看看工程師珍藏的20款萬用表

作者 : David Ashton,Embedded

老友Max寫了一篇「最好的旅行工具是什麼?」,這讓我想到了自己曾經擁有、現在擁有,以及未來想要擁有的萬用表。我清點了一下自己珍藏的所有的萬用表,分享給讀者,希望勾起工程師們對自己曾心儀的萬用表美好回憶。

老友Max寫了一篇「最好的旅行工具是什麼?」(What’s the Best Travelling Toolkit?),這讓我想到了自己曾經擁有、現在擁有,以及未來想要擁有的萬用表。這些萬用表從簡單便宜的類比儀表到品質不錯的Fluke,一應俱全。在數位萬用表中,尤其是掌上型萬用表,Fluke無疑聲名顯赫,當然也有許多其他不錯的品牌,我還是希望擁有備受推崇的HP/Agilent 34410A 6½數位儀表。

當一個人開始對電子產品產生興趣時,萬用表可能是他購買的第一部測試設備(或者跟我一樣是獲得),並且可能是最難忘的測試設備之一。我屋子裡有不少萬用表,有一些是別人給我的。

在寫這篇文章時,我清點了一下我所有的萬用表寶貝,發現至少有15台。最近一個供應商因為轉行清倉,又給了我7台萬用表,其中大部分的價格都低於10美元。我賣掉了幾個,送了幾個給別人,還留了2、3台,因為我正在製作一個麵包板系統,說不定用得著。

我將這些萬用表分享給讀者,希望勾起工程師們對自己曾經心儀的萬用表美好回憶。

記憶中那些忘不了的萬用表

我的第一台萬用表是日本的Sanwa。那是一種小型類比儀表,是在我大概13歲的時候,同樣是電子愛好者的夥伴送給我的。我費了好大功夫才讓它工作——我猜這就是為什麼朋友要把它送給我了。這個萬用表早就不見了,但是在我開始對電子學產生興趣的前幾年裡,它幫了我很大的忙。這一切太久遠了,我已經忘記它的確切樣子了,似乎很像這樣。當時弄不清奇怪的dB範圍是什麼,這件事倒是令我記憶猶新……

我的第二台萬用表是Kyoritsu (KEW) K-1400,是我爸到南非出差時幫我買的,至今還記得從盒子裡取出萬用表時的巨大喜悅。這是一個相當專業的20KΩ/V鏡面刻度萬用表,下圖是Eagle萬用表,我那台看起來是一樣的。當我2002年從辛巴威(Zimbabwe)移居到澳洲(Australia)時,沒帶走這個萬用表,現在它不見了,每思及此我就很傷感。

多年前當我進入當時的羅得西亞(Rhodesia)名聲響亮的British South Africa Police無線電部門工作時,每人發了一台大型英國儀表製造商AVO (以Amps-Volts-Ohms的首字母命名)的Avometer。Avometer非常堅固耐用,幾乎堅不可摧,一直到2008年還在生產。對於現場作業來說,它們又大又重,而在工作檯上,讀數又比較困難,所以無論哪種情況,我都不會用它。但是就像Landrovers一樣,雖然不是最好的汽車,但用過的人都會懷念。很多年長的工程師乾脆把萬用表簡稱為「Avo」,這種情況很常見。AVO現已被Megger集團收購,許多人將測試絕緣電阻的所有儀器統稱為「Megger」,而不管它到底是哪裡來的。我離題了…

這是我曾經擁有的第一台Keithley 130A數位萬用表,我記得是在1970年代末買的,現在狀態仍然很好。我把它留在辛巴威沒帶走,偶爾去那裡的時候還可以用。我當時工作的無線電部門有一個叫Keith Lee的同事,我記得曾給他看過這台儀表:「嘿,Keith Lee,快來看我的Keithley!」Keithley現在是Tektronix的一部分,還在繼續製造高品質的萬用表。

交流電流錶

我不知道大多數工程師是否將其歸類為萬用表,因為它實際上測量的是交流電流(具備鉗-非接觸式)和電壓,所以也把它歸在萬用表的範圍。當年巴黎的Tandy也有這種電流表,特價20法郎一台,也就是幾美元,幾年前我買了4台,回辛巴威後轉手賣了3台,賺了不少錢,我自己留了一台,現在還在辛巴威,下圖片中這台乾淨多了!幾年後我成為了一名電工,這就是我的當家儀表——在處理市電時,電壓和電流通常是你唯一感興趣的參數,這個電流錶也不內建電池!

