Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой

marazmPRO2 › Блог › Ваттметр 60V 100A из Китая

Речь пойдёт о китайском измерительном устройстве, назвать его ваттметром это не совсем правильно, потому как устройство многофункциональное и замеряет не только ватты, но и амперы, ватт/ч, ампер/ч…Устройство по сути представляет из себя мультиметр который измеряет всё и сразу, да и помимо измерений делает расчёты потреблённой энергии, может точно рассчитать емкость аккумулятора (как при его зарядке так и при разрядке).

Ваттметр включается в разрыв цепи постоянного тока с напряжением до 60Вольт и способен пропустить через себя огромный ток до 100Ампер (я кратковременно пропускал более 300А но прибор при таком токе отключается), зачастую такой ток не возможно измерить обычным мультиметром (тестером), можно конечно использовать токовые клещи с функцией измерения постоянного тока (у меня есть Mastech MS2108) но тогда точность измерений будет не велика.

Итак, как я сказал включать прибор нужно последовательно в цепь между источником напряжения (тока) и потребителем.

сторона SOURCE — сторона подключения источника тока (вход)
сторона LOAD — сторона подключения нагрузки (выход)

Стороны подписаны на самом устройстве, а вот провода никак не отмаркировнны и к тому же имеют не прилично маленькую длину.

Проблему я решил сразу, разобрав корпус и перепаяв провода на более длинные и на концы сделал крокодилы для удобства (фото нет, но всё видно на видео)

В первую очередь применяю я такое устройство для замера ёмкости аккумуляторов. Иногда только так можно определить остаточную ёмкость старого АКБ, и понять сколько он потерял А/ч за срок службы. Так же по показаниям амперметра можно сразу определить заряжается ли АКБ или процесс заряда уже закончен и ток заряда упал до нуля или процесс заряда даже не начат. За время использования прибора было восстановлено пять АКБ и двум был поставлен не утешительный диагноз. Помимо замера ёмкости АКБ я прибором проверяю истинную мощность тех или иных устройств, например тех же китайских ламп или блоков питания…пару раз даже возвращал деньги за св. диодные лампы которые не соответствовали мощности из описания.

Так же устройство имеет функцию фиксации всех максимальных значений, но не имеет функции отключения нагрузки при падении напряжения источника питания. Это было бы удобно при том же разряде АКБ и проверке его на остаточную ёмкость, а так приходится «ловить» нижнее значение напряжение АКБ (обычно 10В) дабы не подвергнуть АКБ глубокому разряду. Так же в устройстве не предусмотрен таймер, поэтому засекать время нужно самому.

Из недостатков могу отметить только короткие провода, которые неудобны для подключения и наверное отсутствие какого либо предохранителя. Дело в том что были случаи когда по неосторожности я замыкал нагрузочные провода тем самым создав КЗ с током под 300А (источник был АКБ на 70А/ч), горели провода и думал что всё хана прибору, но к с частью при устранении КЗ прибор заново загружался и продолжал радовать своей безотказной работой, но всё же иметь какой либо предохранитель не помешало бы.

Само устройство потребляет 0.027 А как от входной цепи, так и от цепи внешнего питания. При наличии внешнего питания устройство всё равно потребляет от входной цепи 0.003 А.

Ваттметр 60V 100A модель UAN11578
Покупал ТУТ

Более подробный обзор и демонстрация прибора в работе у меня на канале.

Описание из сети:

Устройство (ватт метр) включается между источником питания и нагрузкой и показывает напряжение, ток, мощность, потребление энергии в течение времени (ампер-часы и ватт-часы), а также минимальное напряжение, максимальный ток и пиковую мощность.

Ah — ток, прошедший через устройство с момента запуска (ампер-часы);
Wh — мощность за всё время с момента запуска (ватт-часы);
Ap — максимальный ток, измеренный с момента запуска;
Vm — минимальное напряжение с момента запуска;
Wp — пиковая мощность с момента запуска.

