Аппаратуру — под постоянный контроль: обзор встраиваемого цифрового вольтметра-амперметра

Обзор посвящен цифровому встраиваемому вольтметру-амперметру, с помощью которого легко можно организовать постоянный контроль параметров питания какого-либо устройства.

Этот вольтметр-амперметр недорог и занимает очень мало места, но есть у него свои особенности применения, которые будут рассмотрены в обзоре.

Технические характеристики встраиваемого цифрового вольтметра-амперметра

Конструкция и схемы подключения цифрового вольтметра-амперметра

Вольтметр-амперметр поставляется в виде основного блока и пары кабелей для подключения:

Основной блок, несмотря на небольшие габариты, отвечает одновременно и за измерение, и за индикацию.

Верхний на фото кабель — двухпроводной, с толстыми жилами; он предназначен для подключения к цепи измерения тока. Важно: прибор измеряет ток в «земляном» проводе контролируемого источника питания, а не в положительном!

Второй кабель — трёхпроводной, с тонкими жилами; он предназначен для измерения напряжения. Земляной (чёрный) провод через основной блок соединён с чёрным проводом измерения тока; так что в большинстве случаев его можно вообще не подключать.

Желтый провод предназначен для подключения измеряемого напряжения (строго положительной полярности относительно собственной земли прибора); а красный — для подачи питания.

Если измеряемое напряжение будет укладываться в допустимый диапазон питающих напряжений (4...28 В), то желтый и красный провода можно соединить вместе. В этом случае прибор будет питаться прямо от измеряемого напряжения; но следует иметь в виду, что на измеряемое напряжение наложится небольшое дополнительное потребление от прибора.

Вставленные кабели увеличивают габариты прибора по глубине:

Этот факт надо иметь в виду, если пользователь  собирается установить прибор в ограниченном пространстве.

Есть и ещё одни конструктивные «грабли».

На верхней и нижней грани прибора есть защёлки, которые должны его удерживать в приборной панели. Так вот, они упираются в светодиодные индикаторы прибора и не работают.

Эта проблема — решаемая. Надо сначала извлечь плату прибора (делается несложно), установить корпус прибора в щиток, а затем снова вставить плату в корпус.

Вот теперь, кстати, извлечём плату и осмотрим её; сначала — со стороны элементов:

Хотя элементов здесь — немного; здесь очень даже есть, о чем поговорить. :)

Начнём с того, что микроконтроллер, отвечающий за собственно измерение и индикацию, оказался секретным (без маркировки). Но работает исправно.

В левом нижнем углу — линейный стабилизатор напряжения M5333B с выходом на 3.3 В, от него и питается прибор.

У правого края платы расположен толстый шунт, изогнутый в виде скобы. Он отвечает за измерение тока.

Между разъёмами уютно расположилась микросхема LM358 (сдвоенный операционник). Она отвечает за усиление падения напряжения на шунте и, возможно, за что-то ещё.

Но самое важное на плате — это два подстроечных резистора, обозначенные как V_ADJ и I_ADJ. Из их наименований очевидно, за что они отвечают.

А следующий, ещё более важный вывод, состоит в том, что в следующей главе обзора будет проверяться не точность работы прибора как такового, а точность его фабричной настройки!

В случае, если настройка оказалась неточной (или если вдруг изготовитель вообще забыл её выполнить, это Китай всё-таки), то пользователь сам сможет выполнить настройку (при наличии достаточно точных приборов для сравнения).

Теперь, для проформы, посмотрим на плату со стороны светодиодных индикаторов:

Здесь нет ничего, кроме индикаторов и технологических контактов.

На индикаторах приклеена защитная плёнка (можно видеть, что её края слегка выступают за индикаторы). Я её сдирать не стал, т.к. она нисколько не мешает видеть показания индикаторов.

Итак, производим первое включение прибора, которое можно назвать опробованием, — просто проверка, работает ли он вообще:

Для опробования был использован литий-ионный аккумулятор в формате батарейки «Крона» с измерением по прибору только напряжения.

Первое включение прошло успешно.

Теперь, после всего сказанного, можно посмотреть на типовые схемы подключения вольтметра-амперметра.

