Цифровой ваттметр в розетку со счетчиком энергии: обзор устройства и определение нижнего предела функционирования

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Обзор | Инструменты

   Ваттметр (измеритель мощности электрического тока) кажется элементарным прибором, но на самом деле он должен выполнить непростую математическую задачу.
   Ведь это только в школьном учебнике физики для получения мощности просто надо перемножить ток на напряжение!
   А по жизни ток может иметь гораздо более сложную форму, чем синус или постоянный ток; причем фаза тока и напряжения могут не совпадать, и всё это надо как-то учесть.
   Современные цифро-аналоговые процессоры (можно назвать микроконтроллерами) позволяют эту задачу решить прямым вычислительным способом: взять величину тока и напряжения за каждый дискрет времени, перемножить их и просуммировать за некоторый интервал времени; в результате чего получить мощность и ещё кучу разнообразных параметров.
   В этом обзоре будет рассмотрена одна из многочисленных разновидностей такого рода приборов:

(изображение с Алиэкспресс)

 Несколько слов, поясняющих, почему точное значение мощности нельзя получить, просто взяв и перемножив ток на напряжение.

  Такой способ — вполне корректен для «идеального» синуса, у которого ток точно совпадает по фазе с напряжением; но в наших розетках нет идеального синуса и нет точного совпадения по фазе тока и напряжения!

   Вот пример осциллограммы напряжения в розетке:

   Иными словами, такая форма напряжения может создать некоторую погрешность метода, причём в данном случае даже затруднительно предсказать знак погрешности.

   А ещё в добавок может быть сдвиг фазы между током и напряжением, разный для разных гармоник сигнала, если в нагрузке присутствует реактивная составляющая.

    И вот здесь на помощь приходят цифровые ваттметры, которые могут всё замерить и посчитать, «как надо»! Причём, смогут замерить не только основной параметр (мощность), но и сопутствующие: ток, напряжение, коэффициент мощности (он же — знаменитый «косинус фи»). И, дополнительно — расход энергии и даже денег. :)

 

Внешний вид, конструкция и схемотехника ваттметра

    Внешний вид ваттметра представлен на следующих фото:

   Ваттметр вставляется прямо в розетку, а в него вставляется питаемое устройство, чью мощность потребления надо измерить. Пользование таким ваттметром удобно и практично!

   Собственно, за это такие приборы и называют в народе «ваттметрами в розетку». Звучит немного жаргонно, но суть отражает верно. :)

   Экран ваттметра — буквенно-цифровой жидкокристаллический, без подсветки.

   Обновление экрана происходит примерно раз в 2 секунды. Это — время накопления и усреднения мощности. Производитель мог бы легко реализовать и более быстрое обновление, но это привело бы к «мельтешению» показаний.

   На задней стороне прибора находится шильдик с его параметрами:

   Всё здесь ясно и понятно, за исключением третьей строки: «Wide voltage range: 230V ----250V».

   Ну какой же он «Wide»?! Это не «Wide», а убожество какое-то! Неужели он при стандартном напряжении 220 Вольт не сможет работать?!

   Как оказалось, сможет. А вопрос о нижней границе работоспособности прибора будет происследован в обзоре отдельно.

   Половинки ваттметра скреплены тремя шурупами и тремя защёлками. Удерживают прибор в собранном виде они очень прочно, но и разборка каких-то больших технологических сложностей не представляет.

   Раскрываем прибор:

   Электронная часть прибора состоит из двух плат.

   Плата на левой половине отвечает за индикацию, а плата на правой половине — за измерения и вычисления.

   С той её стороны, которая обращена к нам, видно несколько важных элементов схемы.

   Зелёненький «бочонок» слева вверху платы — это никель-металлогидридный аккумулятор из 3-х элементов ёмкостью 20 мАч на напряжение 3.6 В. Сразу надо сказать, что он — не для работы прибора, а только для подпитки с целью сохранения параметров при отключении от питающей сети.

   То есть, прибор с ним включится (по нажатию кнопки), но ничего замерить не сможет (если подать на него какое-то небольшое напряжение).

   Под ним — пара электролитов (фильтрация питания), а далее под ними — большой желтый «сухой» конденсатор.

   Посмотрим на него в другом ракурсе:

   Номинал желтого конденсатора — 0.68 мкФ, он работает реактивным гасителем лишнего напряжения для системы питания самого ваттметра.