這一款開始有點現代感了,不過到現在也已經有20多年了。它已經無法正常工作,所以我想把它丟了。打開外殼後,我發現裡面有一顆DVM晶片、一顆LM324四通道運算放大器和其他一些元件。換掉LM324後,萬用表恢復了工作,但我還需要對它進行一些調節,因為它無法正確歸零。對於這麼古老的產品,Hioki竟然還能提供服務手冊給我,這引起了我對這家公司的濃厚興趣。這類儀表的現代版本完全就是數位萬用表了,其中許多可以完成與非鉗式萬用表同樣的測量。不過,它們需要電池!

老派類比萬用表

在我們那個年代,萬用表通常是類比的,其一大優點是,在測量電壓和電流時不需要電池。測量電阻雖然需要電池,但即使電池快沒電了,通常也可以透過調整「零」旋鈕和/或一點插補和校正來得到相當準確的測量結果。我還有幾台便宜的小類比萬用表,不需要電池就能正常工作,所以是工具包的理想選擇。工具包很少會用到,所以精準度不高也不是什麼大事。我在倫敦的市場上花差不多幾美元買了幾台,下圖這一款有電池測試標記和鏡面刻度,但是只有2KΩ/V……

另一個類比萬用表比我的舊Sanwa大一些,品質好一點。這一台萬用表雖然工作很正常,但是我幾乎從來不用它,然而又不忍心把它丟掉。不錯的量程,20KΩ/V、鏡面刻度,並且便於攜帶。順帶說一句,你是否想過為什麼這款儀表在開關處有一個「Off」位置?它可以適當緩衝儀表的移動,降低因掉落或擊打而造成電擊損壞。

價格便宜的數位萬用表

再回來聊數位萬用表。這一款是10美元及其以下萬用表的代表。合適的精準度,通常還提供二極體和電晶體測試,幸運的話,還提供10A的電流量程(這款就有)、電容測試量程(這款沒有)和連續蜂鳴功能(這款也沒有)。但這種數位萬用表一旦壞了,通常會把它們扔了。有一些我修好了,一般是由於電池漏液造成的PCB走線損壞,或跌落造成的破裂,但如果是LCD損壞或量程開關損壞,就沒有必要修了,首先是不好修,再來是就算修好也不划算。

這是一款數位萬用表的背面(外殼已經打開了)。請注意,這個PCB是無處不在的ICL7106型IC設計,不過它在一片薄的PCB上使用了裸晶而不是IC,這無疑節省了幾美分的成本。還要注意左下方的10A分流器,以及用於校準的幾個刻痕。雖然外表看著不怎討喜,但品質還不錯,而且價格便宜,物超所值。

下圖這款萬用表相當不錯,現在也已經被淘汰了,我不知道是為什麼。顯示器相當好,數字和橫條圖指示器很大,還有電容、電晶體和二極體測試量程。我留著它,是想等老了以後(好吧……等我更老的時候),眼花看不清了……再用,圖中顯示它正在測量一個小電容。

