的万用表校验仪或者电压电流信号发生器，当然，价格都不菲。还是决定DIY，能学到东西，还能设计出自己想要的功能（比如快速切换25μA、50μA和100μA，这个对于最常见的50μA指针表满偏和半偏测试太常用了。） 1.2 设计思路 基准电压：电压基准芯片选择：MAX 6350或者AD586、587系列，对于指针表检验，这个精度应该是足够了。并结合万分之一精度的分压电阻，实现基准1.0V、2.5V、5.0V和10V四个基准电压的输出。这四个档位电压的选择，也是很有考究是，综合考虑了市面上常见老指针表的直流电压档的满偏电压。 基准电流：在5.0V基准的基础上，分别接入不同的采样电阻，实现不同级别恒定电流的输出，当然，为了保证电流的精准，所有采样电阻也必须采用万分之一精度级别的。输出电流分别有25、50、100、250、500μA；1、2.5、5mA合计8个固定的电流，并预留一个档位，以便将来增设需要的电流（比如校验MF-10系列万用表所需要的10μA电流） #p#分页标题#e#高精度电阻：全部采用万分之一精度电阻，直接接入电路，档位包括10、20、50、100、200；1K、2K、10K、20K、100K、200K，合计11个档次，每个级别的阻值设置了*10和*20档次，主要是为了检验指针表电阻档的线性。这样设计相对还是合理的。当然，也预留了一个档位，以便将来增设需要的电阻（比如M欧级电阻）。电阻档的设计必须要尽量减少一起内部的接触电阻和线阻，否则还不如直接用高精度电阻焊在洞洞板上简易使用了。 普通低压交流电压输出：交流电压基准比较难，不在本设计考虑的范围。但是每次测指针表的交流档精度，都小心翼翼的往220V上插，然后和高位数字表比较，害怕触电啊。于是顺便设计一个低压交流输出，本次设计的是15V。当然，这个功能是顺便设计的，因为这里的交流15V，经过整流、滤波后的电压正好用于直流电压基准的输入电压。 1.3 想法的实现 电源选择：因为有10V基准，输入需要高于11V甚至12V，显然单用一个9V电池是不行了，串太多的电池也不方便，索性采用市电变压到15V，然后用经典的LM 317模块整流，再加上基准模块上本来就有的AMS 1117模块（其实可以省略），这样就足够完美的解决了电源问题。 外观要求：体积要小，要尽量的小。否则拿一个大大的家伙搬来搬去校验指针表，实在很麻烦。 外围要求：档位切换要方便，采用三个多档位的电位器分别用于电压、电流、电阻的档位选择。因为同时涉及电压、电流、电阻三种功能多个档位的基准输出，不同的功能旋钮设计要分颜色，面板设计应该考虑到基本美学因素。 耐用要求：因为经常验证指针表的精度，需要多次插拔测试笔，又要保证表笔紧紧的插入。仪器采用高强度铝合金外壳，而不是采用便宜的塑料外壳。事实证明，这个决定很有必要。尽管会给外壳的钻孔和加工带来很大的难度，但这次的努力非常值得。 1.4 主要模块及原理图 电源部分：经典的LM 317整流模块。购自网络散件，焊接组装极其简单，原理图和实物图如下：  基准部分：基于AD586、AD587的基准模块。模块构架和外围元件购自本坛，核心元件：运放、AD586、AD587基准芯片购自淘宝。 基准的套件（不含运放、不含主芯片），这个板子可以搭载MAX6350，也可以搭载AD586和AD587，管脚基本兼容，这个板子是本坛Edward坛友开发的，版权属于Edward坛友，为了介绍全面我同样上传了原理图，板子介绍见下图：#p#分页标题#e# 基准板子的详细原理图和介绍可以在这里下载： http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35734657.html  核心元件AD587的照片和搭棚测试精度，很满意，见下图：（AD586和AD587外观类似，就不单独放照片了）  电流部分：万分之一精度电阻若干，基于5V基准，配合不同阻值的精密电阻，用于输出恒定电流，精密电阻购自淘宝，见下图：  电阻部分：万分之一精度电阻若干（整机合计23个万分之一精密电阻），购自淘宝，整机的成本光电阻就花了不少钱了.  