数字万用表精度(正泰ZTW0111A数字万用表拆解评测记)

Posted 2023-05-27

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数字万用表精度(正泰ZTW0111A数字万用表拆解评测记)

本次拆解评测的样本为EEWorld拆解活动第二期一号拆品——多功能手持数字万用表。

这张照片有点误导，原以为这是一块采用液晶触摸屏操作的MCU/MPU嵌入式平台型数字万用表，过去曾将此类方案称为“虚拟仪表”即利用通用计算机平台作为人机交互-操作界面的测量仪表。而现在，基于高性能嵌入式处理器的移动计算平台经过适当外围扩展以及利用手机产业的一些现有资源和经验完全可以实现智能手机式的多功能测量仪表。但当我打开包装，第一眼就看到了两节7号电池，当即颇有些失望，这只是一块常规数字万用表，拆解难度自然不能跟“嵌入式虚拟仪表”比了。

下图为开箱照，表上的按键也是实体按键，并非LCD显示的虚拟按键。

先简单介绍一下这款万用表的功能、参数和一些特色。

品牌：正泰

型号：ZTW0111A

产地：杭州

基本功能：

电阻测量，量程0-10兆欧，支持低阻蜂鸣，门限为30欧姆。

交直流电压测量，量程DC0.5-600V，AC1-600V。

频率测量，量程40Hz-1kHz。

特色功能：

火线测量即试电笔。

非接触带电侦测。

LED手电。

这款万用表最大的特色当属轻薄，表笔也是底部平插，不会像传统万用表表笔竖插后带来高度的大幅增加，非常适合放在衣服口袋内随身携带。外观整体上比较简洁，按键不多，除试电笔和非接触带电侦测外所有测量功能和挡位均为全自动切换，基本无需人工操作介入。

下图为厚度直观比量，与两节7号电池的直径叠加基本相当。

与传统结构万用表的比对，比对对象为FLUKE 107，可见比已为轻薄款的后者还要明显轻薄了不少。

在拆机前，先做些简单的测量，同时与FLUKE107做个比对。

先测电阻，我找了两只1%精度的金属膜电阻来测。因正泰表全自动挡位的缘故，无法简单将两块表并联后再测试，FLUKE表会影响正泰表的自动挡位判断，故以下测试均采用“保持”功能固定读数。

电阻标称为51欧姆，从读数上看，显然FLUKE107的精确度和分辨率更好，正泰表在低阻值区间的测量误差明显较大，分辨率也较低。

电阻标称为100k欧姆，在中值区间正泰的表现好了许多。更高阻值的电阻手里没有高精度的，故不再测试。

电压测试，先测直流电压，标的为一节全新的GP品牌5号碱性电池，再测交流电网的电压。

从测试数据来看，正泰表的读数稍低，交流电压测量时会同时给出频率数值。电网的50Hz频率是相当精准的，正泰表测出的结果为50.1Hz，显然这个是测量误差，电网的频率误差决不会那么大。

再测试一下试电笔和非接触带电侦测功能。

以下为试电笔功能测试，此时只需使用红表笔。

当红表笔与电网火线接触时，正泰表会给出LIUE字样的指示并以蜂鸣告警，其中U应为V，段式LCD无法显示V，所以用U代替。

把测试功能置于NCV即非接触带电侦测挡位时，表顶端靠近带电的导线或物体时，根据感应强度会给出1、2、3挡指示并蜂鸣报警。

好了，简单的功能测试和对比到此，下面正式开拆。

首先观察，表的后盖有3颗螺丝，其中1颗是电池盖螺丝，电池仓内另有两颗螺丝，移除这些螺丝后，表的后盖就轻松打开了。如果是智能手机的那种密封设计，拆机这一步就远没有这么简单了。

这是后盖打开后的整体照片。从装配工艺上讲，这块表实在不敢恭维，表贴元件的贴装和焊点都比较粗糙，还有不少后期手工焊接处，甚至后盖上的手电透光镜都有被烙铁烫过的“伤疤”，可见对产品结构、工艺性和品控的考虑都很普通。PCB设计方面，感觉元件布局不够紧凑，PCB空置率有点过大，优化一下整机尺寸还能再精巧些。

电路分析：

先上一张电路板的整体照。中间黑胶封装的裸片是主控芯片，估计为整合了Σ-ΔADC的OTP型MCU，J1很可能是ISP编程接口。右上角为段式LCD驱动芯片，从管脚连接分析，型号应为HT1621B。主控上方是手电用的WLED，其它电路为主控的周边和辅助电路。