Цвет корпуса: синий
Диапазон напряжения: 0-60V DC
Ток: 0-100А
Мощность: 0-6554 Вт
Время обновления измерений: 400 мс.
Сопротивление цепи: 0,001 Ом.
Размеры (ДхШхВ): 84х50х20 мм

Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой

Характеристики

Напряжение: 230В (переменное) Частота: 50Гц Разброс напряжений: 230В — 250В Рабочий ток:


Прибор имеет 4 управляющих кнопки:
Function
— выбор режима работы,
Cost
— стоимость киловатта электроэнергии,
Up
— увеличить на 1 показатель стоимости,
Down
— уменьшить на 1 показатель стоимости. Посередине утоплена кнопка сброса (Reset). В итоге у устройства оказалось 7 режимов отображения информации, и для поиска каждого нужно проматывать в среднем половину из них. Подсветки нет, контрастность не настраивается. Учитывая то, что для использования прибора нужно постоянно тыкать по кнопкам, плохая читаемость экрана издалека при активном использовании не является недостатком. Далее опишу режимы дисплея. Устройство измеряет все параметры непрерывно, режимы переключают только отображаемую информацию. Листаются они кнопкой Function. Оригинальная инструкция написана для какого-то схожего устройства, это видно хотя бы по тому, что в начале просят вставить батарею, тогда как аккумулятор здесь уже встроен. ИНСТРУКЦИЯ


Режим 1. Текущая мощность и стоимость
Мощность показывается в ваттах с точностью до десятых до 1000 Вт и до единицы после 1000. Стоимость показывается, если заранее установлена стоимость кВт*ч. Для заявленной точности 3% такая точность отображения избыточна.

Режим 2. Суммарная мощность (кВт*ч)

Функция электросчетчика. Может быть удобно воткнуть устройство на недельку между интересующим устройством и розеткой, после чего сделать примерные расчеты в деньгах.

Режим 3. Напряжение и частота

Также здесь отображается частота сети. Для теста подключился к выходу ИБП, отключил его от сети и получил те же 50 Гц ровно.

Режим 4. Ток и коэффициент мощности

Измеритель переменного тока, амперметр. Прибор не показывает значения выше

Режим 5. Минимальная мощность

Минимальное значение мощности за период измерения.

Режим 6. Максимальная мощность

Максимальное значение мощности за период измерения.

Режим 7. Цена

Установка стоимости электроэнергии Для установки стоимости нужно удерживать кнопку Cost на 3 секунды. Потом нажать кнопку Function, чтобы отредактировать значение. Цена сбрасывается в ноль при сбросе устройства, что очень неудобно. Установка значений производится кнопками Up и Down, и это единственное их предназначение, ни в каких других режимах они не работают, разве что могут включить устройство после автоматического отключения.

Замерил потребление энергии от утюга мощностью 1200 вт. получил следующие результаты:


Накопительный водонагреватель Oasis:

БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

Недавно зашёл (случайно) в один секонд хенд, и пока приятель искал себе старые джинсы по цене новых, на глаза мне попался интересный девайс — цифровой измеритель потребляемой мощности. Втыкается он в розетку, и уже к нему подключаем различные бытовые приборы и другую нагрузку мощностью до 2,5 кВт. Устройство предназначено для измерения мощности, тока и напряжения электроэнергии и контроля количества потребляемой электроэнергии от сети.

А учитывая смешную цену данного устройства — всего 8уе, купил не задумываясь, чему впоследствии был рад. Без всяких изменений в конструкции, данный бытовой ваттметр может измерять электрические параметры (переменный ток, напряжение) без подключения к сети 220В. Это происходит за счёт собственного питания — две маленькие батарейки по 1,5В.


Бытовой ваттметр собран в красивом и прочном корпусе. Да не маде ин чина, а настоящая европа — Гамбург. О чём и говорит наклейка на обратной стороне корпуса прибора.


Проверяем его возможности:

1. Измерение напряжения сети в вольтах (V),


2. Измерение тока нагрузки в амперах (A),


3. Измерение потребления мощности в ваттах,


4. Общее количество потребленной электроэнергии (KWh – киловатт-час) и стоимость потребленной электроэнергии.

