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发表于 5 小时前 | 查看: 16| 回复: 0

拆解 Fluke 17B 整板俯视图,可见 11A 熔断器、黑胶主控、黄色压敏电阻、红色 WIMA 电容与五颗串联限流电阻

一、这是一台什么表

Fluke 17B 是一台只在中国和印度市场销售的手持数字万用表。它挂着 Fluke 的牌子、在中国生产,设计出自 Fluke 团队之手,但整机按低价位定位。到手价不到 100 美元,街头甚至能买到 60 至 70 美元的货。

拿到这台机器后,做的第一件事不是测精度,而是把它和 Fluke 87V 摆在一起——那是 Fluke 靠它打出名声、至今仍在产的行业标准表。17B 的价钱只有对照机的四分之一到五分之一,这场对比从一开始就不公平。但正因为不公平,才看得清一台百元级表把钱省在了哪里、又在哪里不敢省。

官方手册给出的指标骨架是这样:4000 字显示、每秒刷新 3 次;直流电压最好准确度 ±(0.5% + 3 字),交流电压 ±(1.0% + 3 字)(40 至 500 Hz),电阻 ±(0.5% + 2 字)(400 Ω 档为 ±(0.5% + 3 字),40 MΩ 档为 ±(1.5% + 3 字)),电容 ±(2% + 5 字)(5 µF 以上为 ±(5% + 5 字)),频率 ±(0.1% + 3 字)(10 Hz 至 100 kHz),温度档覆盖 -55 至 400 ℃范围。供电是两节 5 号电池,标称续航 500 小时;带护套尺寸 180 × 89 × 51.5 mm、重 425 g。端子对地最高 1000 V,额定瞬态 4 kV(1.2/50 µs),安全等级按 IEC 1010-1 标 CAT I 1000 V、CAT II 600 V、CAT III 300 V。

Fluke 17B 前面板全貌,显示屏读数 0.000 V DC,Auto Range 自动量程模式,右侧为功能旋钮和测试插孔

面板上没有 TRUE RMS 字样。这台表做的是平均值响应,没有真有效值转换器——这是成本削减项里最显眼的一条,也是它和 87V 在功能上最实质的差距:测非正弦波形(变频器输出、可控硅调光、开关电源的电流)时,读数会明显偏低。

Fluke 17B 面板与转盘特写,HOLD、MIN MAX、RANGE、REL 四个功能按键,转盘外圈印有各档位符号,右侧为插孔区

二、外观与机械结构:先给你一个 Fluke 的手感

拿在手上,第一印象是"像"。塑料的质感、护套的包边、转盘的段落感,都在暗示这是一台 Fluke。不打开看,手感就是一台正经 Fluke——外壳结实、塑料质感也对得起牌子。但 87V 用的像是抗冲击的工程塑料,17B 的材质摸起来是另一种,不只是表面处理不同。

四颗固定螺丝全是自攻螺丝,直接拧进塑料柱。这一点 87V 也一样,谈不上偷工。后盖上留了一个凹槽,是给磁性挂架用的,但这台机器没配挂架。

Fluke 17B 后盖标签特写:中文警告语、www.fluke.com.cn、美国福禄克公司、中国制造字样,旁边可见自攻螺丝孔

后盖标签是中文的:警告电击危险、不要测量外壳、取下电池盖前先断开表笔。落款美国福禄克公司、中国制造。这张标签说明了它的身份——这不是把行货改成中文说明书,而是从设计之初就只面向中国市场。

外壳的接缝值得单独说一句。上下壳之间是一道很深的舌槽配合,不是简单的对扣。这种做法的评价很直接:这是防爆结构,测到高能回路时能把电弧和碎片关在壳子里。

护套是另一回事。这台表的黄色护套很薄,单层注塑,捏上去是软的;87V 那套护套厚得多、硬得多,内部还有一圈缓冲结构。这一项归进了"该省的地方"。

护套内侧结构特写:单层薄壁设计,靠几道加强筋撑形,没有独立缓冲件

三、主板:从输入端一路往里

打开后盖不需要拆电池,四颗螺丝一松,上壳就下来了。第一眼观感就是整齐——一块百元级表能把元件面全部朝上、把飞线全部消掉,本身就需要设计功底。

打开后盖后的第一视角:元件面全部朝上,电池触点直接铆在 PCB 上,左侧竖立 SIBA 保险丝,右侧为黑色主控胶封区

整板俯视图:上方为 11 A 熔断器,右侧为插孔支架,左侧黑胶主控与模拟前端,下方依次排列黄色压敏电阻、红色 WIMA 电容与五颗串联电阻;画面正中为档位开关转轴圆孔

