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数字万用表的常见故障分析与维修(转摘) [复制链接]

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离线瑞福康
 

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数字万用表的工作原理及特点:
双积分A/D转换器是数字万用表的“心脏”,通过它实现模拟量—数字量的转换。外围电路主要包括功能转换器、功能及量程选择开关、LCD或LED显示器,此外还有蜂鸣器振荡电路、驱动电路、检测线路通断电路、低电压指示电路、小数点及标志符(极性符号等)驱动电路。
数字万用表的基本构成
A/D转换器是数字万用表的核心,采用单片大规模集成电路ICL7106。7106采用内部异或门输出,可驱动LCD显示器,耗电极省。它的主要特点是:单电源供电,且电压范围较宽,使用9V叠层电池,以实现仪表的小型化,输入阻抗高,利用内部的模拟开关实现自动调零与极性转换。缺点是A/D转换速度较慢,但能满足常规电测量的需要。

下面是常见故障分析,及处理方法:
(1)查数字万用表的故障,首先应检查和判断故障现象是带共性的(例如所有档都不能测量),还是带个性的(例如仅电流档不能测量),对所有档均不能工作甚至无液晶显      示,应重点检查电源电路和A/D转换器;若个别档有问题,说明电源和A/D转换器工作正常,应参照单元电路去寻找故障。
(2)数字万用表的最小直流电压档(即直流200mV档)是三位半数字万用表的基本档,其余档大都在此基础上扩展而成,因此检修仪表时应先检查该档工作是否正常。

(3)直流电压基本档不回零。一般是由于分压电阻附近较脏,应擦洗电阻周围使之回零,然后由直流电压源输入1V电压进行校准,校准时调直流电位器。

(4)基准电压不正常,仪表打到哪档始终显示“1”,检查集成块ICL7106的第35、36管脚之间有无100mV的基准电压,再检查开关VR1电位器是否良好、分压电阻R12(4Ω)和      R13(150Ω)是否准确。
(5)各档显示数字乱跳无法使用。此故障多数是因为测大容量电容时没有放电,也有的是测量时打错档位,导致双时基集成块ICM7556和ICL7106损坏。检查时首先在电池两端测电流,若大于10mA,则说明7556损坏;取下此片,再测,电流还很大,则7106损坏;取下此片,再测,电流小于2.5mA,则说明其它基本正常。若稍大一点,则说明      某些电容有些漏电。对损坏的元件及时更换后,先检查200mV档是否正常,再进行其它功能的测试。

(6)蜂鸣器不响。如指示灯亮,则可能是CD4011与非门集成块损坏;如灯不亮,则可能是双运放电路集成块TL062损坏,它的一半管脚管交流电流,一半管蜂鸣器,打到蜂鸣器档,响则说明管      蜂鸣器的那一半充好;打到交流2V档,用改锥碰输入端,显示“1”,则说明管交流的那一半充好。

(7)开机显示“1888”,是CD4070四异或门集成块或CD4077CMOS四异或非门集成块损坏;表的小数点始终亮,除4070或4077集成块有故障外,还可能是1MΩ电阻开路所致。