Бытовой ваттметр может даже измерять стоимость электроэнергии, если вы введёте цену одного киловатт-часа. Причём если в сети пропадёт питание, показания всё равно запомнятся, за счёт резервных батареек. Кстати ваттметр работает и без них, но чтоб измерение можно было проводить автономно — они необходимы.


Конечно мы разберём корпус и заглянем внутрь. Здесь видна небольшая плата с залитым чипом, который выполняет обработку сигнала, снимаемого с датчика и вывод информации на ЖКИ дисплей.


Датчик собран на отдельной плате, на которой имеется и плавкий предохранитель. Уверен, что немного изменив схему, можно добиться от ваттметра измерения даже постоянного тока и напряжения.


Забыл сказать — данный бытовой ваттметр работает как своеобразный сигнализатор — предохранитель. Можно задать максимально допустимый уровень нагрузки, и как только мощность превысит это значение ваттметр начнёт подавать звуковые сигналы.


Только теперь я понял, как мне не хватало подобного прибора! Включая через него различные устройства — электродвигатели, ламповые усилители, микроволновые печи, сварочные инверторы и другую аппаратуру, можно сразу видеть нормально ли работает устройство. А переключая кнопкой mode режим измерений — вольты, амперы, ватты; можно без всякого мультиметра контролировать целый ряд важных параметров. Благодаря красивой синей подсветке, параметры видны даже в темноте. Думаю это именно тот случай, когда проще и дешевле прибор купить, чем спаять.

Форум по ваттметрам

Инструкция по управлению ваттметром P06S

Далее инструкция по одной управляющей кнопке:

  1. Нажать кнопку, чтобы включить или выключить подсветку.
  2. Удерживать в течение 3-х секунд, чтобы выставить порог сигнализации мощности. 2.1. попадем на настройку сигнализации мощности (заводская по умолчанию установлена на 4.4 кВт). 2.2. Начнет моргать 1-я цифра самого высокого разряда; однократное нажатие добавит единицу; удерживайте кнопку в течение 2-х секунд для перемещения на следующую цифру (разряд); максимальное значение, которое можно установить, 99.9 кВт. 2.3. Если не нажимать кнопку 5 секунд, произойдет выход из настроек с сохранением текущих данных.
  3. Удерживайте кнопку 5 секунд — система выполнит сброс в настройки по-умолчанию: очистится счетчик электроэнергии, и сигнализация мощности сбросится до заводской установки.
Читайте также  Управление люстрой с четырьмя лампами

При превышении порога сигнализации мощности устройство начинает мигать подсветкой.

Потребляемая мощность измерителя составляет менее 1 Вт. Измеритель оснащен одной кнопкой, с помощью которой можем включать или выключать подсветку, устанавливать аварийный сигнал перегрузки и сбрасывать счетчик энергии. Выбор функции осуществляется путем изменения времени удерживания кнопки. Стоит отметить, что прибор сохраняет свою индикацию даже после отключения питания.

В коробке, помимо измерителя и трансформатора (для мощной модели), находится скромное руководство по эксплуатации, напечатанное на одном листе. С одной стороны английская версия, с другой — китайская.

Оба измерителя основаны на одной и той же печатной плате, отличаясь только конфигурацией резисторов. В версии 20 А стоят два резистора по 6 мОм — они соединены параллельно в типоразмере 2512, образуя измерительный шунт, а в версии 100 А (оснащенный трансформатором) резистор 1 Ом типоразмера 0603.

При максимальном токе 20 А, на шунте падение 60 мВ, что даст 0,6 Вт на резистор (резисторы такого размера могут рассеивать 1 Вт).

В версии с трансформатором, при максимальном токе 100 А через шунт будет протекать ток 50 мА, что будет соответствовать падению напряжения 50 мВ и мощности 2,5 мВт, с которой резистор с размером 0603 должен легко справиться.

