Reinhard Weiß
MASTECH M9803R Tischmultimeter

M9803RDas Tischmultimeter M9803R gibt es seit einiger Zeit bei pollin.de für ca. 80 € (Bestell-Nr. 830 256). Dies ist für ein Gerät mit diesen Eigenschaften schon recht günstig. Seine Besonderheiten sind neben den umfangreichen Messbereichen u.a. True RMS (Effektivwertmessung von Wechselspannungen), ein großes beleuchtetes Display mit Balkenanzeige, eine alternative Stromversorgung über Netz oder 2 verschiedene Batteriesätze (Block und AA), sowie eine potentialgetrennte RS232-Schnittstelle mit Software für die Protokollierung auf dem PC. Auf der Bestellseite kann man sich auch vorab die Bedienungsanleitung herunter laden.

Zur Reparatur des Netztrafos


RS232-Schnittstelle Teil 1 (Hardware)

Die potentialgetrennte RS232-Schnittstelle benötigt zur Kommunikation mit dem PC neben Masse (GND) nur den seriellen Datenausgang (geht an RxD vom PC), und zur Stromversorgung die Signale DTR(+) und TxD(-). TxD wird nicht zur Kommunikation benötigt und muss auf negativ (1) bleiben, DTR muss aber von der Software beim Start auf positiv (1) gesetzt werden. Sobald am Gerät mit der RS232-Taste die Betriebsart eingeschaltet wurde, beginnt die Aussendung. Nachfolgend die Schaltung der Signalerzeugung, die ich aufgenommen habe (Irrtum vorbehalten).

RS232 Stromlauf

Mein Problem

Bei mir habe ich nun das Problem, dass die Amplitude der Telegramme oft nicht ausreicht, so dass dem PC einzelne Bytes verloren gehen. Das merkt man etwa daran, dass das mitgelieferte Programm beim Protokoll nicht in jeder Sekunde mitschreibt, sondern oft nur jede 2. oder 4. Sekunde. Eigentlich müssten 2 Werte je Sekunde aufgezeichnet werden. Hier ein Auszug aus einem Protokoll der Software:

.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:02#,"O",1,#TRUE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:05#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:09#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:12#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:14#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:16#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:19#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:22#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:25#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.4,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:27#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.3,#2010-09-02#,#1899-12-30 12:05:31#,"O",1,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999

In der Uhrzeitspalte sieht man den Zeitstempel, wo man schwankende Abstände von 2 bis 4 sec erkennt. In der Grafikanzeige der Software sieht man in diesen Fällen auch einen ungleichmäßigen Fortschritt, manchmal sogar einen scheinbaren Stillstand, wenn man genau hinschaut. Tatsächlich wird aber alle 500 ms ein Doppel-Telegramm (2 gleiche Telegramme mit 2 x 11 Bytes) gesendet, also müssten pro Sekunde auch 2 Messwerte protokolliert werden. Wenn die Übertragung funktioniert, sieht es hingegen etwa so aus:

.237,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:10#,"ACmA",3,#TRUE#,#TRUE#,99999,99999
.236,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:10#,"ACmA",3,#FALSE#,#TRUE#,99999,99999
.235,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:11#,"ACmA",3,#FALSE#,#TRUE#,99999,99999
.234,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:11#,"ACmA",3,#FALSE#,#TRUE#,99999,99999
.234,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:12#,"ACmA",3,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999
.234,#2010-08-02#,#1899-12-30 00:19:12#,"ACmA",3,#FALSE#,#FALSE#,99999,99999

Hier ist deutlich zu sehen, dass jede Sekunde 2 Messwerte empfangen und protokolliert werden. Der Grund für dieses Verhalten ist sofort klar, wenn man sich die Amplitude des Sende-Signals vom Gerät anschaut. Bei mir sieht es so aus:

RxD M9803R

Die 0 V-Linie ist in der Mitte ("1"-Markierung am linken Rand), wir haben 2 V pro Teil in Y-Richtung. Links außen ist der Ruhepegel bei ca. -2,8 Kästchen, also knapp -6 V (low, logisch 1). Die ansteigende Flanke markiert das 1. Startbit der Übertragung. Dabei springt die Spannung auf +8 V (high, logisch 0), wobei die nachfolgenden High-Pegel "exponentiell" abfallen, bis auf ca. 1,5 V rechts außen (0,7 Kästchen). Die Zeitskale ist 2 ms pro Kästchen, die Bytes kommen alle 1,04 ms. In dem Bild sind also etwa 19 Bytes des Doppel-Telegramms (22 Bytes) dargestellt.