关键器件清单

Fluke 17B 拆解关键元件清单表格:位置、器件名称、丝印型号、作用说明

保险丝:一颗没省,一颗省了

10 A 档用的是标准的陶瓷高压熔断器,丝印写得很清楚:11 A、20 kA 分断、墨西哥组装。这是和 87V 同一档货,只是牌子不同。手册里对应的是 F2:11 A / 1000 V / 20 kA(Fluke 件号 803293)。

11 A 陶瓷高压熔断器特写,丝印 INT. RATING 20kA AC/DC,两端为镀镍铜帽,装于 PCB 夹簧中

差别在机械上。87V 在那颗保险丝两侧做了隔板,还专门有卡位把它压住,防止振动松脱;17B 只有两个夹簧,靠弹力夹着。这种情况极不可能发生,但理论上是可能的。

mA 档的那颗就明确降级了。实机装的是 SIBA 的 FF 500 mA 陶瓷快断管——FF 是快断标识,白色陶瓷管体,比玻璃管强得多,但和 87V 上那颗 Bussmann 保险丝不是一个级别。SIBA 的实际分断能力从管体上看不出来。

查手册可以得到一半答案:17B 的 F1 规定为 500 mA / 1000 V / 50 kA 分断(Fluke 件号 1989732)。也就是说设计要求是 50 kA,实机这颗 SIBA 是否达到这个数字,从管体上看不出来——管身上只有品牌、FF 500 mA 和一串型号数字,没有印分断能力。

SIBA 500 mA 陶瓷快断保险丝特写,管体仅印有品牌与额定电流,无分断能力标识

10 A 电流档的分流器属于"能用但不上档次":结构普通,不像对照机那样做成四线抽头、从侧面单独引出取样点。它是镍铬合金一类的电阻丝,焊点形态看着有点怪,但那是这类分流器正常的成型方式,不是虚焊。真正的差距不在材料,而在取样结构上。

输入保护:这一段没省

从插孔往里走,第一道是热敏电阻,接着是三只黄色压敏电阻,然后才是限流电阻。三只压敏电阻丝印都是 TVR 911,并排放置,分别管不同的输入回路,不是简单并联凑数。

三只黄色压敏电阻特写,丝印 TVR 911;背景可见红色 WIMA 电容和绿色大体积输入限流电阻

真正的亮点是那排限流电阻。不是一颗 1 MΩ,而是五颗 200 kΩ 的 1206 封装贴片电阻串联——丝印全是 2003,位号 R51 到 R55,加起来正好 1 MΩ。

五颗 1206 贴片电阻并排串联特写,丝印 2003 对应 200 kΩ;上方为绿色大体积电阻,右上角可见 RT2 热敏电阻

这个做法在成本上是亏的:五颗电阻比一颗贵,还要多四次贴装。换来的是一千多伏输入时,电压被均分到五个元件上,每个元件承受的电压和功率都降到五分之一;同时串联拉长了爬电距离,单颗 1206 击穿短路的失效模式也被摊薄——一颗短路只损失五分之一的阻值,回路依然有限流。完全可以用一颗 1 MΩ 去赌 1206 的耐压和焊盘间距,但他们没有,而是老老实实放了五颗。

交流耦合电容用的是 WIMA 的 MKS 4,0.01 µF / 1000 V。这是薄膜电容里的常见牌子,耐压 1000 V 也和这台表的量程对得上。这个品牌上一点没省。