Основой схемы является специализированный микроконтроллер HT5019. Это чип для построения однофазных измерителей мощности на основе ядра M0 с флэш-памятью объемом 128 КБ. Второй интегральной микросхемой присутствующей на плате, является драйвер LCD (32×4) VK1621B. Бестрансформаторный источник питания, состоящий из конденсатора и резистора, отвечает за питание электроники. Тут нет приличной защиты этого источника питания (не считая резистора).

Технические характеристики измерителя

  • Модель: P06S-20 6 в 1 LCD AC Power Meter
  • Значение измеряемой частоты: 50

60 Гц
Диапазон измерения мощности: 0.01

5000 Вт
Диапазон измерения электроэнергии (5 цифр): 0.01 кВт·ч

99999 кВт·ч
Диапазон измерения тока: 0.0

20 А
Коэффициент мощности: диапазон: 0

1 PF, Формат отображения: PF0.00

1.00

  • Номинальная мощность: 4400 Вт
  • Максимальная мощность: 5000 Вт
  • Энергопотребление:

    Ваттметр для дома — лучшие модели

    Чтобы узнать, сколько потребляют электроприборы энергии, можно использовать формулы. Однако фактическое значение мощности может отличаться от расчётного. Например, стиральная машинка будет «брать» больше тока при отжиме, когда барабан крутится максимально быстро. Та же ситуация и с другими потребителями – холодильником или телевизором.

    Чтобы получить информацию о том, какую мощность в среднем потребляют все электроприборы, не тратя время на расчёты, используют ваттметры. Приборы отличаются друг от друга принципом работы и наличием дополнительных опций.

    Понятие о мощности и методы расчёта

    В бытовой сети течёт переменный ток 220 В (в промышленной – 380), но большинство электроприборов потребляет постоянный. Для этого к каждому такому устройству прилагается блок питания (он может быть встроен в корпус потребителя).

    Мощность – физическая величина, измеряемая в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Для каждого электроприбора параметр вычисляется с помощью двух формул.

    Для переменного тока

    Такие потребители как обычные электрические лампочки, инструмент с мотором (дрель, болгарка, станки для заточки), работают от переменного тока. Чтобы узнать потребляемую ими мощность, нужно произведение напряжения и силы тока умножить ещё и на коэффициент cos φ. Это связано с тем, что электрические компоненты (катушки или обмотки мотора) влияют на значение силы тока, изменяя его в разные моменты времени. Поэтому без приборов измерить мощность не получится.

    Для постоянного тока

    Расчёт производится по формуле: следует умножить силу тока (в Амперах, А) на напряжение (Вольт, В). Пример: устройство потребляет 0,1 А и рассчитано на 15 В. Тогда потребляемая мощность будет равна 0,1х15=1,5 Вт. Узнать информацию о силе тока и напряжении можно на корпусе блока питания, самом устройстве или в технической документации, которую всегда предоставляет завод-изготовитель.

    Что такое ваттметр

    Представляет собой измерительный прибор, собранный (как правило) в едином корпусе и подключаемый между розеткой и потребителем энергии.

    При включении пользователь сможет узнать:

    • фактическую силу тока в цепи;
    • значение напряжения;
    • частоту – для переменного тока;
    • какая потребляется мощность.

    При желании можно узнать коэффициент Power Factor (он же cos φ). Большинство приборов показывает и время, в течение которого производились измерения, что поможет при необходимости сделать расчётную таблицу или построить графики изменения величин.

    Разновидности

    Основной критерий – род тока – постоянный или переменный. Универсальные бытовые приборы, позволяют работать с любыми потребителями.

    Нужно вставить ваттметр в розетку, а в само устройство – ту технику, параметры которой нужно установить. Ваттметры применяют при тестировании и ремонте электросети или для вычисления, какой прибор слишком много «берёт» энергии.

    Чем измерительные устройства отличаются друг от друга:

    • точностью – большинство аппаратов достаточно точны, но информацию о классе (о проценте погрешности) можно узнать в паспорте изделия;
    • диапазоны измерений – на потребители какой мощности рассчитаны измерительные устройства. Простые ваттметры могут не «потянуть» стиральную машинку или крупный станок;
    • дополнительные функции – подсветка экрана, возможность дистанционного управления и программирования, наличие встроенной памяти.

