用筆式數字萬用表多加功能檢測醫療設備

張建松，邢學剛，劉亞芹，蘇重清

大慶油田總醫院 器械科，黑龍江大慶 163001

用筆式數字萬用表多加功能檢測醫療設備

張建松，邢學剛，劉亞芹，蘇重清

大慶油田總醫院 器械科，黑龍江大慶 163001

本文介紹了在保持普通筆式DVM（數字電壓表） 3211B體積和接出線根數的前提下增加測量射頻與脈沖的功能，檢測振蕩回路、向AV電路注入信號定位故障點、用聲音尋跡AV信號、測量線圈短路、分辨小于1/100Ω電阻差異；確定PCB (Printed circuit board，PCB，印刷電路板)短路點和測量上安培電流等功能，用于檢測醫療電子設備的實驗及其原理。

筆式數字萬用表；醫療電子設備；設備維修；醫用放射線設備

1 問題的提出

現在在檢修醫療電子設備時，若能探測射頻信號或脈沖是否存在、測出線圈小于1Ω的電阻差別和能向被測電路注入信號，觀察被激勵后的反應會給檢修提供很大方便。

然而現有數字萬用表不能用于測頻率較高的信號，有的工作頻率范圍僅為40～400Hz[1]，雖有用外接檢波器測高頻信號的，但比較不便，只有較高級的數字萬用表，才能測出本身阻值小于0.1Ω的電阻。用有的筆式數字萬用表低阻檔測量6Ω的電阻讀數還仍然為零；有的筆式數字萬用表低阻檔測量標稱誤差達±9字，一些價值2000多元的數字萬用表低阻檔測量誤差達±2字,這主要是由于其采用比例法測電阻，測小電阻時標準電阻遠大于被測電阻，被測電阻上電壓極低而萬用表中的集成電路放大系數和精度有限所至,這就無法測出小于百分之幾毆姆的電阻；雖有在萬用表中加信號發生器的，但體積較大，成本較高而且因多加端子令使用不便。因為喇叭體積和需增輸入端子或轉換開關等原因，現有萬用表中沒有加用聲音尋跡指示電信號的功能。由于轉換開關額定電流等限制，現有普通數字萬用表測上安培的電流多另專用一插口而不便，一般筆式數字萬用表多只能測0.2 A以下的電流而有的還不能測電流。

上述有的檢測雖能用示波器或邏輯筆以及專用信號發生器實現，但存在價格昂貴、體積龐大、接線和操作麻煩等缺點。因此常有人自制儀器[2]。有的儀器雖將多個功能集于一身，但造價高、體積大、接線端子多和操作麻煩。在醫院中檢修醫療電子設備時使用上述儀器的機會畢竟不如實驗室多，精度要求也不如實驗室那樣高，經濟投入也無法和實驗室比。為此我們成功地在保持3211B小體積筆式數字萬用表功能、體積和接出線根數的同時，在其中增加測高頻和脈沖信號、測p-n 結正反向和導通電壓、測小于百分之一毆姆的電阻、輸出音頻信號和尋跡音頻信號、測量交直流電流等功能。

2 電路原理

圖1 筆式數字萬用表多加功能電路原理

如圖1 所示，它是在現有筆式數字萬用表[3]中增加K11、D11和C11，使能測高頻和脈沖信號； 增加K21、R21、R22和LED，使之能測p-n結正反向和導通電壓、線圈短路、小于百分之一毆姆的電阻； 增加R31～R38、C31～C34、ZD31和T31～T32，使之能輸出音頻信號和尋跡音頻信號； 增加K41、R41～R43，能測量上安培的交直流電流。所有增加的功能檔仍共用原表的探針和公共線。

如圖1 所示的開關位置保持了現有數字萬用表的功能，其測電壓和電阻的方法和原來一樣，這里不再贅述。

測高頻和脈沖信號時，在原表測直流電壓的選擇基礎上將K11擲到RF檔，D11和C11將所測信號變成直流電壓供顯示。所測信號的電壓和頻率限制依賴于D11和C11的選擇。其原理可參看有關資料[4]。

測p-n結正反向和導通電壓時，在原表測直流電壓的選擇基礎上將自復位開關K21壓下，所測電壓即p-n結正向導通電壓。

由圖1可知，原來測量電阻很小時用低電阻檔測量,可認為被測量電阻上流過的電流是0.1mA(集成電路ICL7139的LOΩ端的1.000V電壓除以測小電阻時10K標準電阻R3),使被測量電阻上流經的電流增大，就能增大在其兩端產生的電壓降,就能向集成電路按比例地增加測量信號輸入電壓。而增加功能后V+和COM間是由集成電路穩壓的3.000V, 被測量電阻很小時，R21通過增加的開關K21和R3同時向被測量電阻提供的電流之和是10mA, 是原來的100倍, 電阻值顯示也是原來的100倍。此時的開路電壓超過2 V，還可用來檢測發光二極管和光耦元件[5、6]。測小電阻時，在原測量低電阻的基礎上，將自復位開關K21壓下，短路表筆后記下讀數。將測量小電阻時得到的讀數減去短路表筆后記下的讀數再除以100即得到所測小電阻值。短路表筆后的非零讀數主要是由表筆及其引線的電阻造成的，實驗時測得原實驗用表表筆造成的此讀數為8，將引線變短變粗后使其讀數降至6，以使測量更方便和精確。