红色 WIMA MKS 4 金属化薄膜电容特写,印有 0.01/1000- 标识,即 0.01 µF / 1000 V 耐压规格

主控与芯片组:黑胶下面是谁

主控是一颗环氧黑胶软封装(COB)的裸片,外面一层黑胶把丝印彻底盖住,型号未知。它旁边留着一整排 QFP 焊盘,一个引脚都没上锡——这个空位很说明问题:开发阶段这里大概贴的是 QFP 封装的通用芯片,批量生产时换成了成本更低的 COB 绑定。这种黑胶封装在低价位的国产仪器和消费电子里非常常见,但放到 Fluke 这个牌子里,本身就是一种立场表达。

主控芯片黑胶封装区特写:金线从裸片扇出至焊盘,右侧一排 QFP 焊盘空置未贴装

主控旁边有两颗能读出来的芯片。一颗是 74HC148,8-3 线优先编码器,负责把旋转开关的档位编码成二进制交给主控——这是最便宜也最可靠的档位读取方案,比一排分立开关加电阻分压要稳。晶振丝印 4.000M,主控跑在 4 MHz,对一台每秒刷新 3 次的表来说绰绰有余。

U2 位置为 HC148 优先编码器芯片,左侧竖立 4.000 MHz 石英晶振

另一颗是 LT1097,Linear Technology 的精密运放,丝印上能看到 LT 的商标和 1097。Linear Technology 是业内最贵的牌子之一,他们拿货大概很便宜,但选它说明模拟前端这块没打算糊弄。

U6 位置 LT1097 精密运放芯片特写,丝印可见 Linear Technology 商标和 1097 标识

校准方式:八只电位器

板上有一批小的十字槽微调电位器。数了一下,一处五只、另一处三只,一共八只。它们是用来校准直流增益、交流增益、电容档等各段的。

PCB 上成排的微调电位器特写,此视角可见五只,右下方为 LT1097 运放芯片

这就是价格档位的分水岭。87V 一只电位器都没有,全靠软件校准、闭壳标定;17B 用八只电位器,意味着它的校准值存在机械位置里——电位器会随温度、振动和时间漂移,长期稳定性天然不如数字校准。这就是五十到一百美元级万用表的标志。

档位开关与蜂鸣器

档位开关的转子背面是几组金属簧片,压在 PCB 上的一圈镀金扇形焊盘上,接触面涂满了润滑脂。涂脂是为了降低磨损、防止氧化,代价是长期使用后脂会沾灰。拿 87V 对照过:87V 的簧片接触组更多、中心还多一根金属柱,17B 把柱子和一部分簧片省掉了。差别存在,但不至于影响可靠性,这个开关要给好评。

档位开关转子与 PCB 上的镀金扇形焊盘特写,接触区涂满润滑脂

通断蜂鸣器由一片压电陶瓷片直接贴在板上(丝印 LS1),没有共鸣腔。拿它和 87V 对比过,87V 用的是独立压电陶瓷蜂鸣器,背面带镀金弹簧触点,声音又响又脆。而这台的声音弱得可怜,是少数明确表达不满的地方。

LS1 位置压电蜂鸣片特写:整片直接贴于 PCB 表面,靠电路板本身充当振膜

四、高手设计细节与成本妥协

值得借鉴的五处

第一,五颗电阻串联解决耐压。 高压输入端用多颗电阻串联分摊电压,是既便宜又有效的标准做法。难点不在想法,而在肯不肯为它多花四次贴装和五倍物料成本。

第二,内层地平面当屏蔽。 板上没有独立的金属屏蔽罩,但主电路下方的那一层内层铜是完整的地平面。这是多层板最经济的屏蔽手段:不加一个零件,靠叠层解决。

第三,电池触点直接铆在板上。 两节 5 号电池的弹片焊盘直接做在 PCB 上,整机没有一根飞线。87V 用的还是 9 V 电池扣加引线的老结构,这一项 17B 反而更现代。