二、制作过程 下面开始介绍安装和装修过程，主要以图片为主。 1、搭棚试验 搭棚试验成功是一切成功的基础  2、铝合金外壳打孔和面板安装、装修   #p#分页标题#e#          最后献上面板设计的图纸，  面板设计的原始文档可以在这里下载： http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35735463.html 3、内部布局和安装    #p#分页标题#e#     4、整机安装完成   三、实战使用 虽然没有高位台表，但做好的东西也必须要简单检验和测试一下，因为这个仪器设计的初衷是校验指针表，所以用四位半的数字表看精度是足够了。 所用四位半数字表是VC9806+ 测试的指针表是国内较为优秀的上四产MF-35型万用表，虽然偶有很多47表，这次测试还是测35表吧。 因为没有高位台表，只能暂时认为VC9806+的结果是可信的了。 1、电压档测试     2、电流档测试 如果认为VC9806+的结果是完全准确的（其实不可能完全准确），所有电流档的最大偏差为0.12%，应该说对付指针表足够足够了。  #p#分页标题#e#     3、电阻档测试 因为电阻档不像电压和电流那样可以直接和数字表并联或串联一起测数字表和指针表，只能分两轮测试，先测数字表，后测指针表。因为档位繁多，只能挑选着给一些图片了。 数字表测试结果：        指针表测试结果： 所有档位准确全部压线，同一个档位的线性也非常满意，也许是MF-35表确实比较准吧。但至少说明这个DIY的仪器所用精密电阻还是不错的。 电阻*1档测试：全部精准压线，线性一流  #p#分页标题#e#   电阻*10档测试：全部精准压线，线性一流      电阻*100档测试：全部精准压线，线性一流    电阻*1K档测试：全部精准压线，线性一流   #p#分页标题#e#  电阻*10K档测试：全部精准压线，线性一流   
交流电压输出测试 位于仪器后面的普通输出交流15V，不是基准的，只是内部220V-15V变压器输出端特意接出来的，用低压交流档对比测试指针表的精度。总比插220V市电安全多了。  四、总结回顾 1、完全实现了最初的设计目的，成果比较满意。经过近半年在调校n多个指标表的使用经验，已经证明这个小机器非常实用。尤其是调47表的50uA档满偏，简直是方便极了。1V, 2.5V, 5V, 10V四个基准电压档简直就是完美的为调校47表准备的。11个等级的万分之一精密电阻档切换方便，使用起来也是爽极了。 2、整机用料非常讲究，成本很高，初步估算了一下将近400元都有了（各种零件的淘宝运费也花了不少），虽然成本高了点，但完全享受了DIY的乐趣，而且很实用，乐在其中。 3、搭棚试验很简单，但要做成漂亮的外观，是一个很漫长的过程。期间需要熟练的计算机绘图基础、一定的设计美学基础、足够的耐心和细心。面板的设计非常耗时间，尤其是要控制好打印出来后的面板和实际安装时存在的微小差异，一个面板厚厚的铝面板，全靠手工加工10个洞，洞洞之间的相对位置、大小都要严格控制，期间的辛苦和手上的伤痕就不一一展示了，DIY过的人都知道。 4、总而言之，一辈子也就DIY一次这样的东西，付出了成本和艰辛，但觉得值得。 5、最后声明一下，这个DIY这个仪器的初衷就是校验指针表的，当前的精度足够了，坛里很多研究基准的高手，让你们见笑了。本仪器唯一的不足就是没有经过高位表的校验，谁让我是业余爱好呢，从事的工作和电子完全不相关，身边也找不到有高位表的朋友，只能就这样用着了。不到之处请各位多多指点和批评 |