檢測音頻信號時，在測量電壓時的選擇基礎上將K11擲到AF檔，被測信號經由C11、C31、R31～R32和C31耦合，經T31～T32放大后由BZ發聲指示。此功能的作用主要是檢測音頻信號（脈沖或者語音信號）是否存在、振蕩器是否起振、直流電源上是否有交流干擾等定性測量[7]，因此沒有考慮飽和失真問題。輸出音頻信號時，所有開關和檢測音頻信號時相同，閉合原表的讀數，保持開關SB使其增加一級放大器并正反饋而自激振蕩，信號經由C11、C31、R31～32和C31～32耦合輸出。 其輸出在100k歐姆電阻時為3000mVp-p, 在10K歐姆電阻時為1000mVp-p,在150歐姆電阻時為20mVp-p。空載時其輸出為1kHz，其頻率伴隨負載加重而略微上升。其中含有豐富的諧波可利用。

測量交流或直流電流時，分別是在測量交流或直流電壓的基礎上壓下K41。K41的轉換，一是引入了電流取樣電阻R43，二是讓R41拉V/Ω/A端電位至V-，使集成電路選擇測量電流狀態[8]。

3 使用效果

曾使用測高頻和脈沖探測到超聲掃描儀的視頻信號，確診過無顯示是視頻監視器本身故障所致。

用此表測量直徑為0.07mm的10cm長度漆包線即能引起47個讀數改變，同樣的1cm長度漆包線即能引起多達5個的讀數改變，因此能測量分辨收音機中頻變壓器的初級和次級繞組，測量線圈短路。有一次大慶龍南醫院MRI的液氦壓縮機燒毀，用普通DVM測其三相線圈的電阻完全一樣都為零，用了此表才看出差別確定了故障。

實驗表明用其AF檔檢測占空比為1:1的1kHz方波幅度為50 mVp-p時距表25Cm處很容易聽到，幅度為300mVp-p時已相當清楚。檢測占空比為1:1的10Hz方波也能聽到，因其含有豐富的諧波。檢測信號頻率的上限因人的聽力不同而異。曾使用其信號發生器功能向X線機的顯示器視頻輸入端注入信號，看到屏幕上顯示出橫向條紋判斷出故障所在。

數字萬用表原有功能仍然保持。本領域技術人員根據其電路原理還可做更多靈活應用。

4 元器件選用特別說明與使用注意事項

C6、ZD31和R31-R32用于防止被測高壓沖擊集成電路，為防止檢測點電壓燒毀R31和ZD31， F21和ZD21能防止誤用低電阻檔測量電流或電壓使較大電流意外流經集成電路而將其損壞；F11能防止誤用電流檔測量過大電流或電壓使較大電流意外流經集成電路而將其損壞；2K電阻R7用于減輕測小電阻時由R21給集成電路增加的電流負擔。F11和F21是外形酷似1/8W電阻的保險絲。D31將集成電路的HOLD端電位在不壓下SB時箝位于COM地電位。考慮到K41電流容量要求，K41用1A/250V限位開關拆下簧片代用。

考慮到電容耐壓越高其體積越大，AF和RF檔所用電容耐壓有限。因此用這兩個檔時最好檢測點的直流電壓不要超過24V，此電壓能覆蓋一般的常用固態電路工作點電壓。使用AF檔時，R31和ZD31構成的直流通路若影響到被檢測電路的工作，可在表筆上串聯一個隔直電容，該電容沒有做在表里是因為其耐壓和容量決定了其體積較大。

[1] 沙占友,沙占為,高俊嶺.新型數字萬用表原理與應用[M].北京:電子工業出版社,1994.

[2] 劉亞芹,王開印,蘇重清,等.邏輯脈沖電平訊響和光指示器的研究及使用[J].醫療設備信息,2006,21(6):15.

[3] 沙占友,李學芝.新型數字萬用表電路圖集[M].北京:人民郵電出版社,1996.

[4] 劉亞芹,蘇重清,劉春雨.萬用表加裝射頻檢測功能檢測醫療設備[J].醫療設備信息,2007,22(6):13.

[5] 劉亞芹,邢學剛,蘇重清,等.醫療器械中光電傳感器引起的故障及其檢修方法[J].醫療設備信息,2006,21(7):73.

[6] 王至秋,匡軍,于艷.速學萬用表檢測100例[M].北京:中國電力出版社,2009.

[7] 蘇重清,劉亞芹,孫建男,等.醫用電子儀器中干擾與噪聲的防止與抑制(上)[J].醫療衛生裝備,2006, 227(1):79.

[8] 沙占友.3211B自動量程筆式萬用表原理與維修[J].電腦報合訂本,1992:42.

Using Added Function of Pen-type Digital Multimeter to Detect Medical Equipment

ZHANG Jian-song, XING Xuegang, LIU Ya-qin, SU Zhongqing
Equipment Department,Daqing Oilfield General Hospital, Daqing Heilongjiang 163001,China

This paper describes an experienment and its principle to add the functions such as probing RF and pulse signals, detecting oscillations, injecting signal into AV circuits to locate bugs, tracing pulse or AV signals by sound, detecting short coil, distinguishing resistance which is less than 1/100Ω, locating short point on PCB, measuring more than Ampere current (the ordinary type usually can measure no more than 0.2 Ampere) while it still remains the size and the probe number of the ordinary pen-type DVM 3211B.

pen-type digital multimeter;medical electronic equipment;equipment maintenance;medical radiation equipment

1674-1633(2010)04-0024-02

2009-08-24

2010-01-25

專利：國家專利（97219318.9）。

本文作者：張建松，器械工程師，主要從事放射線設備維修工作。

作者郵箱：zhjs_888@sina.com

TM938.1+2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.04.009