一款指針式萬用表組裝中常見故障的維修

盧厚元

（十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，湖北十堰442000）

我院某專業(yè)有一階段性實(shí)訓(xùn)任務(wù)是組裝萬用表，是某電工儀表生產(chǎn)企業(yè)提供的一款指針式萬用表的散件，由學(xué)生進(jìn)行組裝。組裝的目的是使學(xué)生學(xué)習(xí)電子元器件檢測方法，訓(xùn)練電子焊接技能，提高電路分析與應(yīng)用能力。在組裝過程中會出現(xiàn)各種各樣的故障，這正好為訓(xùn)練學(xué)生分析應(yīng)用及解決實(shí)際問題的能力提供了良好的素材。本文對組裝過程中常見的故障進(jìn)行分析并提出維修方法，希望對學(xué)生能力的提高有所幫助。

1 組裝中常見故障的檢修

組裝萬用表所裝配的電子元器件已經(jīng)過篩選，符合質(zhì)量要求，故不涉及電子元器件的質(zhì)量問題所造成的故障的檢修。本指針式萬用表的原理電路圖如圖1所示：

圖1 指針式萬用表原理電路圖

1.1 所有檢測都無反應(yīng)

把功能轉(zhuǎn)換旋鈕分別旋轉(zhuǎn)到各個測量檔位進(jìn)行測試，表頭指針不偏轉(zhuǎn)（以下把“表頭指針不偏轉(zhuǎn)”簡稱為“不偏”把“表頭指針偏轉(zhuǎn)”簡稱為“偏轉(zhuǎn)”），蜂鳴器不響（以下把“蜂鳴器不響”簡稱為“不響”把“蜂鳴器響”簡稱為“響”），發(fā)光二極管不亮（以下把“發(fā)光二極管不亮”簡稱為“不亮”把“發(fā)光二極管發(fā)亮”簡稱為“亮”）。這些情況若都存在，最大可能是電刷沒有與電刷軌道及電刷觸點(diǎn)相接觸，或者保險管未裝或燒斷，也有可能是電刷橫裝造成。若是電刷與電刷軌道及電刷觸點(diǎn)的接觸不良，按壓功能轉(zhuǎn)換旋鈕是會有反應(yīng)的。若是發(fā)生了電刷橫裝的錯誤，則在旋轉(zhuǎn)功能轉(zhuǎn)換旋鈕時會覺得轉(zhuǎn)動不流暢，較生硬，因此電刷必須按裝配工藝進(jìn)行安裝。若保險管有問題則是很容易發(fā)現(xiàn)的，可以進(jìn)行更換。

1.2 檔位指示旋鈕反裝

對組裝的萬用表進(jìn)行調(diào)試，通常是先檢測電阻檔，短接表筆分別觀察蜂鳴器和電阻檔的各量程，再依次檢測DCV、DCmA以及ACV各個功能檔。短接表筆檢測蜂鳴器檔應(yīng)有“響、亮、偏轉(zhuǎn)”，電阻檔其他量程也應(yīng)“偏轉(zhuǎn)”，但均無反應(yīng)，而短接表筆將功能轉(zhuǎn)換旋鈕轉(zhuǎn)到DCV1K檔時，卻出現(xiàn)“響、亮、偏轉(zhuǎn)”（在該檔此現(xiàn)象是不應(yīng)該發(fā)生的）。從印制電路圖可以發(fā)現(xiàn)這是把功能轉(zhuǎn)換旋鈕的指示旋鈕（圓片）裝反了。在印制電路板上，DCV1K檔與電阻擋中的蜂鳴器檔正好相差，因此該故障中檔位指示旋鈕指示DCV1K檔，而電刷實(shí)際連接的是電阻的蜂鳴器檔。消除故障的方法是拔掉功能轉(zhuǎn)換旋鈕上的檔位指示旋鈕并轉(zhuǎn)過，使檔位指示旋鈕的箭頭位置與下面的電刷旋鈕上的電刷槽位置正對，再將檔位指示旋鈕與電刷旋鈕套緊就可以。