    Если необходимо производить замеры на улице, то следует выяснить, при какой температуре воздуха допускается работа ваттметра.

    Для чего необходим в бытовых условиях

    Использовать ваттметр потребуется, чтобы оптимизировать затраты на электроэнергию. Особенно это важно для крупных квартир и загородных домов. Большое количество потребителей не позволит точно определить, какие из них слишком прожорливы и требуют замены.

    Интеллектуальные ваттметры, обладающие дополнительными функциями, позволят не только производить замеры, но и управлять конкретным прибором. Например, электрическим котлом. Это можно делать дистанционно или путём программирования измерительного устройства.

    Модели, часто используемые в быту

    Условно измерительные устройства делят на бытовые и «интеллектуальные». Первая группа – относительно простые аппараты с минимумом дополнительных функций. Вторая категория «умных» ваттметров позволяет не только определять параметры потребляемой энергии, но и передавать значения на смартфоны, отключать или снова включать потребители и даже измерять концентрацию углекислого газа в помещении.

    ROBITON PM-1

    Стандартный прибор, объединяющий в едином корпусе розетку для потребителя, сетевую вилку, экран для вывода информации и три клавиши управления.

    Прибор определяет:

    • мощность нагрузочного устройства;
    • количество потребляемой энергии;
    • полную стоимость киловатт*часов за расчётное время.

    Основные плюсы – недорогой и достаточно точный прибор для применения в быту.

    Минус – сложная процедура обнуления значений.

    HiDANCE 3680W AC Power Meter

    Более совершенный ваттметр позволяет использовать дополнительные полезные функции: определить коэффициент мощности для тестируемого прибора – Power Factor (он же cos φ). Также демонстрирует все остальные параметры – силу тока и мощность.

    Плюсы: аккуратная сборка, достаточная функциональность, крупный дисплей.

    Минус – после сброса необходимо вновь вводить цену за квт*час.

    Espada TSL 1500WB

    Электронный ваттметр для бытовых и коммерческих нужд. Главное отличие от аналогов – есть возможность учёта дневного и ночного тарифов. Есть подсветка экрана. Дополнительно – функция сигнализации о превышении максимально допустимых силы тока или мощности.

    Плюсы: простой и понятный интерфейс, надёжность, крупный экран, небольшая погрешность измерений.

    Минус – затруднена смена источника питания.

    TP-Link HS110

    «Умный» ваттметр от известной компании, производящей электронику и сетевое оборудование. Управление и мониторинг осуществляется удалённо. Можно использовать для подключения ПК, смартфон и другие устройства. Пользователь сможет не только произвести измерения значений мощности, силы тока и напряжения, но и отключить потребитель энергии, а если потребуется – включить вновь.

    Плюсы: удобство работы, сравнительно низкая цена.

    Минус – в доме должна быть стабильная интернет-связь.

    Edimax SP 2101W

    Ваттметр предназначен для постоянной работы с одним потребителем. Представляет собой «интеллектуальную» розетку, которая может работать по определённой программе или управляться владельцем вручную. Если возникнет аварийная ситуация, то пользователю автоматически отправится сообщение.

    Плюсы: отлично подходит для систем типа «умный дом», ёмкая память сохранит результаты измерений 12 месяцев.

    Минусы – высокая цена.

    МЕГЕОН 71016

    Ваттметр с информативным ЖК-экраном и подсвечивающими элементами. Расчёт показаний производится в режиме реального времени. Дополнительная функция – показывает концентрацию СО2 в воздухе.

    Плюсы: малый размер, можно вставлять трехштырьковые евророзетки, аккуратная сборка.

    Минус: высокая цена при покупке в обычном магазине.

    Energenie EGM-PWM

    Ваттметр со стильным чёрным корпусом объединяет в себе измерительный прибор и систему для анализа поведения потребителя. Самостоятельно выстраивает диаграммы, графики. Есть порт для подключения к ПК или другому устройству.