  数字万用表要定期清洗,否则易短路导致表不正常工作。




小型数字万用表九大故障检修心得 故障一:交流各档显示不回零
现象:交流电流、电压各档,在无电压输入的情况下显示均不为零。
原因一:打开表壳仔细观察后发现,该表因长期使用,开关触片间被严重污染,凡开关触片经过的地方均有被铜粉末污染的黑色轨迹。这些污染则构成了一定量的容量不规则的伏打电池,其电压对测量机构产生作用,因此各档显示不能回零。
解决方法:用棕毛刷蘸取航空汽油,清洗开关触片,再用清水洗净污染,晾干后交流各档显示回零,故障排除。
原因二:在交流电压测量电路中有一只交流放大器,其输出端与输入端有一只反馈电容相连。反馈电容开路,高频信号将跟随被测信号直接进入测量机构,在无输入的情况下,外电场的干扰信号也会直接被放大,表现出不能回零的现象。 解决方法:更换交流放大器的反馈电容,故障即消除。
故障二:20MΩ电阻档不能回零,而且测量失效。
现象:在200Ω、2kΩ、20kΩ等低阻档测量正常,但打至20MΩ电阻档,无论被测电阻的大小,总显示出较稳定的固定值,根本无法正确显示被测电阻的阻值。 原因:开箱检查后发现,电池漏液较严重,已蔓延至电路板上,结果形成新的通路,使部分本无联系的电路彼此相通,估计漏液的等效电阻为9MΩ。在低电阻档测量时,因漏液的电阻R漏远大于从200Ω→2kΩ→20kΩ的量程范围,R漏上分走的电流很小,漏液电阻的分流影响可以近似忽略,测量结果所受影响不大。随着量程范围的增大,R漏的影响开始增大,到达20MΩ档时,就出现了无论是否有被测电阻,都有稳定9MΩ的显示值。
解决方法:用干布擦除所有电池漏液,更换新电池,再开机检查,故障完全消失。 故障三:LCD显示不完整。
现象:LCD显示的数字笔画不完整,用力按压机壳故障消失,稍一松手,故障再现。 原因:机壳内显示芯片引脚、引电橡胶及LCD显示屏字划电极间接触不良所致。 解决方法:取一片透明的塑料薄膜,剪成与LCD显示屏同大小的一块垫在机壳显示窗与LCD显示屏之间,再上紧后盖板螺丝,迫使内部组件紧密接触,结果LCD显示恢复正常。

故障四:LCD显示的小数点错位。
现象:电压、电流、电阻各档小数点显示位与应显示位不一致。
原因:开箱检查发现,开关盘定位爪断损,动触片着力不匀而变形,变形后的动触片在该接通的位置没有接通,却在不该接通的相邻位置接通了,导致了小数点错位。 解决方法:更换变形的动触片后,故障完全消除。

故障五:直流电压档测量结果前后不一致。
现象:对一稳定的100V直流电压进行测量,开始显示为105.1V,2分钟后变为溢出显示。
原因:经检定是该万用表所用电池电量不足所致。当电池欠电压时,该万用表模数变换器中的标准电压不断发生偏离,于是示值误差将随着电池性能的不断下降而增大,时间越长,示值误差越明显。
解决方法:更换万用表电池即可。

故障六:交流电压高压档总是溢出显示。
现象:交流电压750V档测量50V交流电压时,居然溢出显示。
原因:开箱检查后发现,与输入通道相连的定触片间有电弧烧伤的痕迹。该处胶木板因被烧伤炭化而被击破,使本应该经分压器分压的外界被测电压直接传到了放大器。


三位半数字万用表的故障检修

数字万用表损坏的原因大多为使用者操作不当。仪表损坏的主要器件有:①A/D转换器ICL7106或ICL7136损坏。②运算放大器TL062损坏。③双时基电路ICM7556损坏。④四与非门CD4011损坏。⑤电阻档过压保护电路的三极管Q1(C9014)及保护电阻PO1(1.5kΩ)损坏。⑥电容C9(35V、0.33μF)漏电,导致基准电压变化,引起测量误差。下面具体介绍检修方法。
1.检修电源故障流程


数字表检修工作一般先从电源开始,开关接通后,如无液晶显示,应首先检查9V电池是否无电或电池电压太低。如果电池电压正常,就应检查A/D转换器ICL7106的V+(脚1)与V-(脚26)之间有无9V电压。只有当ICL7106电源电压工作在正常状态下,才能向下寻找故障原因。寻找故障应按照先查重点集成,比如A/D转换器ICL7106基准工作电压是否工作正常,显示器能否正常显示。如图所示为数字万用表电源故障检修流程图。