第四,深舌槽防爆。 上下壳的舌槽配合很深,是正经的防爆设计,不是装饰性接缝。

第五,模拟前端不省料。 LT1097 这种等级的运放出现在百元表里,说明设计者清楚哪一段决定读数稳定性。

明确妥协的六处

① 输入插孔是通用件。 插孔的塑料座与后壳一体注塑,里面埋了螺纹嵌件,一颗螺丝压住弯折的金属片,直接落到 PCB 上。拆这颗螺丝时用了很大力,最后"啪"一声才松开——里面没有防松垫圈,也没有 O 形圈、没有高压隔离槽。

本机插孔标注对比:10A FUSED、400mA FUSED、CAT I 1000 V 与 CAT II 600 V;右侧对照机标注等级更高一档

顺带一个细节:面板上只印了 CAT I 1000 V 和 CAT II 600 V 两项,而手册正文写的是 CAT I 1000 V、CAT II 600 V、CAT III 300 V 三项。少印的那一项不是印刷遗漏——等级标注是要在实验室里按瞬态能量验证的,印上去就等于承诺。

插孔固定方式特写:单颗螺丝压住弯折金属片,金属片直接焊接至 PCB,无防松垫圈设计

对比 87V:插孔是一整个独立的红色模块,四周一圈 O 形圈密封,各插孔之间有专门的隔离槽。两者不是一个级别,但对这台表来说,现在这套"够用"。

对照机 87V 的独立插孔模块:整体注塑成型,带 O 形圈密封和高压隔离槽结构

② 没有独立屏蔽罩,也没有接地簧片。 后壳内壁是光板塑料,没有贴金属箔,也没有从板上弹起来接触外壳的接地簧片。87V 背面有一整块金属屏蔽板。这一项在强电磁环境下的抗扰度上会有差别。

后壳内壁特写:仅有加强筋和电池仓结构,无金属屏蔽箔,也无接地簧片

③ 缺了厚膜电阻网络。 87V 板上有一块白色陶瓷厚膜网络(丝印 2057204),那是精密分压器,也是 Fluke 高阶表的看家件。这类元件在 50 到 200 美元档的表里基本见不到,17B 自然没有。0.5% 级的表用普通电阻加电位器校准就够了,真装一块精密分压器反而是浪费。

对照机上的白色厚膜电阻网络特写,丝印 2057204,这是 17B 上缺失的关键元件

④ 保险丝没有机械卡位。 10 A 那颗只靠夹簧夹着,87V 有隔板加卡位。理论上存在振动松脱、接触不良的可能。

⑤ 蜂鸣器太弱。 贴片压电片省掉了独立蜂鸣器和弹簧触点,代价是通断档在嘈杂环境里基本听不见。

⑥ 校准靠电位器。 八只机械电位器意味着温漂和长期漂移,手册里写的建议校准周期就是 12 个月,但机械触点的老化不会等人。

一处"可能不是镀金"的观察

插孔附近的焊盘看起来是金色的,但表面发暗、有氧化痕。刮开了一点,下面是亮的,判断是:这大概不是镀金,而是裸铜——所以才会氧化。同一块板上,87V 也有类似的裸铜焊盘。这一条只能算观察加判断,没有做成分分析,不必当成定论。

五、总结:这台表值不值

硬件工程师评级:这个价位里做工第一梯队,功能与用料按价格精准裁剪。

它的设计逻辑非常清楚:凡是被安规和读数稳定性卡住的地方,一分不省——五颗串联的限流电阻、三只压敏电阻、热敏电阻、11 A / 20 kA 的熔断器、WIMA 1000 V 薄膜电容、LT1097、内层地平面、深舌槽防爆壳;凡是不影响指标的地方,能省就省——通用插孔、贴片蜂鸣片、八只电位器、无屏蔽罩、薄护套、SIBA 的 500 mA 保险丝、没有真有效值。

这是这个价位里做工最好的表,但也只是一台很基础的表:测不了真有效值,蜂鸣器还难听。如果你的需求就是"一台做工扎实、能长期放在工具箱里的基础表,而且要挂着 Fluke 的牌子",那它是赢家。