玲瓏小巧、功能強大的萬用表

這些年來,萬用表越來越小巧、漂亮。如果有人拿來一台手錶型萬用表,我一點都不會驚訝,但我自己卻沒有那麼小的萬用表(將探頭放在哪裡?)。下圖中萬用表的尺寸為94 × 46 × 26mm (3.7 × 1.8 × 1英吋)——1英吋的厚度還不算上袖珍,它也沒有用來固定測試線的保護套。但這個小萬用表功能齊全,直流電流量程高達10A,提供二極體和電晶體測試,最重要的是有全尺寸4mm香蕉插頭,很容易購買或製作一套鱷魚夾測試線跟它配合使用。將它與上面的第一個標準數位萬用表進行比較,這一款標有QM1502,上一款標有QM1500,它們的量程完全相同,因此可能來自同一家製造商。

有幾家製造商提供「信用卡式」的萬用表,我這台是Tenma製造。它很小,不過比信用卡還是要大一點(4-1/4 × 2-1/4英吋,½英吋厚),所以只能放在襯衫口袋中,它還配有保護套和測試線/探針支架,Amprobe DM78C的大小也差不多。這兩個萬用表都只能測量電壓和電阻,不能測電流,功能有限,但是這個萬用表還可以測頻率和工作週期,還有保持和相對值按鈕。我曾經有一台萬用表比這個還小,比信用卡都小,功能也很有限,很快就壞了。這些小型萬用表的測試線是直接穿進來的,所以一定會出故障,只是早晚而已。

還有這些和那些……

文章開頭提到一家供應商給了我7台萬用表,這是其中最好的一個。它是一款汽車測試儀,應配備一個測試探針(供應商沒有給我,但是需要的時候我可以自己製作一個),該探針接到汽車的一根火花塞導線上,提供RPM讀數。它還可以測量閉合角、工作週期和低頻,並具有K型熱電偶插座測量溫度。嘿,看!我有一個溫度計。

這個萬用表的軟體和PC連接線是我在一次清倉處理中花5美元買來的。然後我在E-bay上找到了相配的萬用表,花了60美元,現在我有一個資料記錄儀了。這仍然是一款非常經典的萬用表,提供多種不常見的測量——頻率和工作週期、電容、溫度(透過所示的熱電偶適配器,如下圖所示),甚至4~20mA的量程,還具有以下功能:保持、相對值、記錄最小、最大和平均讀數(儀表內的軟體會進行完整記錄)、峰值讀數、背光,還有一個磁性夾將其固定在任何鋼材質的物體上。這款萬用表可與Labview配合作用,為此我還專門下載了VI。

這並不是一款真正的萬用表,但其外觀和工作原理都與萬用表相似,而且它非常實用,所以我把它也包括在內了。這是一個LCR表,才50美元,是幾年前我過生日時,我妻子送的生日禮物。它不像專業的LCR表那樣好,比如說,無法設置測試頻率,但是當需要對元件進行快速測試時,它非常有用,而且還可以用它來估計變壓比。下圖中顯示它正在測量一個音訊變壓器的電感,還有與之配套使用的鑷子探頭——真的很適合SMD元件,只要幾美元。

我的驕傲,我快樂的源泉

這是我的Fluke 8050A,是我的驕傲,它讓我快樂。這是我在80年代初買的一個新產品,最近在清潔它時,不小心把375美元的價格標籤弄掉了。我還保留著最初的軟外殼,頂部有一個托盤,可以用來放測試線等,還有手冊,甚至包裝箱都還在。我只換過一次顯示器,現在狀況仍然很好。4-1/2位元數位,除常見的電壓、電流和電阻外,它還具有dB和電導量程。它還有一個「相對值」按鈕,按下該按鈕就可以相對於按下瞬間進行測量。在測試低值電阻(使測試引線的電阻為零)或檢查NiCd電池組的電池單元時,此功能非常有用。測量第一個,然後點「REL」按鈕,則僅需移動正極探針來測量第二個。開關REL進行每次測量,可以快速測完整個電池組,或者也可以從一堆電阻中找出幾個匹配的電阻——測量第一個電阻,按REL,只保留與第一個電阻的差值很小的電阻。這款儀表唯一的不足是沒有連續蜂鳴器,當然,這絲毫不影響它成為一款優秀的萬用表。