   Последовательно с ним подключен резистор 33 Ом (справа от конденсатора); он служит для предотвращения резких бросков тока в момент включения ваттметра в розетку.

   А слева от конденсатора — шунт в виде скобы из толстой проволоки. Он нужен для замера протекающего в нагрузку тока.

   Ещё на этой стороне платы находится кварц, необходимый для тактового генератора аналого-цифрового процессора, расположенного на обратной стороне платы. Вот ей сейчас и займёмся.

   Главная микросхема на плате (U3) — специализированный цифро-аналоговый процессор BL6523GX, спроектированный для измерения мощности.

   Его структурная схема (взята из datasheet):

   Рассматривать эту схему не будем, чтобы не утяжелять обзор.

   Ещё одна микросхема (U2), поменьше, — это ATMHK220 24CO2N. Она работает в качестве флеш-памяти с последовательной передачей данных.

   Последняя, самая маленькая микросхема (U3, 78L05) — стабилизатор питания 5 В.

 

Режимы ваттметра

   Посмотрим на органы управления ваттметра:

   На передней панели имеются 5 кнопок: 4 большие кнопки и одна полускрытая кнопка — RESET.

    Кнопкой RESET рекомендую пользоваться при каждом включении прибора в розетку, иначе он может показывать белиберду. После нажатия RESET прибор работает стабильно, проблем нет.

   Из остальных кнопок самая главная — это FUNCTION. С помощью этой кнопки пользователь определяет, какую информацию он желает посмотреть.

   При нажатии на эту кнопку последовательно переключаются по кругу следующие режимы отображения:

  • Время работы (с ненулевой мощностью) + мощность + стоимость (если была установлена цена за КВт*час);
  • Время работы + суммарное потребление энергии (накопление);
  • Время работы + напряжение в сети;
  • Время работы + потребляемый ток + коэффициент мощности (косинус фи);
  • Время работы + минимальная потребляемая мощность за время работы;
  • Время работы + максимальная потребляемая мощность за время работы;
  • Стоимость за КВт*час (просмотр и установка).

  Остальные три кнопки как раз используются для установки цены за КВт*час.

   Как выглядит экран ваттметра в режимах показа напряжения и тока, можно посмотреть на следующих фото (режим мощности был показан выше):

   Теперь перейдём к оценке «профпригодности» ваттметра — его тестированию.

 

Тестирование ваттметра

   Первым делом проверяем точность измерения прибором напряжения и тока. Для этого проводилось сравнение показаний с мультиметром DT9205A:

   Если взять за основу показания мультиметра, то ваттметр слегка занижает показания по напряжению (на 0.7%). Учитывая ограниченную точность обоих приборов, можно считать, что расхождений нет.

   По току расхождение составило чуть больше: 1.5% с тем же знаком (ваттметр показал меньше).

   Соответственно, при измерении мощности эти две погрешности сложатся, и погрешность измерения мощности должна будет составить 2.2%. Но эта цифра — только ориентировочная (с учетом возможной погрешности мультиметра).

   Конечно, по-хорошему надо бы проверять тестируемый ваттметр не с помощью вольтметра и амперметра, а с помощью образцового ваттметра, сертифицированного Ростестом. Но извиняйте: чего нет, того нет.

   Теперь подсовываем прибору простую активную нагрузку — лампу накаливания 25 Вт:

   Эх,  как же он приятен — тёплый ламповый свет! Но речь в данном случае о том, что номинальная мощность лампы подтвердилась с высокой точностью.

Теперь — небольшая таблица с пробными замерами различной аппаратуры, которая покажет, в том числе, как «дурят нашего брата»:

Тестируемая аппаратураНоминальная мощностьИзмеренная мощностьИзмеренный коэффициент мощности
Паяльник25 Вт27.3 Вт0.97
Светодиодная лампа «Старт»10 Вт8.3 Вт0.59
Светодиодная лампа «Старт»15 Вт11.8 Вт0.59
Микроволновка в простое-1.8 Вт0.44
Микроволновка (в режиме 800 Вт)1200 Вт1274 Вт0.91
Зарядка смартфона10 Вт11.1 Вт0.54
Системный блок компьютера (выключен)-2.7 Вт0.35
Системный блок компьютера (включен, в простое)-45 — 67 Вт0.54
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Linpack) - 95 — 98 Вт 0.75
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Большой набор) - 105 — 111 Вт 0.76

   Немного обсудим полученные результаты.