    Плюсы: несложное управление, возможна работа с отопительным оборудованием.

    Минус – высокая цена.

    Итоги

    Для бытовых нужд можно выбрать любой функциональный ваттметр, исходя из собственных финансовых возможностей. Приобретение «интеллектуальных» приборов будет оправдано, если в доме есть значительное количество потребителей, которые нуждаются в дистанционном управлении. Или для коммерческих организаций, стремящихся оптимизировать расходы на электроэнергию.

    Читайте также другие полезные статьи:

    Видео-обзор ваттметра ROBITON PM-1

    Ваттметр на Arduino – измерение напряжения, тока и мощности

    У инженеров и просто энтузиастов в мире электроники достаточно часто возникает необходимость в проведении каких-либо измерений, одним из которых является измерение мощности. Поэтому в данной статье мы рассмотрим создание самодельного ваттметра на основе платы Arduino, с помощью которого можно будет измерять напряжение, ток и мощность электрического сигнала.

    Некоторые могут сказать зачем делать такой прибор если его можно сейчас сравнительно недорого купить. Да, это так. Но ведь наверняка некоторым из вас хочется сделать более продвинутый ваттметр чем тот, который можно просто купить. Используя плату Arduino для создания ваттметра мы можем выводить измеряемые значения на экран компьютера, строить их график, сохранять их значения на SD карту когда их значения находятся в заданных интервалах и многое другое.

    Необходимые компоненты

    1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
    2. Операционный усилитель LM358 (купить на AliExpress).
    3. Регулятор напряжения LM7805 (купить на AliExpress).
    4. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
    5. Шунтирующий резистор 0.22 ohm 2Watt (купить на AliExpress).
    6. Подстроечный потенциометр 10 кОм (Trimmer pot) (купить на AliExpress).
    7. Резисторы 10 кОм, 20 кОм, 2,2 кОм, 1 кОм (купить на AliExpress).
    8. Конденсаторы 0,1 мкФ (купить на AliExpress).
    9. Тестируемая нагрузка.
    10. Перфорированная или макетная плата.
    Читайте также  Светодиодный диммер с токовым управлением

    Работа схемы

    Схема ваттметра на основе платы Arduino представлена на следующем рисунке.

    Для облегчения понимания схема разделена на 2 части. Верхняя часть схемы – это ее измерительная часть, а нижняя часть схемы служит для проведения вычислений и отображения их результатов. Места соединения обоих частей схемы обозначены с помощью меток.

    Схема спроектирована для работы с напряжением в диапазоне 0-24V с током 0-1A – эти параметры специально подобраны для работы с Solar PV (солнечная фотоэлектрическая система). Но если вы поймете принципы работы этой схемы вы легко можете расширить диапазоны ее работы до необходимых вам. Основополагающий принцип работы этой схемы заключается в измерении напряжения и тока в нагрузке чтобы затем рассчитать потребляемую нагрузкой мощность. Значения всех измеряемых параметров будут отображаться на экране ЖК дисплея 16х2.

    Далее рассмотрим работу по отдельности небольших элементов представленной схемы чтобы лучше понять ее работу.

    Измерительный блок

    Измерительный блок схемы состоит из делителя напряжения на двух резисторах для измерения значения напряжения и шунтирующего резистора с неинвертированным операционным усилителем для измерения силы тока. Делитель напряжения показан на следующем рисунке:

    Входное напряжение на этой схеме обозначено как Vcc. Как мы говорили ранее, схема спроектирована для измерения напряжений от 0V до 24V. Но плата Arduino не может измерять такие большие напряжения – она может измерять напряжения только в диапазоне 0-5V. Соответственно, мы должны преобразовать измеряемое напряжение в диапазоне 0-24V в диапазон 0-5V. Это преобразование как раз и осуществляется с помощью представленного делителя напряжения. Соответственно, и номиналы резисторов в схеме этого делителя (10 кОм и 2,2 кОм) как раз подобраны таким образом, чтобы преобразовывать диапазон 0-24V в диапазон 0-5V. Если вам нужно изменить диапазон измеряемых схемой напряжений вам всего лишь нужно изменить значения номиналов резисторов в представленной схеме делителя напряжения. Значение напряжение на выходе делителя напряжения можно рассчитать по хорошо известной формуле:

    Vout = (Vin × R2) / (R1 + R2)

    Преобразованное к диапазону 0-5V напряжение со средней точки делителя напряжения у нас на схеме обозначено меткой Voltage. В дальнейшем это преобразованное значение напряжения подается на аналоговый вход платы Arduino.

