一种可稳定接触“小尺寸针和孔”的伸缩式万用表表笔辅具

赵博雅，赵波

（1.长春吉大附中实验学校，吉林长春，130000；2.长春职业技术学院，吉林长春，130000）

1 万用表表笔测量的局限性及常见解决方式

万用表作为最普遍使用的电气测量仪表，有广泛的使用场合，但在实际使用中也有“英雄无用武之地”的时候。因为万用表表笔针是直径Ф2mm左右的金属圆柱体，测量小尺寸的针和孔型端子时，有些测量场合会有如下问题：

①如测量航空插头的座孔时，座孔内径尺寸很小，只有1mm～1.2mm左右，表笔针无法伸入而不能测量。②测量航空插头的头针时，航空插头的头针间距很近，表笔针和头针之间容易滑动，造成接触不良或将几个头针相连造成短路。③随着电子线路集成度的提高，各种电子器件的管脚间距很近，电路板上的印刷导线间距也很近。用万用表的两表笔测量相邻的管脚或导线时，过粗的金属表笔针易使两笔尖相碰而短接，使读数为零，造成测量不准确；在带电测量时，被测部分如果存在电位差，很可能出现短路现象，造成仪表或被测量部分损坏。

为了解决万用表在实际使用中测量的局限性，人们想出很多办法，批量生产时，常采用专用夹具将待测小尺寸部分转接成易于测量的状态；在单件生产或维修工作中，操作者一般采用以下方式解决测量问题：

（1）自制临时性表笔：很多电子设备维修人员采用废旧的材料自制万用表表笔，如用圆珠笔筒、细的绝缘铜线、钢针等自制简易表笔，利用钢针的细尖进行测量，这种表笔从万用表的连接插孔处开始，测量精度受导体材质和连接稳固程度影响很大。

（2）自制临时性表笔笔尖：一般选用较细的金属针，如大头针、曲别针通过一定方式与万用表表笔针相连接形成更细小的尖形笔尖；这种笔尖从万用表表笔针和自制笔尖连接处开始，测量精度受笔尖导体材质和连接稳固程度的影响，由于测量线路在原表笔上增加的附件少，测量精度的可靠性优于第一种方式，但笔尖的制作略显粗糙。

（3）市场上也有一些厂家生产出笔尖特尖形的万用表表笔，显然测量精度优于上述方式。

但上述三种尖形表笔在测量间距很近的头针时，易滑动而造成接触不良或短路。通过查新，目前万用表附件的专利中，在仍使用原来万用表表笔与附件连接的情况下，有多种结构的测量小孔型接线端的万用表附件，测量密排小针型接线端的附件还没有。

为此设计一种既能测量小尺寸针形又能测量小尺寸孔形接线端的万用表表笔辅具。

2 可稳定接触“小尺寸针和孔”的伸缩式万用表表笔辅具的设计方案

辅具有两类，每类辅具都由套筒、弹簧、紧定螺钉和可移动笔尖四个零件组成，为加工使用方便，这两类表笔辅具中的套筒、弹簧、紧定螺钉相同，只是可移动笔尖不同。两类可移动笔尖均有导向大端和测量头部组成，两类笔尖的导向大端部分相同，只是笔尖测量头部不同，分别做成针型和孔型，见图1；测量小尺寸的针型端子时用孔型笔尖，孔型笔尖测量头部的内圆柱孔尺寸稍大于被测量针型端子的尺寸，可以套在被测量针上进行测量，接触可靠，它能杜绝检测时接触不良和短路事故的发生，如果在孔型笔尖的测量头部沿轴向对称切割出两个通槽，测量稍大一些的针时，孔型笔尖能自动涨开，能进一步扩大测量尺寸范围；孔型笔尖测量头部的外圆柱径向尺寸也很小，测量中心间距1.8MM以上的相邻密排的针型端子，其测量头部外径也不至于相碰而短路；测量小尺寸的孔型接线端和印制线路板上密排的细导线时用针型笔尖,针型笔尖测量头部是圆锥体，测量头部的尖端外径尺寸小，即使测量相邻密排的细导线也不易相碰而短路。

两类可移动笔尖都分别装在同样的套筒中，此内孔内径大于万用表表笔针外径；并稍大于可移动笔尖导向大端的外径，此内孔既是辅具和万用表表笔的连接处，也是可移动笔尖的收容腔,为避免扎人和损坏可移动笔尖，不用辅具时可移动笔尖在弹簧作用下自动回缩进套筒中。套筒的另一底端中心开有底孔，此底孔的外径大于可移动笔尖测量头部的外径，可移动笔尖的导向大端可在圆柱形套筒内孔中滑动，可移动笔尖的测量头部可在套筒底端圆柱形底孔中滑动，套筒底端厚度取1mm。套筒的内孔内径与笔尖导向大端外径和套筒底孔内径与笔尖测量头部外径均有导向作用，但导向作用的实现由可移动笔尖的导向大端与套筒内孔内径的配合尺寸及套筒和可移动笔尖的加工精度来保障。

为保证可移动笔尖能自由回缩进套筒中，将圆柱形压缩弹簧套在可移动笔尖的测量头部，弹簧的外径大于套筒底端底孔直径，小于可移动笔尖导向大端直径；距离套筒内孔端面侧开有公制M3的螺纹孔，其上装入紧定螺钉，紧定螺钉一方面可以顶紧插入套筒的万用表表笔针，起连接表笔与辅具的作用，另一方面在撤出表笔时可以挡住可移动笔尖导向大端，使可移动笔尖和弹簧不至于滑出套筒内孔，起到挡块作用。

