BBC Goerz Metrawatt
MA 5D Multimeter
Die Vorgeschichte
Das MA 5D ist ein weit verbreitetes und hochwertiges Tischmultimeter mit einer fünf-stelligen Anzeige. Es punktet besonders mit seiner hohen Auflösung und seinen vielen Messbereichen.
Nach der Reparatur von drei dieser Multimetern fasse ich im folgenden die häufigsten Fehlerquellen zusammen. (Das folgende Bild zeigt zwei der ehemals defekten Multimeter)
Die Fehlerquellen
Während meiner Reparaturen sind mir zwei große Fehlerquellen und mehrere kleine Probleme aufgefallen. Die Abarbeitung der Fehler wird in folgender Reihenfolge durchgeführt:
- Defekte Wahlschalter (Messbereich und Messgröße)
- Defekter Analogschalter IC - ICL8053
- Kleinere Probleme
Fehlerquelle 1 - Defekte Wahlschalter
Alle drei reparierten Multimeter hatten einen gemeinsamen Fehler: Mindestens einer der zwei Drehschalter war defekt. Bemerkbar macht sich dieser Fehler, indem die Anzeige des MA 5D in jeder Schalterstellung immer die gleichen oder komplett zufällige Werte darstellt.
Das Problem liegt hierbei in der mechanischen Konstruktion der Schalter. Jeder Knauf der zwei Drehschalter bewegt intern fünf Schaltmechanismen. Im Laufe der Benutzung trocknet das Schmiermittel der Schleifkontakte aus und die Drehbewegung wird schwerfälliger. Die zusätzlich auftretende Last sorgt schließlich für den Defekt der Schalteinheiten. In dem nachfolgenden zwei Bildern ist die Plastikstruktur der Schalter zu sehen. Der Knauf samt Vorrichtung zum Einrasten der Schaltpositionen ist mithilfe von Pressverbindungen mit den Schalteinheiten verbunden. Drei Plastikstifte dienen der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen. Die Stifte der ersten Schalterstufe sind aufgrund der hohen Last durchgebrochen.
Als Reparaturlösung werden Schrauben anstelle der gebrochenen Plastikstifte eingesetzt. Hierzu werden drei der sechs Löcher in der defekten Schalterstufe durchgebohrt. Wichtig ist, dass die vorher unbenutzten Löcher verwendet werden, da sonst die Schalteinheit nicht wieder zusammengefügt werden kann. Es werden M2 Schrauben mit einer Länge von 20mm verwendet. Auch Plastikschrauben (wie im nächsten Bild) oder sonstige Metallstifte können verbaut werden.
Beim Zusammenbau der Schalteinheiten ist es ist extrem wichtig die Orientierung der einzelnen Schaltelemente wiederherzustellen. Hierzu habe ich beim Ausbau Markierungen ins Plastik geritzt. Falls die originale Ausrichtung verloren geht muss die Schalterposition mithilfe des Schaltplans ermittelt werden: Zuerst müssen die noch eingebauten Drehschalter in eine definierte Position gebracht werden, da sie oftmals zwischen zwei Positionen stecken bleiben. Im Anschluss kann mithilfe eines Multimeters die Schalterposition gemessen werden. (Für den Messgrößen-Wahlschalter sind in der Galerie zwei Bilder zur Ermittlung der Schalterpositionen vorhanden.) Die reparierte Schalterstufe, samt Drehknauf kann nun entsprechend der vorgegebenen Schalterposition aufgesteckt werden.
Fehlerquelle 2 - Defekter ICL8053
Der infrage kommende Analogschalter ist eine bekannte Fehlerquelle des MA 5D. In einem der Multimeter war dieser Chip defekt und in zwei anderen war er durch eine Ersatzplatine ausgewechselt. Der ICL8053 ist mit der Kennzeichnung V47 im Datenblatt gekennzeichnet.
Die Symptome dieses Fehlers belaufen sich darauf, dass alle Messbereiche eine "2" anzeigen, außer der Kapazitätsbereich. Die Ziffer Zwei zeigt den Überlauf des Messwertes an. Die Messung von Kapazitäten erfolgt nicht mithilfe des ICL8053, weshalb sie in dem beschriebenen Fehlerfall noch problemlos funktioniert.
Die Lösung des Problems besteht in der Auswechslung des geforderten Chips mit einem baugleichen Teil oder mit einer Ersatzschaltung. Da der ICL8053 heutzutage schwer erhältlich ist, habe ich selber eine Ersatzschlatung entworfen.
Zur Schaltung:
Die entworfene Ersatzschaltung, zum Auswechseln des ICL8053A, besteht aus zwei DG212BDY Analogschaltern. Diese genannten ICs werden zweifach benötigt, da intern jeweils nur vier Analogschalter verbaut sind. Zur Nachempfindung der Funktionalität des ICL8053, mit sechs Analogschaltern, werden daher pro verwendeten DG212B nur drei interne Schalter benutzt. In den oberhalb dargestellten Bildern ist der Prototyp dieser Ersatzschaltung und die daraus entstandenen Platinen zu sehen. Mithilfe von zwei unterschiedlich langen gewinkelten Stiftleisten (Pin-Header) wird die Platine senkrecht in das MA5D eingebaut. Die Maße der gefertigten Platine sind so gewählt, dass sie innerhalb des DIP-14 Fußabdrucks des ICL8053 problemlos reinpasst.
Da an den Anschlüssen des ICL8053A keine Masse angeschlossen ist, wird mithilfe eines externen Kabels die Masse von einer benachbarten Abschirmung abgegriffen (siehe Bild). In der ersten Verision der Ersatzschaltung war dies nicht der Fall, da hier die Masse über Pin4 geleitet wurde. Laut Schaltplan des MA5D sollte an diesem Anschluss Masse anliegen, aber in der Praxis hat diese Verbindung nicht funktioniert.
Fehlerquelle 3 - Kleine Probleme
Ein unvermeidbares Problem ist der auftretende Defekt der Abdeckung des Sicherungshalters. Wie im ersten (großen) Bild dieses Artikels zu sehen ist, sind die Schlitze der Abdeckungen angebrochen. Die Schlitze dienen zur Öffnung des Sicherungshalters, damit die Messsicherung ausgewechselt werden kann. Ich habe bisher keine Lösung dieses Problems gefunden.
Ein zweites Problem ist, dass der Transformator im inneren des MA 5D bei Netzbetrieb (230V) sehr warm wird. Ich weiß nicht ob dieses Verhalten standardmäßig nach der Produktion aufgetreten ist, oder aufgrund des Alters zum Vorschein kommt. Eine Lösung ist die Verwendung von Batterien. Diese Alternative ist jedoch kostspielig, da die geforderten Zellen heutzutage rar sind. Außerdem kann ein Lüfter an das Multimeter angebaut, oder ein externes 5V Netzteil verwendet werden. Beide dieser Methoden erfordern, dass Löcher in das Gehäuse gebohrt werden. Ich betreibe meine eigenen MA 5D mit Batterien.
Galerie
Hier sind weitere Bilder des Auseinander- und Zusammenbau zu finden. Ebenfalls sind Aufnahmen der ICL8053-Ersatzplatinen von Metrawatt und von mir dargestellt.
Weiterführende Links
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