Fluke手冊中有一個簡單的電晶體測試儀附件的圖,該測試儀在電導量程內工作,可提供Hfe讀數(只需將小數點右移3位即可)。我按圖索驥做了一台測試儀,後來經常使用。下圖顯示它正在測量Hfe為373.8的NPN電晶體(BC 548),如果測量PNP,則可以換個方向插入,可以使用圖中這樣的夾子,也可以使用插座,在我的右側,圖中看不到。

Fluke是另一家能對很老的產品提供良好技術支援的公司。我還保留著8050A的原始手冊,有人給了我一台它的小兄弟3-1/2位8010A,我從網上下載了其服務手冊。這兩個萬用表的LCD都壞了,我換了新的,網路上也有講怎樣用7段LED顯示器替換LCD。這台個數位萬用表一直放在我的工作檯上,時不時會用到它們。

購買萬用表時要注意什麼?

結束本文之前,我還想提醒讀者們在購買萬用表時要考慮的一些問題。萬用表有四個等級:1、2、3、4,這是國際電工委員會(IEC)定義的。Cat 1基本上用於低壓電子設備,實際上沒什麼用。從理論上講,Cat 2型萬用表可使用牆壁上的市電插座進行測量,但是所有測量人員實際上都應該使用Cat 3 (建築配電)或Cat 4 (公用設施連接)額定萬用表。上面提到的外形小巧或價格便宜的數字萬用表大多只能滿足Cat 2規格,但是下圖這款紅色的Meterman XR38則具有Cat 3和Cat 4額定值。在市電電壓下進行任何操作都必須確保萬用表是Cat 3或Cat 4,通常只有從安捷倫或Fluke等品質更高的製造商那裡才能買到這種符合要求的產品,當然,價格肯定會更高。Cat 3或Cat 4額定值表示在測量時,如果市電出現電壓尖峰,不會在萬用表或測試線上產生電弧,從而避免操作者受到電擊。

如下圖所示,許多人對類比萬用表上的「XΩ/V」額定值感到困惑。這只是對載入到被測電路的負載的簡單度量。如果萬用表量程為50mA,則在1V時獲得50mA電流所需的電阻為20KΩ。因此,如果拿這個萬用表測量2V,則總電阻(萬用表電阻加上「倍增」電阻)將為40KΩ,因此指定為20KΩ/V。如果測量100V,則電阻將為100 × 20KΩ = 2MΩ,這是一種快速計算某量程內萬用表負載的簡便方法。在管/閥時代,阻抗通常比電晶體電路高,這顯得尤為重要。我曾見過一個50KΩ/V的類比萬用表,20KΩ/V通常都認為比較好了,而那些便宜的小萬用表可能低至1,000Ω/V,前面提到的迷你類比萬用表為2,000Ω/V。數位萬用表沒有這種限制,輸入電阻通常達到10MΩ。

可測量二極體(通常用二極體符號表示)的萬用表應在量程內進行測試,否則探頭兩端的電壓可能不足以正向偏置二極體。讀數顯示了二極體的類型——矽大約為0.6~0.7,蕭特基為0.18~0.4,鍺為0.2~0.3,但小數點位置可能會有所不同。

如果在空間受限的地方進行測量,則「保持」功能非常有用,它可以將測量保持住,直到能看見為止。現在一些製造商提供了無線顯示器,可以從萬用表上拆下來,在這種情況下也非常有用。如今幾乎所有的數位萬用表都有連續「蜂鳴器」,用於測試電纜中的電線而不必一直盯著表。

我是一個英國人,一直生活在英國前殖民地,從未有過(因此未提到)美國工程師和技術服務人員鍾愛的Triplett和Simpson萬用表。每個人都收藏著自己的寶貝,工程師朋友們,我很期待聽到你與自己所鍾愛的萬用表故事!

(參考原文:How many multimeters have you got?,by David Ashton,EDN China Jenny Liao編譯)

 

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