此为左上部分的电路特写。该部分电路主要为一个DCDC升压电路，将两节干电池的3V左右电压升高至5V，用于驱动LCD背光板和手电WLED。驱动控制用的是普通三极管，升压电源的开关控制用了一只SI2301MOS管。PCB顶部区域的铜箔为非接触带电侦测的感应带，经保护电阻后直送主控芯片，其原理为分布电容耦合至CMOS高阻抗输入，通过输入引脚的电平来判断。该原理的实用性其实很有限，经测试也确实如此，无法在灵敏度和有效性之间取得实质的平衡，只能用于一定程度的参考。

电路板的左下部分为电压检测电路。红黑表笔间的电压经R4、R5串联（为提高耐压）后与R6、R7构成分压，分压后的待测电压直送主控。Q3～Q6是两两DS反向串联的N沟道MOS管SI2302，用来切换分压比以实现自动量程。R6为10K，R7为1K，构成两路10倍的分压比。MOS管DS反向串联是为了应对交流输入，否则寄生二极管会导致某半周无法关断而令分压比发生变化。

U7的丝印为C42X，为低压轨到轨型双运放（知道型号的说一声，懒得查代码表了），左边的第一级接为跟随器，输入直接接在R5上端。跟随器的输出经隔直电容接到第二级比例放大器上，该级增益很高，意味着较低的输入电压就会导致输出达到电源轨。该电路用来实现试电笔功能。万用表当试电笔用时，只使用红表笔，通过人体或周边与大地间的分布电容构成电网火线至大地的回路。当红表笔接触火线，交流信号经C8耦合至比例放大器，输出于是饱和，据此来判断火线。因C9的存在，放大器的高频增益很低，所以可避免空间电磁干扰导致的误报。

PCB的正下方为电阻检测电路，R11～R14为基准电阻，通过ADC测量与外部电阻的分压值来得出外部电阻的阻值，这是现在绝大多数数字万用表测电阻的方法。

绿色的器件是PTC热敏电阻，用来保护后级电路。为了实现自动挡位切换，测电阻回路中串了一个晶体管Q1，上面的印字已经看不清，应为高耐压晶体管。为耐受反向高压，回路里还串联了一只整流二极管D1。Q1和D1的引入事实上对电阻测量精度不利，之前的51欧姆电阻对比测试已经表明了这一点。估计是为了做补偿，Q1的驱动没有用固定的数字电平，所以驱动用了一片单刀双掷模拟开关U3，型号为SGM3157，该型号有不少国产兼容片。基准电阻的切换用Q8～Q11，N沟道MOS管SI2302。

万用表开机工作后，先置为电压测试挡，此时Q1截止。当外部电压低于测试门限时，Q1导通一段时间来尝试测电阻，高阻则再转向电压测试，如此周而复始，直至测得有效区间内的电压或电阻，或者超时进入待机态。这就是这块表的自动挡位原理，代价是电压测试有门限（直流0.5V，交流1V），电阻测量低阻区误差较大。另外，该自动挡位方案在门限附近以及表笔接触不良时必然会发生挡位错误，再加上没有电流档、二极管挡等万用表常规测试功能，所以该表不适合电子工程师使用，至少不适合在研发工作中使用。从该表的保留功能、特色功能和轻薄设计来看，这块表的目标用户是电工。电工在工作中主要测量电压和通断，且对精度要求不高，这块表完全适用并可方便的插在口袋里随身携带。回想当年装修房子时，我不得不携带体积巨大的DY1型指针万用表去现场，两手脏脏的还得按键切换挡位，有正泰这块自动挡万用表就方便多了。

最后，看一下PCB的另一面。这一面没什么，仅LCD屏、背光板以及导电胶按键。

关于这块表的主控芯片型号，我查了目前市场上比较流行的台湾富晶、纮康、承永、香港梦想国际和大陆晶华、双竞等厂家的产品，根据外围电路比对，尚未能确定具体型号，而大陆厂家的资料又往往非常难找，这更增加了确认难度，以后有机会补上吧。

查了一下正泰这块表的售价，目前（2021年10月）淘宝平台上ZTW0111A和ZTW0111B都是139元，ZTW0111C的售价为149元，均包邮。京东平台的报价同比高出10元，但如果用优惠券、红包、京豆之类应该能够找平甚至更优惠点。鉴于相同售价下B款的功能、性能都更好些，如果你需要这块表，建议选B款或者C款。有关三者间的区别见下图。

本次拆解评测活动的简单记录先到此，上网查了一下这次活动可能算是正泰ZTW0111A这块表的全网首拆。欢迎大家关注EEWorld的拆解评测系列活动和大量其它有意思的站内活动，如有相关问题欢迎跟帖提出、讨论。