功能轉(zhuǎn)換旋鈕由上、下兩旋鈕（圓片）組成，上片即檔位指示旋鈕帶有指示箭頭，下片是電刷旋鈕帶有電刷槽和安放彈簧、鋼珠的側(cè)孔，電刷就安裝在電刷槽里。上下兩個旋鈕是通過長方形套軸相套接的，只是軸體有一邊是一個較小的圓弧，以利于對準(zhǔn)上下兩個旋鈕，由于圓弧不明顯，極易將軸體套反。一旦裝反若盲目測試就很容易燒壞表頭。

1.3 電阻檔常見故障的檢修

電阻檔出現(xiàn)的故障非常多，故障的起因主要是錯裝、虛焊、假焊、接觸不良。電阻檔故障的分析不涉及電阻元件的裝配錯誤以及短路現(xiàn)象。由于電阻檔的故障現(xiàn)象太多，現(xiàn)就以電阻測量電路中易出現(xiàn)裝配錯誤的元件進(jìn)行歸類，找出故障原因并提出維修方案。

1.3.1 蜂鳴器檔的故障

該檔的調(diào)試是學(xué)生最關(guān)注的，因?yàn)樵摍n功能的成功實(shí)現(xiàn)，將出現(xiàn)“響、亮、偏轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，這是對他們工作的一個“看得見、聽得到”的肯定。正常情況是裝上電池，功能轉(zhuǎn)換旋鈕轉(zhuǎn)到蜂鳴器檔應(yīng)該是蜂鳴器響，發(fā)光二極管（LED）發(fā)光、表針偏轉(zhuǎn)。故障現(xiàn)象有：（1）響而不亮；（2）亮而不響；（3）不響不亮；（4）旋轉(zhuǎn)到×10Ω檔時發(fā)光二極管亮了（在該檔發(fā)光二極管不應(yīng)該亮）。以上故障是LED和蜂鳴器極性反裝的故障組合。下面要說的“正裝”是指元件按電路圖的極性正確裝配”，“反裝”是指與電路圖所示極性裝反了。第（1）種情況是LED裝反或斷路，第（2）種情況是蜂鳴器斷路或反裝，第（3）種情況除了蜂鳴器和LED都存在斷路或反裝外還存在電刷接觸不良的現(xiàn)象，在第（4）種情況中若是LED亮而蜂鳴器有微弱的響聲就是LED反裝而蜂鳴器正裝，若是LED亮而蜂鳴器不響，則是LED反裝，蜂鳴器反裝或虛焊。

1.3.2 指針不偏轉(zhuǎn)

電阻檔調(diào)試時指針不偏轉(zhuǎn)應(yīng)首先考慮電阻測量電路的公共通道是否存在斷路現(xiàn)象，其次是檢測表頭線圈是否斷線。由于所組裝的萬用表是新元件，表頭斷線的比例較小，因此重點(diǎn)要放在公共通道的檢測中。檢測的方法是：功能轉(zhuǎn)換旋鈕轉(zhuǎn)到電阻1K檔，該檔所在電路是電阻測量電路中最簡單的，用數(shù)字萬用表的20K檔去檢測被測表。從表頭開始，黑表筆接被測表表頭的負(fù)極，紅表筆分別依次觸碰表頭正極，二極管D1負(fù)極、R19兩端、電位器WH1的三個引腳以及R14的兩端，表針都應(yīng)該偏轉(zhuǎn)，哪一處不偏轉(zhuǎn)哪一處就存在斷路或虛、假焊。以上故障處理方法是重新連接或重焊。需要說明的是數(shù)字萬用表用小于20K的量程去檢測，表筆間的電壓過高，會使被檢測表的表針快速超過滿偏從而容易打壞表針，而大于20K量程表筆間的電壓較低，被檢表表針偏轉(zhuǎn)角度很小，在反面檢測時不易觀察。

