一種可穩(wěn)定接觸“小尺寸針和孔”的伸縮式萬用表表筆輔具

趙博雅，趙波

（1.長春吉大附中實驗學校，吉林長春，130000；2.長春職業(yè)技術學院，吉林長春，130000）

1 萬用表表筆測量的局限性及常見解決方式

萬用表作為最普遍使用的電氣測量儀表，有廣泛的使用場合，但在實際使用中也有“英雄無用武之地”的時候。因為萬用表表筆針是直徑Ф2mm左右的金屬圓柱體，測量小尺寸的針和孔型端子時，有些測量場合會有如下問題：

①如測量航空插頭的座孔時，座孔內徑尺寸很小，只有1mm～1.2mm左右，表筆針無法伸入而不能測量。②測量航空插頭的頭針時，航空插頭的頭針間距很近，表筆針和頭針之間容易滑動，造成接觸不良或將幾個頭針相連造成短路。③隨著電子線路集成度的提高，各種電子器件的管腳間距很近，電路板上的印刷導線間距也很近。用萬用表的兩表筆測量相鄰的管腳或導線時，過粗的金屬表筆針易使兩筆尖相碰而短接，使讀數(shù)為零，造成測量不準確；在帶電測量時，被測部分如果存在電位差，很可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，造成儀表或被測量部分損壞。

為了解決萬用表在實際使用中測量的局限性，人們想出很多辦法，批量生產時，常采用專用夾具將待測小尺寸部分轉接成易于測量的狀態(tài)；在單件生產或維修工作中，操作者一般采用以下方式解決測量問題：

（1）自制臨時性表筆：很多電子設備維修人員采用廢舊的材料自制萬用表表筆，如用圓珠筆筒、細的絕緣銅線、鋼針等自制簡易表筆，利用鋼針的細尖進行測量，這種表筆從萬用表的連接插孔處開始，測量精度受導體材質和連接穩(wěn)固程度影響很大。

（2）自制臨時性表筆筆尖：一般選用較細的金屬針，如大頭針、曲別針通過一定方式與萬用表表筆針相連接形成更細小的尖形筆尖；這種筆尖從萬用表表筆針和自制筆尖連接處開始，測量精度受筆尖導體材質和連接穩(wěn)固程度的影響，由于測量線路在原表筆上增加的附件少，測量精度的可靠性優(yōu)于第一種方式，但筆尖的制作略顯粗糙。

（3）市場上也有一些廠家生產出筆尖特尖形的萬用表表筆，顯然測量精度優(yōu)于上述方式。

但上述三種尖形表筆在測量間距很近的頭針時，易滑動而造成接觸不良或短路。通過查新，目前萬用表附件的專利中，在仍使用原來萬用表表筆與附件連接的情況下，有多種結構的測量小孔型接線端的萬用表附件，測量密排小針型接線端的附件還沒有。

為此設計一種既能測量小尺寸針形又能測量小尺寸孔形接線端的萬用表表筆輔具。

2 可穩(wěn)定接觸“小尺寸針和孔”的伸縮式萬用表表筆輔具的設計方案

輔具有兩類，每類輔具都由套筒、彈簧、緊定螺釘和可移動筆尖四個零件組成，為加工使用方便，這兩類表筆輔具中的套筒、彈簧、緊定螺釘相同，只是可移動筆尖不同。兩類可移動筆尖均有導向大端和測量頭部組成，兩類筆尖的導向大端部分相同，只是筆尖測量頭部不同，分別做成針型和孔型，見圖1；測量小尺寸的針型端子時用孔型筆尖，孔型筆尖測量頭部的內圓柱孔尺寸稍大于被測量針型端子的尺寸，可以套在被測量針上進行測量，接觸可靠，它能杜絕檢測時接觸不良和短路事故的發(fā)生，如果在孔型筆尖的測量頭部沿軸向對稱切割出兩個通槽，測量稍大一些的針時，孔型筆尖能自動漲開，能進一步擴大測量尺寸范圍；孔型筆尖測量頭部的外圓柱徑向尺寸也很小，測量中心間距1.8MM以上的相鄰密排的針型端子，其測量頭部外徑也不至于相碰而短路；測量小尺寸的孔型接線端和印制線路板上密排的細導線時用針型筆尖,針型筆尖測量頭部是圓錐體，測量頭部的尖端外徑尺寸小，即使測量相鄰密排的細導線也不易相碰而短路。