Nach dem RS232-Standard müssten die Sendepegel aber bei mind. +/- 5 V liegen. Die Empfangsschwellen (hier beim PC) sollten danach bei +/- 3 V sein. Die üblicherweise im PC benutzten IC bei den COM-Schnittstellen sind aber genügsamer, denn sie arbeiten oft mit üblichen Logikpegeln, wo für low typisch 1,5 V (min. 0,8 V) bzw. für high 1,8 V (max. 2,4 V) als Umschaltschwelle benutzt wird. Erreicht der High-Sendepegel also nicht 2,4 V, kann es kritisch werden, die gemessenen 1,5 V des Multimeters sind auf jeden Fall zu knapp für den Empfänger im PC. In Folge dessen werden die Bytes teilweise nicht oder nur fehlerhaft erkannt. Bei der Dekodierung der empfangenen Telegramme in der Software werden fehlerhafte Daten ignoriert, so dass diese Datensätze dann fehlen.

Die Ursache

Die Ursache für dieses Verhalten habe ich nun gefunden, als ich das Gerät geöffnet habe. Das folgende linke Bild zeigt das Detail mit dem "Optokoppler", der hier nicht aus einem Standardbauteil besteht, sondern eine normale IR-Sendediode (links, transparent) und eine Photodiode als Empfänger (rechts, dunkel) benutzt. Die beiden Bauelemente haben einen Abstand von ca. 1 mm. Daran fällt zunächst nichts auf.

Optokoppler1 M9803R

Optokoppler2 M9803R


Aber bei Bernhard Redemann habe ich zufällig ein Foto derselben Stelle aus seinem Gerät gesehen, die ganz anders aussieht, rechtes Bild (mit freundlicher Genehmigung von (C) Bernhard Redemann). Hier sind die beiden Bauteile ganz dicht beisammen und berühren sich sogar. Das verbessert natürlich das Übertragungsverhältnis. Bei genauerer Betrachtung fällt mir auch noch auf, dass bei mir die beiden Elemente noch nicht einmal genau parallel angeordnet sind, sondern etwas schräg nach oben und in etwas unterschiedlicher Höhe. Dabei geht also einiges an Strahlung der LED verloren. Die Durchsteuerung der Transistoren ist damit nicht mehr gewährleistet, was vor allem den positiven Pegel verringert (siehe Schaltbild).

Die Lösung

Nun wäre es naheliegend, die Teile neu auszurichten. Allerdings ist es sehr schwierig, die kurzen Anschlussdrähte entsprechend zu verbiegen, weil sie extrem kurz sind. Es wäre angebracht, ein Bauteil oder auch beide auszulöten und neu ausgerichtet wieder einzulöten. Da es sich aber bei mir um ein ganz neues Gerät handelt, wollte ich keinen solchen Eingriff vornehmen, um die Gewährleistung nicht zu beeinträchtigen.

Statt dessen habe ich eine ganz andere Lösung gewählt. Es geht ja vor allem darum, die Streustrahlung der Sendediode zu verringern. Zunächst habe ich die Höhe der beiden Elemente etwas genauer ausgerichtet, indem ich die LED etwas nach unten gebogen habe. Dann habe ich einfach ein kurzes Stück eines transparenten (und steifen) Kunststoff-Trinkhalms mit etwa 8 mm Länge längs aufgeschnitten und über die Anordnung gestülpt.

Reparatur OptokopplerDies hat die positive Amplitude des Sendesignals bereits erheblich erhöht. Zusätzlich habe ich aber noch ein Stück Alu-Folie drum gewickelt (als besserer Reflektor) und mit einem weiteren Abschnitt vom Trinkhalm darüber fixiert. Dies ist im linken Bild zu sehen. Die einfachere Möglichkeit, ohne Trinkhalm nur eine Alu-Folie um die Dioden zu legen, hat sich nicht als praktikabel gezeigt, weil sie nicht glatt bleibt. Zumindest ist das nicht so effektiv. Erst die ebene Unterlage mit dem ersten Stück Trinkhalm war geeignet, das Licht ausreichend zu führen. Mit dieser Anordnung stieg die Ausgangsspannung an der kritischen Stelle nun von 1,5 auf 3,7 V!


