Доработка и калибровка мультиметра Mastech MS8217

В этой статье пойдет речь о доработке и калибровке мультиметров Mastech MS8217. Модель уже весьма старенькая, к покупке в качестве основного прибора рекомендовать очень сложно, благо есть намного более интересные "китайцы" и UT61E (владельцем которых являюсь и я). Но принципы доработки, которые будут рассмотрены, будут полезны для работы и с современными приборами, не имеющими программной калибровки. 

Вначале немного фото внутренностей:

Достаточно крупный аппарат, размеры 185х87х53мм, вес 220гр. В руке лежит удобно, на столе стоит устойчиво, обзорность дисплея хорошая, цифры огромные. Вот сравнение размеров с Fluke15B+ , Mastech MS8221C, Uni-T UT61E и Ц4317М:

Далее снимаем крышку батарейного отсека:

Здесь стоят 3 батарейки типа AAA и два предохранителя - на 10А/600В диаметром 6,3мм и длиной 32мм, на 500мА/600В диаметром 5мм и длиной 20мм. Тот же Fluke 15B+ предохранители "спрятал" во внутрь корпуса и чтобы их заменить, надо разбирать прибор. Здесь это не требуется.

Разбираем дальше.

Монтаж достаточно аккуратный, отсутствуют непропаяные элементы, криво установленные детали, переключатель видов измерений смазан. Единственно замечена плохая отмывка от флюса платы в нижней части, возле приборных клемм. Сами клеммы выполнены весьма качественно, припаяны напрямую на плату, отсутствуют разрезы, в результате чего щупы вставляются плотно и ничего не болтается. Напротив Uni-T UT61E ,несмотря на свой более высокий класс, имеет болтанку в клеммах, пришлось сразу разбирать и поджимать, но по хорошему, надо искать трубку с внутренним диаметром 4мм и делать нормальные клеммы. 

В общем, ощущение добротно сделанного прибора.

Все элементы смонтированы на лицевой стороне платы, на обратной располагаются только предохранители и пружина, контактирующая с экраном, приклеенным к нижней части прибора.

Далее, обращаем внимание на область основного чипа:

Здесь установлен чип FS9721LP1. Такой же, только FS9721LP3 установлен в Uni-T UT61A, отличие в присутствии режима передачи данных. Хотя может и здесь стоять версия LP3, только не реализован весь функционал. Левый верхний подстроечный резистор служит для установки опорного напряжения, нижний - для калибровки по переменному напряжению. Подстроечный резистор внизу чипа служит для калибровки режима измерения емкости. Четыре резистора справа от подстроечника емкости - делители для переключения диапазонов измерения напряжения. 

Возле приборных клемм расположен блок усиления сигнала термопары на Lin-CMOS прецизионном двухканальном операционном усилителе tlc27l2  предусмотрена компенсация температуры холодного спая. Подстроечный резистор рядом с микросхемой служит для выставления нуля. 

С внутренностями разобрались, займемся основным, измерениями.

Для начала обратим внимание на таблицу погрешностей этого прибора по постоянному напряжению, взятую из паспорта:

В общем-то все довольно стандартно на данный момент для приборов такого класса. Но что мы имеем по факту? Смотрим:

Напряжение подавалось с самодельного ИОН-а на базе чипа REF102BP, контроль осуществлялся Keithley2000:

Имеем вот что: 

Напряжение 1В измерено как 1,011В (допустимо 1,008В), 5В - как 5,04В (допустимо 5,03В) и 10В - как 10,09В (допустимо 10,08В).

Очевидно завышение погрешности на  диапазонах измерения 4В и 40В, а эти диапазоны у меня самые рабочие. 

Что будем делать? Первым шагом будет корректировка диапазона измерения 4В. Самым простым способом будет подстройка опорного напряжения.

Обратим внимание на схему:

Слева участок исходной схемы. С 90-го пина чипа приходит напряжение внутреннего ИОН-а, на 89-й пин уходит необходимое для точной работы АЦП. Подстроечником VR1, как видно на фото выше, практически невозможно точно выставить нужное напряжение. Малейший поворот и всё, уплыли.... Да и ТКС у них просто никакой, от слова СОВСЕМ, до 250ppm/°C. Хуже только МЛТ с их 600ppm/°C. Поэтому было принято решение о замене подстроечника на комбинацию подстроечника и постоянных резисторов. Постоянные резисторы применены типа С2-29В. У меня в наличии резисторы с ТКС группы А, это +/-25ppm/C при температурах выше 20°С. Подстроечный резистор типа С5-1В1А, ТКС в том же температурном диапазоне не более +/-50ppm/°C. 