    Далее мы должны измерять ток через нагрузку (LOAD). Поскольку микроконтроллеры могут считывать только аналоговые значения напряжения нам необходимо преобразовать значение тока в значение напряжения. Это можно сделать при помощи добавления шунтирующего резистора – в соответствии с законом Ома падение напряжения на нем будет пропорционально протекающему по нему току. Поскольку на шунтирующем резисторе падение напряжения будет очень маленькое мы будем использовать операционный усилитель чтобы усилить его. Схема для осуществления этого процесса показана на следующем рисунке:

    Значение сопротивления шунтирующего резистора (SR1) в нашем случае равно 0.22 Ом. Как было указано ранее, наша схема спроектирована для измерения силы тока в диапазоне 0-1A, поэтому в соответствии с законом Ома при максимальном токе через нагрузку 1 А падение напряжения на нашем шунтирующем резисторе будет примерно 0.2V. Это напряжение мало для считывания микроконтроллером, поэтому мы используем операционный усилитель в неинвертированном усилительном режиме чтобы усилить это напряжение до значения, которое можно комфортно считать с помощью платы Arduino.

    Операционный усилитель в неинвертированном режиме показан на вышеприведенной схеме. Усилитель спроектирован таким образом чтобы его коэффициент усиления составлял значение 21, итого получаем 0.2*21 = 4.2V. Формула для расчета коэффициента усиления представленного операционного усилителя выглядит следующим образом:

    Gain = Vout / Vin = 1 + (Rf / Rin)

    Если вам нужно изменить диапазон измеряемых схемой значений тока вам необходимо изменить значение сопротивления шунтирующего резистора, а также значения сопротивлений резисторов, влияющих на коэффициент усиления операционного усилителя.

    В нашем случае значение сопротивления резистора Rf равно 20 кОм, а значение сопротивления резистора Rin равно 1 кОм, что обеспечивает коэффициент усиления 21 для операционного усилителя. Далее напряжение с выхода операционного усилителя подается на RC фильтр, состоящий из резистора 1 кОм и конденсатора 0,1 мкФ. Данный фильтр предназначен для фильтрации нежелательных шумов. Далее отфильтрованное напряжение подается на аналоговый вход платы Arduino.

    И, наконец, последний компонент который нам необходимо рассмотреть в блоке измерений нашей схемы – это регулятор напряжения. Поскольку мы подаем на вход схемы изменяемое напряжение нам необходимо стабилизированное напряжение +5V для питания платы Arduino и операционного усилителя. Это регулированное (стабилизированное) напряжение в нашей схеме обеспечивается с помощью регулятора напряжения 7805. Конденсатор добавлен на выход схемы регулятора для фильтрации шума.

    Блок вычислений и отображения информации

    В блоке измерений мы спроектировали схему чтобы конвертировать измеряемые значения и тока в диапазон напряжений 0-5V, которые непосредственно подаются на аналоговые входы Arduino. В этой же части схемы мы подсоединяем эти провода с напряжениями к плате Arduino, а также подключаем к плате Arduino алфавитно-цифровой ЖК дисплей для отображения результатов измерений. Схема этого блока представлена на следующем рисунке.

    Как вы можете видеть из схемы, контакт с значением напряжения подключается к аналоговому контакту A3, а контакт со значением тока – к аналоговому контакту A4 платы Arduino. ЖК дисплей запитывается от напряжения +5V с регулятора 7805 и подключен к цифровым контактам платы Arduino в 4-битном режиме. Мы также используем потенциометр 10 кОм, подключенный к контакту Con ЖК дисплея чтобы регулировать его контрастность.