RS232 Signal nach der ReparaturDas messtechnische Ergebnis sieht man im linken Bild. Dargestellt ist wieder das Sendesignal in der Mitte (grün), das mit der positiven Startflanke des ersten Startbits am linken Rand beginnt (Sprung von -5,6 V auf +8 V). Es handelt sich um den gleichen Betriebszustand wie bei der ersten Aufnahme, auch gleicher Dateninhalt (Ohmbereich 0,5 Ohm). 0 V ist in Bildmitte (linke Markierung "2"). Amplitudenmaßstab ist 2 V pro Kästchen, Zeitachse 2 ms pro Kästchen. Die niedrigste Spannung des positiven Pegels am rechten Rand ist von vorher 1,5 V auf nun 3,7 V angestiegen.

Zusätzlich sind die Signale DTR (oben, gelb) und TxD (unten, gelb) dargestellt, die als Betriebsspannung dienen. Man sieht, dass DTR bis auf etwa 4,8 V absinkt durch die Belastung der Schaltung (im Anfangsbereich puffern die Elkos die Spannung noch). Der Unterschied ist nur noch 4,8 - 3,7 = 1,1 V. Wenn man sich die Schaltung ansieht, dann ist klar, dass die positive Ausgangsspannung kaum noch höher werden kann, weil das in etwa dem notwendigen Spannungsabfall am Kollektor von Q101 entspricht. Das bedeutet, dass diese Änderung schon ziemlich die optimale Verbesserungsmöglichkeit unter den gegebenen Bedingungen erreicht hat.

Ein Hinweis ist noch wichtig: Beim Drüberstülpen der Alu-Folie ist zu beachten, dass damit der Kriechweg zur Trennung zwischen Messkreis (links vom Optokoppler) und Ausgangsschaltung nicht unzulässig verkürzt wird. Es sollte in Summe 8 mm (von Anschluss LED bis Anschluss Photodiode) nicht unterschritten werden. Dies könnte sonst eine Gefahr beim Messen höherer Spannungen darstellen. Daher muss die Folie sehr schmal geschnitten werden. Da vor allem die LED geschirmt werden muss, ist der Alu-Schirm eher nach links an die LED zu verschieben als zur Photodiode. Es empfiehlt sich, die Anordnung mit einem Tropfen Klebstoff zu fixieren.

Die Oszilloskop-Bilder entstanden in der Betriebsart "Ohm" mit kurzgeschlossenen Messleitungen, die Anzeige betrug etwa 0,4 Ohm. In anderen Messbereichen bzw. bei anderen Messwerten sieht es besser aus, d.h. der niedrigste positive Pegel ist da höher als in diesem Fall. Mich würde nun ja mal interessieren, ob andere Benutzer dieses Gerätes ähnliche Erfahrungen gemacht haben, und wie da die Dioden eingebaut sind.

RS232-Schnittstelle Teil 2 (Software)

Neben den Hardware-Problemen ist auch die Art der Datenübertragung etwas mysteriös. Das zeigt sich, wenn man selbst eine Software erstellen möchte, um die Messwerte zu verarbeiten. Das Datenprotokoll gibt es etwa unter www.multimeterwarehouse.com/Ms344_345_9803R_dataprotocol.txt und www.expertprofi.ag.vu/m-980t.html. Als Übertragungsparameter wird "N, 7, 2" angegeben, also 7 Datenbits, kein Paritätsbit, 2 Stopbits. Je nachdem, mit welchem Treiber man die Schnittstelle anspricht, kann das funktionieren. Ich verwende die RSAPI.dll, die auch noch bei ganz anderen Einstellungen die Zeichen empfängt. Es hängt davon ab, wie in den Routinen die Parity-Fehlerüberwachung und der Rahmenfehler behandelt werden. Bei den genannten Quellen für das Protokoll gibt es übrigens noch einen kleinen Fehler: Byte 2 enthält das LSB (d.h. die rechteste Stelle) und Byte 5 das MSB (linkeste Stelle) des Messwerts, nicht umgekehrt.