兩類可移動筆尖都分別裝在同樣的套筒中，此內孔內徑大于萬用表表筆針外徑；并稍大于可移動筆尖導向大端的外徑，此內孔既是輔具和萬用表表筆的連接處，也是可移動筆尖的收容腔,為避免扎人和損壞可移動筆尖，不用輔具時可移動筆尖在彈簧作用下自動回縮進套筒中。套筒的另一底端中心開有底孔，此底孔的外徑大于可移動筆尖測量頭部的外徑，可移動筆尖的導向大端可在圓柱形套筒內孔中滑動，可移動筆尖的測量頭部可在套筒底端圓柱形底孔中滑動，套筒底端厚度取1mm。套筒的內孔內徑與筆尖導向大端外徑和套筒底孔內徑與筆尖測量頭部外徑均有導向作用，但導向作用的實現(xiàn)由可移動筆尖的導向大端與套筒內孔內徑的配合尺寸及套筒和可移動筆尖的加工精度來保障。

為保證可移動筆尖能自由回縮進套筒中，將圓柱形壓縮彈簧套在可移動筆尖的測量頭部，彈簧的外徑大于套筒底端底孔直徑，小于可移動筆尖導向大端直徑；距離套筒內孔端面?zhèn)乳_有公制M3的螺紋孔，其上裝入緊定螺釘，緊定螺釘一方面可以頂緊插入套筒的萬用表表筆針，起連接表筆與輔具的作用，另一方面在撤出表筆時可以擋住可移動筆尖導向大端，使可移動筆尖和彈簧不至于滑出套筒內孔，起到擋塊作用。

使用時，用萬用表表筆針插入套筒內孔中，將可移動筆尖測量頭部頂出套筒底孔，調節(jié)萬用表表筆針插入套筒的長度可以調節(jié)測量頭部伸出套筒底孔的長度。為接觸可靠，最好用萬用表表筆頂緊可移動筆尖。再旋緊緊定螺釘，將萬用表輔具固定在萬用表表筆針上，即可測量。

使用后，將緊定螺釘旋松移出萬用表表筆針，可移動筆尖在彈簧作用下全部收縮至套筒內，且輔具中各零件軸向尺寸能使筆尖回縮后測量頭部最前端剛好與套筒底孔的外底面平行，這樣套筒對筆尖起到很好的保護作用。

表筆輔具共4個，分為兩類，這4個輔具可以根據(jù)所測對象兩兩組合使用。

為了能更好的測量間距3mm以內的頭針和座孔，可將套筒外圓緊定螺釘對面且垂直于緊定螺釘中心孔處的部分磨平，磨削后尺寸保證測量相鄰頭針和座孔時表筆不干涉。

為保證良好的導電性和加工性，表筆輔具選擇H62黃銅作為制作材料，制作好的輔具外面套上絕緣護套。

3 相關尺寸設計思路

（1）測量實際待測的小尺寸針和孔的具體尺寸，為產品的尺寸設計提供依據(jù)。如一種小尺寸對插航空插頭，航空插頭針的尺寸是針長約為8mm，直徑約為Ф1.2mm；孔徑約為Ф1.2mm，孔長為11mm；相鄰針或孔中心距是3mm。萬用表表筆針直徑約Ф2mm，長17mm。