Первая схема — универсальная, которая подходит на все случаи жизни; а вторая — на тот случай, когда вольтметр будет питаться измеряемым напряжением (что возможно, если оно будет находиться в пределах 4...28 В):

А теперь — третья схема, которая напрямую к тестируемому прибору не относится. Она пригодится, если пользователю потребуется прибор с пределами измерения тока свыше 10 А. В этом случае потребуется приобретение прибора с внешним шунтом; а выглядеть подключение будет выглядеть так:

С теорией всех вопросов разобрались, теперь приступаем к контролю функционирования прибора.

Тестирование цифрового вольтмера-амперметра

Сначала был замерен собственный ток потребления прибора, он составил 9.4 мА при питании 12 В.

Входное сопротивление вольтметра прибора было измерено банальным мультиметром, оно составило 76 кОм.

Для тестирования в режиме питания от измеряемого напряжения был собран «на коленках» нехитрый стенд, состоящий из двух мультиметров, лабораторного источника питания Longwei (30 В, 10 А), и мощной нагрузки, сопротивление которой вместе с соединительными проводниками составило ровно 3 Ом.

Далее — фото результатов измерений при напряжении на источнике питания 4 В, 10 В, 20 В и 30 В:

В целом, по измерению напряжения прибор уложился в заявленную погрешность, кроме измерения с самым низким напряжением (4 В).

По току погрешность оказалась выше заявленной и достигла 2-3%.

Но всё это — в допущении, что используемые для сравнения мультиметры дают точные измерения, хотя и они тоже имеют какую-то погрешность. Так что я удовлетворился полученными данными и не стал ничего подкручивать.

Но давайте ещё раз вернёмся к последней картинке, где напряжение — чуть выше 30 В.

В этом случае мультиметр показал ток 10.15 А, а прибор — 9.99 А.

Эти показания (9.99 А) — просто его потолок; а затем амперметр «застревает» на этом значении и никак не сообщает, что произошло превышение пределов измерения. Так что просто надо иметь в виду, что если прибор показывает такое значение, то на самом деле ток не 9.99 А, а выше.

Есть, конечно, некоторая вероятность того, что сила тока и вправду составляет 9.99 А, но эта вероятность — невелика.

Измерения напряжения это тоже касается, там оно «застревает» на значении 99.9 В.

Теперь проверим работу только вольтметра для ситуаций, когда измеряемое напряжение не входит в рамки 4-28 В, и питать прибор измеряемым напряжением нельзя.

Вот две картинки для очень низкого и очень высокого напряжения. В качестве источника низкого напряжения использована мизинчиковая батарейка марки «Extra Super» :), а в качестве источника высокого напряжения — блок питания для светодиодного светильника. И вот результаты:

Здесь результаты — ожидаемые: на высоких напряжениях точность — хорошая, а на низких — падает.

Кстати, на многих фотографиях видно, что яркость свечения разных сегментов индикатора будто бы разная. Это связано со строб-эффектом.

Сегменты индикатора светятся не одновременно, а подсвечиваются последовательно; и на фото в течение времени выдержки может попадать разное количество «подсветок» сегментов.

Всё, пора переходить к итогам.

Итоги и выводы

Протестированный прибор показал полную функциональную пригодность, но при этом надо иметь в виду некоторые ограничения.

Этот прибор измеряет только постоянные ток и напряжение, и только положительной полярности. Для измерения отрицательных значений тока и напряжения в аппаратуре, имеющей напряжения разных полярностей, можно землю прибора подключить к минусу источника питания, а плюс прибора — к земле источника.

Если же необходимо измерить ток в аппаратуре, имеющей несколько рабочих напряжений, то применение усложняется: каждый источник положительной полярности должен иметь раздельную землю, так как именно в ней и измеряется ток. Иначе (при общей земле) будет измерена сумма токов всех источников.

Переменный ток нельзя измерить совсем никак.

Перед применением прибора было бы очень неплохо сверить его показания хотя бы с обычным мультиметром. Возможно, потребуется его небольшая подстройка (но не факт).

Купить прибор или проверить актуальную цену на Алиэкспресс можно, например, здесь. Цена на момент составления обзора -$3, но на странице продавца ещё есть купон на $1, так что прибор будет стоить только $2. Если купона не будет — то имеются и другие продавцы (прибор — не дефицитный).

Там же можно найти множество других модификаций прибора — с разными пределами измерений по напряжению и току (для высоких токов потребуется докупить шунт), с 4-разрядными индикаторами, с индикаторами других цветов.

Всем спасибо за внимание!