   Микроволновка показала результат заметно выше указанной на ней самой номинальной мощности. Учитывая высокий КПД магнетрона, можно предположить, что и на нагрев продуктов пошло не заданные 800 Вт, а значительно больше.

   Это — пример обмана в пользу потребителя, но одновременно потребителю надо задуматься и о достаточной «прочности» электропроводки.

   Интересной была попытка замерить мощность микроволновки в режиме «320 Вт». Микроволновка периодически то включалась на полную мощность (1274 Вт), то периодически снижала мощность почти до нуля, чтобы в среднем получилось 320 Вт.

   Со светодиодными лампами обман получился уже в обратную сторону, т.е. лампам мощности недодали.

   В тесте компьютера надо иметь в виду, что это был не игровой компьютер, а компьютер офисного типа. Игровой компьютер будет потреблять значительно больше, особенно в моменты наиболее жарких баталий.

   В общем, ваттметр помог совершить много интересных открытий касательно имеющейся в доме аппаратуры.

   Последний вопрос в тестировании ваттметра — нижний предел его работоспособности по напряжению.

   Для выяснения этого вопроса был использован трансформатор ТПП-282-127/220-50 с множеством отводов от первичной обмотки (своего рода замена ЛАТР-у).

   Эксперименты с подключением к разным отводам трансформатора показали, что ваттметр работоспособен при напряжении 112 Вольт и выше (по показаниям самого ваттметра). При более низких напряжениях прибор включался, но ничего не измерял (показывал нулевые ток, напряжение и мощность).

   Таким образом, ваттметр будет работоспособным даже при значительных колебаниях напряжения в питающей сети.

 

Итоги и выводы

   Протестированный «ваттметр в розетку» показал точность, вполне достаточную для бытовых применений (без претензий на что-то более высокое). И это — главное.

   Естественно, у него есть множество недостатков, простительных за его цену.

   У него нет возможности передать данные в компьютер или смартфон; нет и возможности запротоколировать график потребления мощности по времени.

   Мне лично ещё не понравилось, что у него нет возможности вывести на экран одновременно мощность, напряжение и потребляемый ток. Чтобы их увидеть, надо поочерёдно переключаться между экранами.

   И, конечно, отсутствие подсветки экрана — тоже не украшение.

   Но, с учётом цены, право же, всё это — мелочи. :)

   Купить ваттметр можно на Алиэкспресс по этой ссылке.

   Кроме протестированного варианта ваттметра в таком же корпусе выпускается ваттметр на основе другого процессора. Он не тестировался, но, вероятно, должен показать аналогичные характеристики.

   Всем спасибо за внимание!

28 комментариев

Б
Микроволновке обещали инвертор? Если нет, тогда в замере микроволновки нет ничего интересного.
Купил другую модель ваттметра. Внутри 2 подстроечника.(напряжение+ток) Хотя у обзорной модели вполне вменяемые отклонения.
v
Магнетрон по другому работать не умеет — только включен на полную мощность или выключен. Физика у него такая. Регулировка мощности в абсолютно всех микроволновках осуществляется включением выключением, ШИМ то бишь.
Б
У меня древний Панасоник(785JF) с гордой надписью «INVERTER». Ваттметр обоснованность надписи подтверждает.
V
Магнетрон по другому работать не умеет — только включен на полную мощность или выключен. Физика у него такая. Регулировка мощности в абсолютно всех микроволновках осуществляется включением выключением, ШИМ то бишь.