使用时，用万用表表笔针插入套筒内孔中，将可移动笔尖测量头部顶出套筒底孔，调节万用表表笔针插入套筒的长度可以调节测量头部伸出套筒底孔的长度。为接触可靠，最好用万用表表笔顶紧可移动笔尖。再旋紧紧定螺钉，将万用表辅具固定在万用表表笔针上，即可测量。

使用后，将紧定螺钉旋松移出万用表表笔针，可移动笔尖在弹簧作用下全部收缩至套筒内，且辅具中各零件轴向尺寸能使笔尖回缩后测量头部最前端刚好与套筒底孔的外底面平行，这样套筒对笔尖起到很好的保护作用。

表笔辅具共4个，分为两类，这4个辅具可以根据所测对象两两组合使用。

为了能更好的测量间距3mm以内的头针和座孔，可将套筒外圆紧定螺钉对面且垂直于紧定螺钉中心孔处的部分磨平，磨削后尺寸保证测量相邻头针和座孔时表笔不干涉。

为保证良好的导电性和加工性，表笔辅具选择H62黄铜作为制作材料，制作好的辅具外面套上绝缘护套。

3 相关尺寸设计思路

（1）测量实际待测的小尺寸针和孔的具体尺寸，为产品的尺寸设计提供依据。如一种小尺寸对插航空插头，航空插头针的尺寸是针长约为8mm，直径约为Ф1.2mm；孔径约为Ф1.2mm，孔长为11mm；相邻针或孔中心距是3mm。万用表表笔针直径约Ф2mm，长17mm。

图1

（2）根据上述解决方案，在满足使用可靠和方便实用的前提下，尽量选用现有的标准件和通用设备，以便于加工和降低成本。为此对生产厂家铜棒，钻头、丝锥、弹簧等尺寸系列进行了查阅。确定铜棒尺寸Ф5mm。弹簧尺寸为：外径Ф2.4mm，内径Ф1.8mm，弹簧钢丝直径Ф0.3mm，其自由高度为8mm，压并高度为2.4mm。

（3）基本尺寸设计如下：

①径向基本尺寸设计

由方案可知，套筒内孔应大于弹簧外径和万用表表笔针直径，取套筒内孔直径Ф2.5mm。

可移动孔型笔尖径向基本尺寸设计：为实现一定测量范围，测量头部内孔取Ф1.3mm，其测量头部外圆柱面也是压缩弹簧的工作杆径，参照弹簧尺寸，取其外圆柱面直径Ф1.75mm，小于弹簧内径Ф1.8mm，这时Ф1.3mm孔径处的壁厚是0.225mm。其导向大端都是Ф2.45mm×5mm的圆柱体。

套筒底孔直径取Ф1.8mm，小于弹簧外径Ф2.4mm，笔尖导向大端直径取Ф2.45mm；按上述数据选取有如下关系：套筒底孔直径-头部圆柱部分外径=Ф1.8mm-Ф1.75mm=0.05mm，套筒内孔直径-笔尖导向大端直径=Ф2.5mm-Ф2.45mm=0.05mm，均小于0.3mm。因此弹簧不会从孔隙滑出。

因套筒外径取Ф5mm，套筒内径取Ф2.5mm，则套筒壁厚是1.25mm，其上钻M3螺纹孔，公制单头M3螺纹，其底孔直径也是Ф2.5mm，其牙距是0.5mm，此壁厚可以保证至少两个牙受力；如选细牙单头M3螺纹，其牙距是0.35mm，此壁厚可以保证至少3个牙受力，由于是手拧螺丝，可以选用通用的公制M3螺纹。

可移动针型笔尖基本尺寸设计：为统一尺寸标准，便于加工及装配，两类笔尖导向大端部分相同，即导向大端都是Ф2.45mm×5mm的圆柱体，测量头部紧邻导向大端处是Ф1.75mm×1mm的圆柱，其余部分是10mm长的针型笔尖。

②轴向基本尺寸设计

为实现导向作用，两类可移动笔尖的导向大端长度取5mm，考虑零件强度，紧定螺孔中心距套筒端面距离2.5mm。

设可移动笔尖外伸长度为8mm时：长度为5+2.4+1+8=16.4mm取整数值16mm。当取可移动笔尖外伸长度为2mm时，套筒底端厚1mm，笔尖与紧定螺钉右侧面接触时，笔尖在套筒内孔中长度为：16-2-1=13mm如图2所示。

则套筒内孔长度：1+3+13=17mm。

此时弹簧刚好处于无压缩状态。

图2

此时，万用表表笔插入套筒最大深度：17-（5+2.4）=9.6mm。

由于9.6mm<17mm，所以万用表表笔能插入并顶紧可移动笔尖。

由此可见套筒可以适当加长，如取套筒孔深19mm亦可。此时笔尖刚好完全回缩入套筒中。

由以上数据推出：套筒内孔深选19mm，套筒全长20mm，套筒内孔直径2.5mm，套筒外圆柱直径5mm；两类可移动笔尖导向大端都是Ф2.45mm×5mm的圆柱，笔尖总长度选16mm，孔型笔尖测量头部外圆是Ф1.75mm×11mm，其头部小端钻Ф1.3mm×10mm内孔形成孔型笔尖，针型笔尖1紧邻大端的头部是Ф1.75mm×1mm的圆柱，其余10mm加工成针型笔尖形状。