需要強(qiáng)調(diào)的是在電位器WH1處的故障率最高。其原因是WH1既是電阻各檔的公共通道又起調(diào)零的作用。為便于在表殼外進(jìn)行調(diào)零操作，必需將WH1安裝在印制電路板的焊接面上，對應(yīng)該元件的焊盤幾乎被WH1的引腳所侵占，極易造成虛焊，同時WH1“身體”是懸空的，不能固定，在調(diào)零時要施加壓力，會造成焊點(diǎn)斷裂或焊盤脫落從而引起斷路。因此要求裝配者有較強(qiáng)的焊接技術(shù)。為減少故障，可以輔助以下措施：刮掉WH1所在焊盤周圍的阻焊層，擴(kuò)大焊接面積，同時采取搭橋等辦法，以提高焊接的可靠性。調(diào)零電位器的故障還會影響到其他的測量功能。

1.3.3 電阻某一檔位進(jìn)行調(diào)零后，其他檔位“無需調(diào)零”

正常情況是電阻擋每換一次檔位就必須調(diào)零，而該故障是當(dāng)電阻的某一檔位進(jìn)行調(diào)零后，短接表筆再更換到其它量程時，表針就已經(jīng)指到零位置，且用除1K擋外的其它檔測量任何阻值的電阻其測量值都為零值。此現(xiàn)象表明電阻擋的公共通道沒有問題，主要是電刷與電刷觸點(diǎn)的接觸不良。

1.3.4 任一電阻檔調(diào)零，指針都快速超過滿偏，調(diào)零旋鈕不起作用

該故障主要是與表頭并聯(lián)支路中的電阻R20兩端出現(xiàn)斷路。R20所在支路對表頭起分流作用，它若斷開，進(jìn)行電阻的檢測時，電池電壓（3V）就直接加在電位器WH1、R19、表頭及其附加電阻形成的串聯(lián)電路上，雖然調(diào)節(jié)電位器WH1，但流過表頭的電流始終大于表頭量程（90μA左右），所以調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕無濟(jì)于事。檢修方法是檢查R20與調(diào)零電位器的連接情況，若斷路就重焊。

1.3.5 測電阻時需按壓功能轉(zhuǎn)換旋鈕或撥動調(diào)零旋鈕才能進(jìn)行

這是電刷接觸不良或電位器存在虛焊。在電壓、電流等檢測中也有類似故障。

1.4 直流電壓電流測量電路的常見故障檢修

1.4.1 直流檔測量都是表針反偏，測電阻要想指針正偏必須將電池極性反過來

（文中表針正偏是指表針向右偏轉(zhuǎn)，屬于正常情況，表針反偏是指表針向左偏轉(zhuǎn)，是不應(yīng)該發(fā)生的現(xiàn)象。此描述適合全文。）這種故障是表頭反裝所致。只需將表頭按電路圖要求的極性焊接即可消除故障。

1.4.2 測直流電壓、直流電流的指示值都偏大

這種故障首先應(yīng)檢查與表頭并聯(lián)的支路有無斷路現(xiàn)象。此并聯(lián)支路若斷開，勢必使表頭流過的電流增大而使表針指向較大值。同時應(yīng)該考慮與表頭串聯(lián)的電位器WH2是否按要求調(diào)試焊接和封裝的。

1.4.3 使用DCmA檔測量后，表頭燒壞或保險管燒斷

這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是錯誤操作所致。測直流電流時萬用表應(yīng)該與被測電路串聯(lián)且電流應(yīng)從正接線柱流入從負(fù)接線柱流出，若與被測電路并聯(lián)就極易燒保險管或表頭線圈。只要在測量過程中按操作規(guī)程認(rèn)真細(xì)致地檢測，此故障是可以避免的。同時還需注意：在轉(zhuǎn)動功能轉(zhuǎn)換旋鈕改變測量功能或量程時，表筆要脫離被測電路，以防止功能轉(zhuǎn)換旋鈕路經(jīng)電流檔而造成并聯(lián)測量。此故障處理是更換表頭或保險管。

如果是先燒表頭，應(yīng)先考慮電刷的接觸不良。若電刷與分流電阻的觸點(diǎn)沒有接觸，則干路電流的絕大部分將流過表頭燒斷偏轉(zhuǎn)線圈。這點(diǎn)也反映出電刷及印制電路板工藝制作的不完善。