Die genaue Analyse der Datenstruktur zeigt jedoch, dass es etwas andere Übertragungsparameter sind. Es werden 8 Daten-Bit (0-7) gesendet und 1 Stop-Bit. Die Funktion des Bit 7 ist aber unklar. Es handelt sich jedenfalls nicht um ein Parity-Bit, sondern scheint vom Inhalt unabhängig zu sein, es wird nur bei bestimmten Bytes gesetzt. Es steht auf 1 beim 1. Byte und den Bytes 6 bis 9. Bei allen anderen Bytes ist es immer 0. Man könnte also mit "N, 8, 1" fehlerfrei empfangen und bei jedem Byte das Bit 7 rücksetzen (maskieren).

Ich habe mir für Excel ein einfaches VBA-Programm gebastelt, mit dem ich die Messwerte direkt auf einem Tabellenblatt eintragen lassen kann. Es hat aber derzeit nur experimentellen Charakter.

Sonstiges

Es gibt von Bernhard Redemann unter www.mikrocontroller.net/articles/Umbau_des_DMM_M9803_mit_Bluetooth eine interessante Bauanleitung, wie man sich die RS232-Schnittstelle des Gerätes auf Bluetooth umrüsten kann. Bitte beachten Sie aber, dass die Herausführung der internen Betriebsspannung (9 V) an den SubD-Stecker gefährlich ist, weil bei Messung höherer Spannungen dann eine gefährliche Berührungsmöglichkeit besteht. Die Spannung liegt ja auf dem Niveau des Messkreises. Außerdem entsteht eine Vermaschung des potentialfreien Messkreises mit der Ausgangsbeschaltung der seriellen Schnittstelle, wenn die Bluetooth-Elektronik sowohl mit dieser Spannung als auch mit den seriellen Signalen arbeitet. Daher sollte der Adapter nur unzugänglich nach innen verlegt und die SubD-Buchse deaktiviert werden.

Meine Begeisterung für dieses Tischmultimeter hält sich in Grenzen. Neben den beschriebenen Problemen mit der Schnittstelle sind mir inzwischen einige Fehlfunktionen aufgefallen, die mir zu denken geben. Immer wieder einmal hängt sich die Anzeige auf, geht etwa auf Overflow und piepst, manchmal entstehen unplausible Restanzeigen ohne Signal (bei kurzgeschlossenen Eingängen), die RS232-Taste reagiert manchmal nicht, oder die Übertragung stoppt plötzlich. All das ist nach Aus-/Einschalten wieder ok. Aber so etwas sollte eigentlich nicht vorkommen.

Noch ein wichtiger Hinweis zur Echt-Effektivwert-Messung im AC-Bereich. Die Besonderheit beim M9803R ist, dass nur der Wechselspannungsanteil bewertet wird, also die Gleichspannungskomponente (entspricht dem Gleichspannungsmittelwert) unberücksichtigt bleibt. Um den tatsächlichen Gesamt-Effektivwert zu bekommen, muss man neben der AC-Messung noch eine DC-Messung des Signals vornehmen und dann die beiden Werte quadratisch mitteln.

Beispiel: Man möchte den Echt-Effektiv-Wert der Spannung messen, die bei Netzwechselspannung (230 V AC) hinter einer Einweggleichrichtung (einfache Diode) an einer Last entsteht. Die betrachtete Kurvenform ist in nachfolgendem Bild dargestellt.

RMS Sinus HWBei 230 V Wechselspannung ist der Spitzenwert (U peak) also etwa 325 V. Der Echt-Effektivwert dieser Spannung ist dann U RMS (AC+DC) = 163 V. Das Mastech-Gerät und auch viele andere Messgeräte (etwa die Fluke Multimeter 8060A, 8062A, 87, 289) zeigen im AC-Bereich aber 126 V an. Dieser Wert ist der reine AC RMS, ohne den Gleichspannungsanteil. Der Gleichspannungsmittelwert U DC ist 103 V, den man im DC-Messbereich messen kann. Den gesamten Effektivwert erhält man erst durch quadratische Mittelung: U RMS (AC+DC) = SQR ( (U RMS AC only) ^2 + (U DC) ^2 ) = 163 V.


Diese Eigenart ist ziemlich überraschend und steht nicht im Handbuch. Wenn man das nicht berücksichtigt, kann das zu erheblichen Messfehlern führen. Ein dem Mastech vergleichbares Messgerät derselben Preisklasse, das UT-803, zeigt diesen Fehler übrigens nicht, wie J. Glüder (DL1BIB) dankenswerterweise in Vergleichsmessungen festgestellt hat.