Как выбираются номиналы? Изначально родным подстроечником максимально точно выставляется опорное, затем он выпаивается, измеряется его сопротивление. У меня получилось 6,15кОм. Основной постоянник выбран номиналом, близким к максимальному сопротивления родного подстроечника, а затем подобрана параллельная цепочка. Перестройка подстроечника не должна приводить к изменению общего сопротивления  больше чем на 5% от опорного. На чем основано это требование? Подстроечники СП5-ХХ являются проволочными многооборотниками. Из-за их "проволочности" изменение сопротивления имеет дискретный характер. При большом проценте влияния на общее сопротивление процесс подстройки опорного напряжения будет происходить так же скачкообразно. При соблюдении условия 5% на изменение показаний на 1ед.мл.р приходилось 3 полных оборота, что дает высокую точность подстройки. Так же меньшее в разы сопротивление подстроечника относительно постоянных резисторов приводит к уменьшению влияния его ТКС на общий ТКС цепи.

R3  номиналом 5к1 установлен в первом приборе. Во втором пришлось поставить больший номинал, 8к06. Вывод - напряжение внутричипового опорника гуляет в определенных пределах у разных чипов. Ну, эталон ИОН-ов, LTZ1000 тоже имеет заводской разброс в полвольта при типовых 7,15В. Так что все нормально.

Выбрали резисторы? Припаяли? Теперь устанавливаем на приборе вручную диапазон измерения 4В и подаем ему 4В с ИОН-а. Крутим подстроечник до тех пор, пока не видим число 4.000. Запоминаем этот момент, крутим подстроечник до появления 4,001 или 3,999 и считаем обороты. Затем возвращаемся назад на половину подсчитанных оборотов. Результат?

Следующий этап, настройка диапазона 40В. Обратим внимание на участок схемы прибора, отвечающий за коэффициент деления входного напряжения:

Резисторы R22 -26 отвечают за коэффициент деления. R25 относится к диапазону 4В, а нас интересует R24. Что с ним будем делать? Уменьшать или увеличивать? Устанавливаем диапазон измерения 40В и подаем 4В. У меня были показания 3,96В. Это значит, что для корректных показаний R24 надо увеличить приблизительно на 1% или 1кОм. Так как подстроечников на 2,2кОм у меня много, то берем его и в параллель постоянник тот же С2-29В ( у меня 2,43кОм).

Припаяли? Процедура настройки идентична диапазону 4В. Затем проверяем на точках 1 - 10В через 1В. Правильно бы пройтись и до 40В, но нет оборудования. Результат:

Теперь прибором можно пользоваться.

А что же получилось в итоге визуально? Как же поместилась эта куча резисторов в приборе?

Следует учесть, что изменение опорного напряжения влияет на все диапазоны измерения, поэтому диапазоны 400В и 1000В наверняка тоже поплыли. Наиболее правильным способом калибровки будет сначала оценка погрешностей на всех 4-х диапазонах в конечных точках, ну или хотя бы в середине (понимаю, 1000В сложновато получить с хорошей точностью и стабильностью). К примеру, у нас получились отклонения +0,6%, +0,45%, +0,2% и +0,7% от старшего диапазона к младшему ( это значения 1006В, 401,8В, 40,08В и 4,028В). Среднее отклонение составляет 0,5%. Уменьшив опорное напряжение на эти 0,5% мы уложимся с паспортный допуск ( значения будут 1001В (+0,1%), 399,8В (-0,05%), 39,88В (-0,3%) и 4,008В (+0,2%)) 

Перестройка по постоянке неотвратимо влияет и на измерение переменного напряжения. Для корректировки показаний служит второй подстроечник слева от чипа. Для настройки использовал генератор Г3-118 и контрольный все тот же Keithley2000. Частота на генераторе выставляется 400Гц.

Также проверено было измерение сопротивлений с помощью магазина сопротивлений МСР-63 с классом точности 0,05. Погрешность не превысила 0,5% при паспортных +/-(1%+2D)

Следующим этапом будет калибровка измерения температуры. Но это уже в следующей статье.

Теги:

• Mastech MS8217
• Мультиметр