1.5 直流檢測正常，測交流電壓異常

電阻檔、DCV檔、CDMV檔等測量正常，而測交流電壓常出現(xiàn)以下故障之一：

（1）表針不偏；（2）表針反偏；（3）表針正偏，但指示值比實(shí)際值小很多。

此類故障發(fā)生的根源在整流電路上，本萬用表設(shè)計(jì)的是半波整流電路，為方便說明，把二極管D1、D2按電路圖所示極性裝配稱為“正裝”，極性裝反了稱為“反裝”。

第（1）種故障是二極管D1存在斷路（主要是虛焊或假焊所致）使整流電路斷開，無電流流過表頭。須重新焊接。第（2）種故障是測量時指針反偏，且測量同一交流電壓時量程越小反偏越明顯。故障根源是二極管D1反裝。第（3）種故障的根源是二極管D2反裝。此時反裝的二極管D2在交流電被整流的半個周期內(nèi)也導(dǎo)通，并與表頭及其分流保護(hù)電路并聯(lián)，使流過表頭的電流大為減小致使表針偏轉(zhuǎn)角度減小很多。找到了原因，當(dāng)然是“對癥下藥”地進(jìn)行維修處理。

1.6 改造電刷結(jié)構(gòu)，消除接觸不良

本萬用表組裝過程中，與故障關(guān)聯(lián)最大的是電刷與電刷軌道和電刷觸點(diǎn)的接觸不良（以下就統(tǒng)稱為“接觸不良”）。電刷是一個俯視為圖2a所示的“曰”字形、正視為“V”字形的三刀銅片，“V”字形的定點(diǎn)是刀的轉(zhuǎn)折部分，它與電刷軌道和電刷觸點(diǎn)相接觸就將功能測量電路連接起來了。電刷裝在電刷槽里，因電刷槽里的兩條突起的塑料埂子（作用是固定電刷）偏長，導(dǎo)致電刷被拉伸性地卡住，收縮不到自然狀態(tài)而使電刷的高度（“V”字的高度）減小，故障現(xiàn)象表現(xiàn)在測量時需按壓功能轉(zhuǎn)換旋鈕才能觀察到“表針擺動、亮、響”等檢測現(xiàn)象。然而，縮短電刷槽里塑料埂子的長度，接觸不良的故障仍然不能消除，因?yàn)樵撾娝⒌娜齻€定點(diǎn)在同一高度，按壓其中一個定點(diǎn)使其高度降低時，其他的定點(diǎn)也一同降低，三刀的伸縮相互牽制，互為影響。當(dāng)電刷軌道和電刷觸點(diǎn)不是嚴(yán)格地在同一平面上時極易造成接觸不良。要消除接觸不良故障，必須改造電刷結(jié)構(gòu)。

圖2 電刷改造前后結(jié)構(gòu)俯視圖

方法是把圖2電刷改造前后結(jié)構(gòu)俯視圖中圖2a所示的“曰”字形電刷結(jié)構(gòu)按圖2b中的四條虛線剪開使之變成圖2c所示的“E”字形。改造后的電刷彈性增強(qiáng)，三個刀伸縮自如，各自獨(dú)立，卡在電刷槽里的高度也增加了。這樣就有效地消除了接觸不良故障。

2 結(jié)束語

組裝萬用表的過程中，有時存在一個萬用表出現(xiàn)多種故障現(xiàn)象，有時通過檢修消除了某一個故障，其他故障現(xiàn)象也同時消失。鑒于此本文提出該萬用表的檢修順序：先檢修電阻檔，再檢修直流電壓、直流電流檔，最后檢修交流檔；而且在檢修同類功能測量電路時總是最先檢修本類測量電路中最簡單的一個（對應(yīng)于某一個量程），然后再檢測其他量程對應(yīng)的電路。

學(xué)生手工組裝萬用表有別于企業(yè)的規(guī)范化生產(chǎn)，不僅故障率高而且故障現(xiàn)象簡直是“千奇百怪”，本文所涉及的故障現(xiàn)象只是常見的。教學(xué)中要結(jié)合故障的檢修，教給學(xué)生分析問題和解決問題的方法，提高應(yīng)用技能，培養(yǎng)克服困難，勇于探索的精神。