一台表的钱花在骨架(输入保护、叠层、外壳、模拟前端),另一台表的钱花在功能(真有效值、闭壳校准、精密分压网络、独立屏蔽)。这是两条完全不同的产品逻辑。17B 走的是前一条,而且走得很诚实——它没有假装自己是 87V,只是把 87V 的骨架按价格削了一遍。

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互动环节

上一道思考题答案

此前拆过的一台 Gossen MetraHit Energy 上,问的是那颗 0.01 Ω 四端分流器加两颗 7 mΩ MOSFET 的三连问。

① 满量程 10 A 时,分流器与整条回路的负担电压。 分流器上 10 A × 0.01 Ω = 0.1 V,功耗 $P = I^2R = 100 \times 0.01 = 1$ W。两颗 MOSFET 各 7 mΩ,串联共 14 mΩ,压降 10 A × 0.014 Ω = 0.14 V,功耗 1.4 W。整条回路负担电压 0.1 + 0.14 = 0.24 V。对一台 3 V 供电的表来说,这意味着 10 A 档满量程时,回路里凭空少了将近十分之一的总电源电压余量——所以这类表在 10 A 档测低电压回路时必须格外小心,串进去的 0.24 V 足以让被测电路工作点偏移,而表本身也可能因为这 2.4 W 的发热出现温漂。

② 1 mA 分辨率对应多少电压、多少 dBµV。 1 mA 流过 0.01 Ω,产生 10 µV。以 1 µV 为 0 dBµV,10 µV 就是 $20 \times \log_{10}(10) = 20$ dBµV。这个量级已经接近低噪声运放的输入失调漂移区,所以必须用开尔文接法:取样点必须在分流器本体的电位节点上,而不是焊脚。焊脚到本体之间那几毫米的铜箔有几十微欧,10 A 下就是几百微伏的误差,相对 10 µV 的分辨力是几十倍的量级——四端接法不是为了"更准一点",而是这个分辨力能不能成立的前提。

③ 只留一颗 MOSFET 会怎样。 单颗 N 沟道 MOSFET 的体二极管方向固定:源极到漏极正向导通。只留一颗时,正向电流受控,反向电流却能沿体二极管直接穿过,等于给分流器并联了一条不受控的通路,双向测量立刻失效。两颗源极对源极背靠背串联,两个体二极管极性相反,无论电流朝哪个方向,总有一颗是反偏的,回路才能真正断开。换成机械继电器同样能双向关断,代价是体积、功耗、寿命和切换时的弹跳——对一台要频繁切换量程的表来说,这几项都不可接受。

今日小思考

这台 17B 是 4000 字表,直流电压最好准确度 ±(0.5% + 3 字)。

第一部分。 在 4 V 档,1 个字(1 LSB)对应多少电压?读数为 1.000 V 时,总误差是多少毫伏、折算成百分比是多少?如果读数只有 0.100 V,误差又是多少毫伏、百分比变成多少?请解释为什么小读数时"3 个字"会突然变成主导项。

第二部分。 输入限流用了五颗 200 kΩ 的 1206 串联,而不是一颗 1 MΩ。请从三个角度说明这样做的收益:单颗元件承受的电压与功率、PCB 上爬电距离的分配、以及单颗击穿短路时的失效后果。

第三部分。 面板上只印了 CAT I 1000 V 和 CAT II 600 V,但手册写的是 CAT I 1000 V / CAT II 600 V / CAT III 300 V。为什么厂商宁可在面板上少印一个等级,而不把三个都印上去?

提示: 第一部分先算 4000 字在 4 V 档的量化台阶,再分别按 0.5% 的比例项和 3 个字的固定项相加;第二部分想想 1206 封装的工作电压上限和焊盘间距,再想一颗短路后剩下的 800 kΩ 还能不能限流;第三部分从"标注即承诺"的角度想,标签上写的等级是要在第三方实验室里按瞬态能量验证的。

一台百元级的表,把五颗电阻串起来扛一千伏,却在蜂鸣器上省了一片共鸣腔。你觉得哪一种取舍更接近"工程上的正确"——是宁可多花四次贴装保住输入级,还是在听得见的地方抠成本?评论区聊聊你的判断。




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