Ein Messgerät, das keine Echt-Effektivwert-Messung vornimmt, würde übrigens hier etwa 115 V im AC-Bereich anzeigen (Mittelwert * 1,11).

Ich würde mich freuen, wenn andere mir über ihre Erfahrungen mit diesem Gerät berichten würden.

Reparatur Netztrafo

(Stand 27.12.2014)

Nach einiger Zeit trat bei meinem Gerät ein Netzteilfehler auf, bei dem die Schmelzsicherung mehrfach ansprach, selbst als ich sie gegen eine deutlich stärkere austauschte. Es war zu erkennen, dass im Bereich der Anschlussdrähte am Wickelkörper Überschläge passierten. Hierbei handelte es sich offenbar um einen Windungsschluss (und/oder Isolationsschaden), der den Trafo unbrauchbar machte. Der Trafo musste also getauscht werden. Allerdings kann man den nirgendwo als Ersatzteil beziehen, auch ähnliche geeignete Bauformen (EI 35 geschirmt, mit herausgeführten Drähten) habe ich nicht gefunden.

Daher habe ich mich entschlossen, hierfür einen Standard-Printtrafo einzusetzen. Mit einer kleinen Printplatte als Halter kann man den auf dem Einbauplatz des alten Trafos unterbringen. Soweit ich die Eigenschaften des defekten Trafos noch ermitteln konnte, schien mir eine 15 V-Wicklung von einem 4,5 VA-Printtrafo als gut geeignet. Ich habe den Hahn BV EI 382 1193 gewählt (etwa bei pollin.de unter 300531 für 3,50 €). Für den habe ich eine kleine Platine gemacht (Bild links; Nr. 01/2014), bei der die Anschlüsse über 2,8 mm Flachstecker kontaktiert werden können. Das Bild rechts zeigt die eingebaute und angeschlossene Platine.

Trafo M9803R Trafoeinbau M9803R

Um die Platine einbauen zu können, müssen in der Geräte-Rückwand die Haltestege des alten Trafos (Bild unten links) entfernt werden. Sie müssen in der Höhe so weit abgefräst/abgesägt werden, dass sie etwa in der Höhe der Gewindebuchsen bzw. der mittleren Rippen bleiben (Bild unten rechts). So kann die Platine direkt auf die vorhandenen Gewindebuchsen angeschraubt werden.

Halterungsstege Halterungstege entfernt

Die im linken Bild zu sehende Erdleitung mit der Ringöse war am Blechpaket des alten Trafos kontaktiert, sie wird nicht mehr benötigt. Sie kann mit der unteren Befestigungsschraube fixiert werden.

Hier noch ein paar Messwerte, die ich mit dem Hahn-Trafo ermittelt habe:

(die Messung der Netz-Wechselstromwerte erfolgte mit dem ELV EA8000)

Übrigens hat ein alter VAC-Trafo vom Typ TFB468/010-01-N2 (2 x 6 V, 2 x 2,5 VA) etwa vergleichbare Messwerte, außer dass die Scheinleistung 2 bis 3 mal so groß ist und die Wirkleistung ist nahezu unveränderlich um 5 W (auch bei OFF). Dieser Trafo kann auch auf die Platine 01/2014 bestückt werden. Im Übrigen muss bei Verwendung anderer Trafos darauf geachtet werden, dass die Gleichspannung am Ladekondensator vor dem TO220-Regler 7812 (Pin 1 gegen 2) in allen Betriebsfällen mindestens 14,0 V erreicht, wobei noch der Brumm zu berücksichtigen ist, der etwa 2-3 Vss betragen dürfte (470 µF @ 100 mA), was also einen Mittelwert von mind. 15,5 V verlangt. Das gilt natürlich auch bei der untersten Netzspannungslage.

 

[ Übersicht | SiteMap & Links | Verkäufe Akt. | Verkäufe Hist. | EURACOM | GPS Navigation | M4650CR | M9803R | Back-UPS | Oki C5400 | GS9000 | Impressum & Kontakt ]

nach oben Menü Home

© Reinhard Weiß 2013, letzte Änderung: 28.12.2014 1:03 / 4