圖1

（2）根據(jù)上述解決方案，在滿足使用可靠和方便實用的前提下，盡量選用現(xiàn)有的標準件和通用設備，以便于加工和降低成本。為此對生產廠家銅棒，鉆頭、絲錐、彈簧等尺寸系列進行了查閱。確定銅棒尺寸Ф5mm。彈簧尺寸為：外徑Ф2.4mm，內徑Ф1.8mm，彈簧鋼絲直徑Ф0.3mm，其自由高度為8mm，壓并高度為2.4mm。

（3）基本尺寸設計如下：

①徑向基本尺寸設計

由方案可知，套筒內孔應大于彈簧外徑和萬用表表筆針直徑，取套筒內孔直徑Ф2.5mm。

可移動孔型筆尖徑向基本尺寸設計：為實現(xiàn)一定測量范圍，測量頭部內孔取Ф1.3mm，其測量頭部外圓柱面也是壓縮彈簧的工作桿徑，參照彈簧尺寸，取其外圓柱面直徑Ф1.75mm，小于彈簧內徑Ф1.8mm，這時Ф1.3mm孔徑處的壁厚是0.225mm。其導向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱體。

套筒底孔直徑取Ф1.8mm，小于彈簧外徑Ф2.4mm，筆尖導向大端直徑取Ф2.45mm；按上述數(shù)據(jù)選取有如下關系：套筒底孔直徑-頭部圓柱部分外徑=Ф1.8mm-Ф1.75mm=0.05mm，套筒內孔直徑-筆尖導向大端直徑=Ф2.5mm-Ф2.45mm=0.05mm，均小于0.3mm。因此彈簧不會從孔隙滑出。

因套筒外徑取Ф5mm，套筒內徑取Ф2.5mm，則套筒壁厚是1.25mm，其上鉆M3螺紋孔，公制單頭M3螺紋，其底孔直徑也是Ф2.5mm，其牙距是0.5mm，此壁厚可以保證至少兩個牙受力；如選細牙單頭M3螺紋，其牙距是0.35mm，此壁厚可以保證至少3個牙受力，由于是手擰螺絲，可以選用通用的公制M3螺紋。

可移動針型筆尖基本尺寸設計：為統(tǒng)一尺寸標準，便于加工及裝配，兩類筆尖導向大端部分相同，即導向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱體，測量頭部緊鄰導向大端處是Ф1.75mm×1mm的圓柱，其余部分是10mm長的針型筆尖。

②軸向基本尺寸設計

為實現(xiàn)導向作用，兩類可移動筆尖的導向大端長度取5mm，考慮零件強度，緊定螺孔中心距套筒端面距離2.5mm。

設可移動筆尖外伸長度為8mm時：長度為5+2.4+1+8=16.4mm取整數(shù)值16mm。當取可移動筆尖外伸長度為2mm時，套筒底端厚1mm，筆尖與緊定螺釘右側面接觸時，筆尖在套筒內孔中長度為：16-2-1=13mm如圖2所示。

則套筒內孔長度：1+3+13=17mm。

此時彈簧剛好處于無壓縮狀態(tài)。

圖2

此時，萬用表表筆插入套筒最大深度：17-（5+2.4）=9.6mm。

由于9.6mm<17mm，所以萬用表表筆能插入并頂緊可移動筆尖。

由此可見套筒可以適當加長，如取套筒孔深19mm亦可。此時筆尖剛好完全回縮入套筒中。

由以上數(shù)據(jù)推出：套筒內孔深選19mm，套筒全長20mm，套筒內孔直徑2.5mm，套筒外圓柱直徑5mm；兩類可移動筆尖導向大端都是Ф2.45mm×5mm的圓柱，筆尖總長度選16mm，孔型筆尖測量頭部外圓是Ф1.75mm×11mm，其頭部小端鉆Ф1.3mm×10mm內孔形成孔型筆尖，針型筆尖1緊鄰大端的頭部是Ф1.75mm×1mm的圓柱，其余10mm加工成針型筆尖形狀。