2.检修故障实例
(1)基准电压不准或不稳定:一数字万用表显示正常,但在检定时,发现测量值明显偏低。测其基准电压只有75mV左右,通过仔细检查,发现基准分压电器R12、R13、W1附近有油污,导致印刷板漏电,绝缘下降,致使R12减小。用无水酒精清洗并烘干后,故障排除。
(2)一数字表无论打到哪档均显示“-1”,用户反映无法使用。测其工作电流达5mA,而仪表正常工作时为1.2mA左右。其基准电压也不对。更换ICL7106后,故障依旧。从数字表原理分析,ICM7556双时基电路极易过载而损坏。去掉ICM7556后,工作电流下降到1.2mA左右。其基准电压VREF(36脚)与COM之间电压为100mV,正常。除电容档外,其余各档恢复正常。从故障分析看,使用者在测电容时,在电容器上的电荷没有泄放完,便对电容进行测量,导致ICM7556损坏。使得流过ICM7556的电流过大,引起COM电位抬高,从而降低了基准电压。
(3)一数字表显示正常,但在检定时发现误差较大,测量基准电压明显偏低,而且不稳定。刚接通电源时,测其工作电压为100mV,但过一会儿,电压会下降。由此现象分析,说明电路某一部分出现软击穿。首先按下ICM7556后,故障依旧。再更换ICL7106,工作电流仍偏大,基准电压不正常。再查找各点对公共地的电压,发现各点对地电压都有不同程度的变化。而此时9V电池电压是稳定的。但发现其正、负极对地电压有变化,由此可知,这种现象发生在共用电源的器件上。由于CD4011只在蜂鸣器档工作。故重点查TL062双运算放大器。断开其正负极电源,再测仪表工作电流为1.2mA,基准工作电压为100mV左右,且稳定不变。说明TL062内部有软击穿,更换该片后,故障排除。
(4)一用户由于误操作,在电阻档测电压,导致用电阻档测电阻无反应。从测量电阻的电路查得保险阻PO1(1.5kΩ)损坏,造成了电阻档测电阻无反应。更换电阻后,故障排除。产生故障的主要原因是电阻档误测电压时,三极管Q1(C9014)反向击穿,使通过PO1电阻的电流迅速增大而烧坏PO1电阻。如果PO1电阻未坏,而Q1(C9014)反向击穿短路,会造成电阻档开路时不显进“1”。同时应注意与Q1并联的电容有时也会同时被击穿短路。此类故障在DT890、DT9101、DT9108、DT9107等类型数字表上也经常出现。
(5)一数字表原来均不能测量,更换A/D转换器ICL7136后(原来此表用的为ICL7106),电流、电压、电容档均正常。但电阻档不能测量。开路时,数字有跳变现象,无法稳定。按原理分析ICL7106与ICL7136可以互换,但在实际应用上还是有差异。从ICL7136与ICL7106典型电路分析,适当增加I-CL7136上的积分电阻、降低积分电容,有助于改善电阻档的稳定性,通过试验将积分电阻由原来的56kΩ增大到330kΩ左右,电阻档工作正常,测量结果准确。同时不影响其它档的使用。此现象在DT890、DT9101、DT9102、DT9107、YDM-301等类型数字表将ICL7106更换。
数字万用表修理技巧:
对一块故障仪表首先应检查和判别故障现象是共性(所有功能都不能测量),还是个性(个别功能或个别量程),然后区别情况,对症解决。