Странно: а тут пишут, что умеет:
https://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=47:10824
А
https://www.aliexpress.com/item/10000399580994.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.7689770bMquCSJ&algo_pvid=adad507b-a729-4254-acd7-5aa5f2c8f434&algo_expid=adad507b-a729-4254-acd7-5aa5f2c8f434-1&btsid=0b8b037016196786587604398e2ad9&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_,searchweb201603_
Тот же прибор с 10000 продаж и на 200 рублей дешевле
Z
Еще на нем нельзя сбросить измеренные показания какой-либо удобной кнопкой, надо нажимать спичкой на кнопочку по центру и снова выставлять стоимость одного киловатта.
A
А есть ли что нибудь похожее но более точное и с измерением мгновенной мощности, то есть не только киловатты в час (это если надо я и на куркуляторе высчитаю) а например вот конкретная микроволновка при включении магнетрона стала жрать столько-то а при выключении- столько то.
fombat
Эта штука мгновенный потребляемый ток вроде бы ж показывает
Hans-Kristian
Этот ваттметр показывает не совсем «мгновенный» потребляемый ток, а с усреднением за 2 секунды. Но для большинства случаев этого достаточно.
101636757691333158303@google
То чувство когда этот аппарат у тебя уже год, а читаешь о нём только сейчас… :D
1
низко береш… 4,5 года пользуюсь
А
Полезная приблуда, только через несколько месяцев перестала включаться.
S
Ха-ха-ха-ха!.. Я как раз созреваю на покупку ваттметра и заметил, что довольно многие пишут, что он у них сломался через 1-2 месяца…
101482647968466068933@google
Штука хорошая, жалко время установить невозможно. Жмаем кнопку сброс в полночь и тыкаем в розетку. Это китайский ритуал для таких девайсов
Hans-Kristian
Прибор показывает не время, а продолжительность потребления мощности выше нуля. Если мощность потребляется непрерывно, то они совпадают. Если с перерывами, то нет.
101482647968466068933@google
Фигня, втыкаешь в розетку без нагрузки и время пошло
Hans-Kristian
Перепроверил на всякий случай. У меня без нагрузки время не идёт.
Возможно, у наших приборов разная начинка (или прошивка).
S
А смысл какой в нём? Я считаю, что это игрушка, которая быстро надоест. Приблизительная мощность и так указана на самих приборах.
101482647968466068933@google
Сейчас есть переходники в розетку, они тоже мощь показывают и считают, только ими еще можно управлять через вайфай роутер по интернету
S
Это уже называется «умная розетка».
н
Разница в 1,5 вольта на таком пределе это ничто, кстати врать может и тестер, причем тоже в пределах погрешности, только в другую сторону. Но если есть образцовый прибор, на сайте Feo_Man по моему, есть инструкция как убрать погрешность. Но прибор ценен тем, что единственный в домашних условиях позволяет увидеть косинус фи. А тарификация тут как бесплатное модное приложение. Типа оцените свой вклад в парниковый эффект. Пользуюсь уже несколько лет, забавно видеть с его помощью, как китайцы завышают мощности всякой бытовой и другой техники, да и свои самоделки проверяю на потребление. Главным сюрпризом стал буквально жор электроэнергии на собственное потребление УПС-ов.
S
А что вам даёт знание Cos f?
S
cos φ
н
Реальную потребляемую мощность.Простым тестером мы можем померять только ток, но не его фазу. Плохой косинус фи говорит о совершенстве устройства, о его схемотехнике.
Н
Прибор только купил. После получаса, иногда через час после подключение нагрузки, дисплей начинает мигать символами «8» и надписями. Иногда мигание прекращается на долю секунды и снова возобновляется. Иногда не мигание не прекращается до обесточивания прибора. Нажимал кнопки Сброс и Функция+Ап. Не помогло. Это брак или есть вариант исправить проблему?
S
А смысл какой в нём? Я считаю, что это игрушка, которая быстро надоест. Приблизительная мощность и так указана на самих приборах.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему мобильная связь называется сотовой. Основной принцип работы

Рассуждения
Введение Возможно, кто-то из вас не знает, почему мобильную связь иногда называют сотовой. Среди нас особенно часто это название фигурировало на заре становления сотовой связи в странах...

Обзор HIPER Workbook N15RP96WI: ноутбук для повседневных задач

Обзор
HIPER Workbook N15RP96WI — ноутбук на каждый день, который справится с простыми задачами вроде просмотра видео, офисной работы и прочих, не требующей значительных вычислительных ресурсов, занятий....

Короли мелодики: обзор динамических наушников KiwiEars Cadenza

Обзор
Сегодня хочу рассказать еще одном своем поистине феноменальном открытии в бюджетном сегменте - внутриканальных наушниках KiwiEars Cadenza. Бренд этот уже какое-то время на слуху и получил немало...

Ремонт старого фонарика

Записки разработчика
Многие сталкивались с проблемой, когда выключали свет, а фонарик сломался. Например, перегорели светодиодные лампы, или очень быстро садится аккумулятор. Я нашел замену, взял сломанный старый...

Индукционная мультиварка. Принцип работы, преимущества и недостатки

Рассуждения
Обычные мультиварки уже давно присутствуют практически на каждой кухне и для многих хозяек (и хозяев) стали незаменимой техникой для приготовления вкусной и полезной еды с минимальными затратами...