1.若所有档均不能工作,应重点检查电源电路和A/D转换器电路。检查电源部分时,可取下叠层电池,按下电源开关,用正表笔接被测表电源负,负表笔接电源正(对数字万用表而言),开关打到二级管测量档,若显示的是二级管正向电压,则说明电源部分是好的,若偏差大,则说明电源部分有问题。若出现开路,重点检查电源开关和电池引线等。若出现短路,则需要采用断路法,逐步断开使用电源的元件,重点检查运算放大器、定时器及A/D转换器等。若出现短路,一般都不止损坏一块集成元件。检查A/D转换器可以和基本表同时进行,相当于模拟式万用表的直流表头,具体检查方法:
(1)被测表的量程转到直流电压最低档;
(2)测量A/D转换器工作电压是否正常。根据表内所用A/D转换器型号,对应V+脚和COM脚,测量值与它的典型值相比较是否相符。
(3)测A/D转换器的基准电压,目前常用的数字万用表的基准电压一般都是100mV或1V,即测量VREF+与COM之间的直流电压,若偏离100mV或1V,可通过外接电位器进行调节。
(4)检查输入为零的显示数,把A/D转换器的正端IN+与负端IN-短接,使输入电压Vin=0,仪表显示“00.0"或“00.00"。
(5)检查显示器的全亮笔划。把测试端TEST脚与正电源端V+短接,使逻辑地变成高电位,全部数字电路停止工作。因每个笔划上都加有直流电压,所以全部笔划亮对位表显示“1888",对位表显示“18888"。若存在缺笔划现象,检查A/D转换器对应输出脚与导电胶(或联线),与显示器之间是否有接触不良和断线情况。
2.若个别档有问题,说明A/D转换器和电源部分都工作正常。因直流电压、电阻档共用一套分压电阻;交直流电流共用分流器;交流电压与交流电流共用一套AC/DC转换器;其它如Cx、HFE、F等都由独立的不同转换器组成。了解它们之间的关系,再根据电源图,就很容易找到故障部位。若测量小信号不准确或显示数字跳动大,则重点检查量程开关的接触是否良好。
3.若出现测量数据不稳,且数值总是累计增大,短接A/D转换器的输入端,显示数据不为零的情况,则一般是0.1μF的基准电容性能不良所引起的。
根据以上分析,数字万用表的修理基本顺序应是:数字表头部→直流电压→直流电流→交流电压→交流电流→电阻档(包括蜂鸣器和检查二级管正压降)→Cx→HFE、F、H、T等。但也不可过分机械,有些明显能看出的问题,可以先处理。但在进行调校时,则一定要按照上述程序。
总之,一块故障万用表,经过适当的检测,首先要分析故障可能出现的部位,然后根据线路图找到故障位置进行更换和修复。因数字万用表是较精密的仪表,更换元件一定要用参数相同的元件,特别是更换A/D转换器,一定要采用生产厂家经严格筛选的集成块,否则将出现误差而达不到所需准确度。新换的A/D转换器,也需要按前面所述的方法进行检查,切不可因新而置信不疑。
目前,国内生产数字万用表的厂家甚多,质量也有优劣,对双面复铜板的质量问题,在修理中是不易发现的。树脂板的绝缘强度不够时,主要表现在测量高电压时误差较大,修理时要与分压电阻的阻值变化区别开来。遇到这种情况,最好是采用断路法,寻找故障点。对烧坏碳化的部分要清除干净,达到绝缘要求。遇到由双面连线因过渡孔断裂而引起不能输入信号时,容易与转换开关不良的现象混淆而难以分开,这类故障宜采用短路法寻找故障点。


图示:













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离线瑞福康

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只看该作者 1楼 发表于: 2016-03-22
常用的万用表基本都是用7106为核心做的,例如830,9205,9208等等这些表.
很多厂家在设计电路时会考虑对7106做适当的保护措施,例如在图中的IN+与地之间接一个三极管,将电压限制在1V以内.如果出现误操作导致高压进入,这个三极管被击穿短路,使得7106不会损坏.如果发现万用表在电压档一直显示0V的话,就检查这部分电路.芯片损坏的几率还是比较小的,大部分都是外围元件坏了.
7106是个典型的3位半AD转换器,基本原理如下:




7106的基本量程是200mV,所以相应的测量范围就是2V,20V,200V......(很多表交流电压上限是750V,是因为元器件耐压的问题,而且通常也不需要太大的量程).
直流电压测量原理

前面几个是分压电阻,分别对应个量程.如果表坏了根据这个图可以很快的判断出故障部位.这种表的刀盘很复杂,拆的时候一定要注意刀盘弹簧片的位置,查找走线方向时一定要仔细.




交流电压测量:前端电路与支流电压完全相同,只是多了个整流电路.与普通指针表二极管整流不同,数字表都用运放整流,精度会高很多.
如果你的表在直流电压和电流档都正常,就是在交流电压和交流电流档有问题的话,不用怀疑,肯定是这部分出了问题.这里的整流一般都用TL062和2个1N4148,在电路板上很好找.

新加一张实际图,图中的TL062就是整流用的(不同的表所在的位置可能会不一样).这部分损坏的话交流就会出问题.





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只看该作者 2楼 发表于: 2016-03-22
直流电流和交流电流档.
电路都相同,前面的电阻是电流采样电阻,区别也仅限于交流多了整流电路.
电流档一般也就是误测电压烧掉保险(通常是500mA),再厉害点的有可能把采样电阻烧坏,有些表有图中的2个保护二极管,也有可能击穿短路.






通常最容易出现的是在电阻档测量电压损坏.
稍微负责任一点的厂家都会加上图中的PTC,这对在电阻档测量电压这种非正常情况的保护作用是非常显著的.看图可知,如果在电阻档测电压,会通过PTC和9013(就是前面所说的保护三极管)构成一个回路,此时电流很大,PTC的阻值会随温度上升而迅速增加,使表不至于烧坏.至于7106,因为前面还有一个比较大的电阻(最小也不会低与100K),而且被9013将电压钳位,一般不会损坏.当然,如果你的表没有这些保护措施那就例外了.
测量电阻时:图中的几个电阻是被当作基准电阻的,Vref是个2.8V的基准电压,测量时,被测电阻与相应档位的基准电阻相互串联,根据分压定律,通过被测电阻两端的电压即可算出阻值.如果出现某个档不准或者有故障的话检查相应的电阻.


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只看该作者 3楼 发表于: 2016-03-22
总结比较常见的问题:
电阻档全显示0: 图中的T1(9013)短路
电阻档全显示OL或者1: R2或者前端某处断开(包括刀盘接触不良)
电压档全显示0: 同电阻档全显示0
电压档全显示OL或者1: 电压档原理图中最下面那个分压电阻断
电流档全显示0: 保险断或者保护二极管击穿

最常见的烧表大概就是电阻档了.其实很多都不是芯片挂了,而是保护用的三极管被击穿.
电阻档与其他量程如果都不正常就检查PTC和类似的三极管
如果电压档都正常,那分压电阻肯定是好的,是公用的,不同之处在于电阻档会多出PTC(有些表上没有)
PTC检查方法:常温测电阻应该和标称值一样,通常是1K左右.再加热,电阻会迅速增大

记:开机全显示一般都是芯片坏得多。

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只看该作者 4楼 发表于: 2016-03-22
低档表只能靠电位器校准基本量程,也就是200mV,其他2V,20V,200V等量程是靠分压电阻的精度来保证;
高端表是软件校准可以每个量程都校准,甚至每个量程的高低量程都校准,这样能保证线性,精度会高很多;
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只看该作者 5楼 发表于: 2016-03-22
万用表的IC都有个虚地,AD的供电要双电源才能保证正负信号都能测量。
好一些的表,都有个比较复杂的可变增益放大器。不管输入信号是多大,都要经过放大或者衰减将信号控制在AD的测量范围内。
例:日本的一个绝缘表,可变增益放大器一共有8个反馈电阻,组合起来的放大衰减倍数有很多种,全是单片机控制 的。
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只看该作者 6楼 发表于: 2016-03-22
7106的20脚到液晶屏电路图:
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只看该作者 7楼 发表于: 2016-03-23
万用表维修记号
幸福就像一只蝴蝶..当你刻意去追求它的时候,它就不会让你轻易的得到它..当你静静的坐下来等待的时候,它却不经意的落在你的肩上.
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只看该作者 8楼 发表于: 2016-03-23
例1:DT830型数字万用表耗电 大的故障检修 故障现象:该表显示“电池电压低”符号,更换新电池后使用几天又会显示“电池电压低”符号 检修方法:首先测量整机工作电流为40多mA,远远超过正常值(3~5mA),说明电路有短路故障。更换新的A/D转换器(JCL7106),再测量整机工作电流仍然很大,说明A/D转换器正常。然后,将ICL7106的①脚(V+)对电路板脱离,再测量整机工作电流,如正常,说明故障出现在ICL7106的①脚对应的外围电路。经过测量外围元件,发现ICL7106①脚与32脚之间的电阻很小,进一步发现ICL7106的①脚外围的滤波电容C13(2.2uF/16V)已经变质短路。 更换C13后,故障排除。 例2:DT830B型数字万用表电阻档的故障检修 故障现象:该表在表笔悬空状态时,当量程开关拨至200Ω档时显示“54.2Ω”,拨到2kΩ档时显示“0.54kΩ”
,拨至20kΩ
档时显示“ 0.05kΩ”,拨至2MΩ或20MΩ档时 显示“000”。正常状态下,应该显示 “1” (表示电阻为∞)。检修方法:首先检查仪表电路板上的一支三极管(注意:该三极管已经当作二极管使用),经过测量发现已经变质为电阻。一般情况下,更换该三极管后,故障就会排除。 例3:DT890B型数字万用表所有档位均显示“1”即超量程状态的故障检修 故障现象:所有档位均显示“1”即超量程状态。 检修方法:首先测量整机电流大于10mA,说明电路有短路故障。这种情况下,不要轻易判断A/D转换器(JCL7106)损坏,应该仔细测量相关电压,测量后发现“COM”端子与电池负端子之间无电压(正常值为“-5V” ),说明故障点在电池负端子的供电线路上。采用切断电池的负端子的供电线路法,寻找故障点,重点检查电容测量电路的运算放大器(LM358)的电源负端子脚④的外围元件及其运放本身,当切断LM358的④脚时,仪表显示正常。 到此,说明LM358损坏,更换故障排除。
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只看该作者 9楼 发表于: 2016-03-23
当数字万用表出现量值不准或量示值跳变这两种常见故障时,可按下列程序来排除故障:         1.测9V电池是否失效。        2·替换7136(或7106),以判断其是否损坏。如无此备件,可将数字万用表拨至直流200mv挡,检查以下项目:(1)短接7136的31和30脚,应显示“000'‟;(2)短接37和①脚,应显示“1888'‟;(3)短接31和26脚,应显示负溢出“-1”;(4)短接31和36脚,应显示在“100'‟左右。        3·判定故障是共性还是个性。如果某挡有问题,可参照有关电路图,在相应的电路中很容易查出故障元件;如是某几挡或所有挡都有故障,可将数字万用表拨至直流200mV挡,参照以下程序检修;(1)查基准电源Vref+的校调电路元件是否正常;(2)测35脚Vref-是否与模拟地COM相接(通过一个100k电阻)。除电阻挡外,35脚须与模拟地相接,使得VREF+对coM有+100mv的基准电压。35脚不接地,会引起读数不准或跳突的现象;(3)判断TL062和ICM7556等集成块是否损坏,虽然电阻挡、直流挡等未接入上述集成块,但当它们损坏时,将引起基准电压下降,造成所有挡读数不准和跳变。在原电路中用剪刀将集成块的电源脚、地脚及输出脚剪开,如直流200mv挡恢复正常,说明该集成块损坏。更换集成块也可采用此法。        双运放电路TL062中用5G353、CC4062、ICL7621等互换;双时基集成块ICM7556可用CC7556,NE7556等互换 。