    Объяснение программы для Arduino

    Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим его основные фрагменты.

    Цель функционирования программы – считать значения аналогового напряжения с контактов A3 и A4 и рассчитать напряжение, ток и мощность, а потом отобразить все это на экране ЖК дисплея.

    Вначале программы нам необходимо инициализировать используемые контакты: A3 и A4 для измерения напряжения и тока соответственно, и цифровые контакты 3, 4, 8, 9, 10 и 11 для подключения ЖК дисплея.

    Ваттметры — виды и применение, схема подключения, особенности использования

    Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.

    Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

    Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

    Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

    Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

    Электродинамические измерительные приборы

    Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.

    Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.

    В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).

    Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.

    К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

    Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

    Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

    Схема подключения ваттметра:

    Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:

    Мощность трехфазной системы может быть измерена с помощи трех ваттметров, включенных в каждую из фаз. Однако задача может быть решена и проще.

    При равномерной нагрузке измерения мог быть проведены с помощью одного ваттметра. При неравномерной нагрузке и трехпроводной системе — двумя ваттметрами (или одним ваттметром специальной конструкции, так называемым двухэлементным). При неравномерной нагрузке и четырехпроводной системе — тремя ваттметрами или одним трехэлементным.

    Читайте также  Схемы для рыбооловов

    Иногда для измерения реактивной мощности применяют синусные ваттметры, у которых отклонение подвижной части пропорционально не косинусу, а синусу угла сдвига фаз между током и напряжением.

    Устройство ваттметров для измерения реактивной мощности такое же, как и для активной. Разница лишь в том, что в синусных ваттметрах искусственно создается сдвиг фаз на 90° между напряжением и током в параллельной цепи. Включаются синусные ваттметры или, каких иногда называют, варметры по тем же измерительным схемам, что и ваттметры для измерения активной мощности.

    При неравномерной нагрузке в четырехпроводной линии последовательные обмотки трех ваттметров включают в линейные провода, а параллельные цепи подключают к линейным проводам и нулевому проводу. Мощность трехфазной цепи определяется как сумма показаний ваттметров. Возможно применение одного трехэлементного ваттметра.

    Цифровые ваттметры

    Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.

    Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

    Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

    Бытовой ваттметр

    Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

    По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

    Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

    Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

    Профессиональные ваттметры

    Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

    Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

    Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:

    Щитовые ваттметры

    Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

    Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

    8 лучших ваттметров

    Ваттметр, – энергомер, компактный счётчик мощности (Ватты). Определяет количество электроэнергии (Киловатт/час), потребляемой бытовым или иным прибором. Более крупный аналог – стационарный счётчик, устанавливаемый на входе электрической сети в помещение. Ответственен за суммарную мощность всех потребителей энергии. Бытовой прибор применяется частным порядком для отдельного потребителя, в мастерских по ремонту бытовой электротехники, электронных устройств. Современное развитие ваттметров – «умные» розетки с дистанционным управлением по интернету через смартфон.

    Лучшие бытовые ваттметры

    Представляет собой компактное устройство, параллельно подключаемое в сеть. Чаще всего, совмещает в одном корпусе измерительный блок и розетку. Оснащены функцией определения потреблённой мощности (минимальную и максимальную) в единицу времени.

    Отражают величину напряжения сети, время работы потребителя электроэнергии, расчёт стоимости электричества за рабочий промежуток времени.

    ROBITON PM-1 – недорогой

    Прибор для контроля за расходом электроэнергии из бытовой сети одним потребителем. Совмещает в одном корпусе вилку, розетку, электронный блок и экран дисплея для считывания полученных результатов.

    Позволяет вычислить мощность единичной, подключённой через прибор, нагрузки. Определит количество потребляемой электроэнергии за определённый промежуток времени и рассчитает стоимость израсходованной энергии.

    Плюсы:

    • Компактный, простой, стоит недорого.
    • Можно работать со всей бытовой техникой.
    • Определяет количество электроэнергии, потребляемой нагревателем.

    Минусы:

    • Непродуман механизм обнуления.
    • Работает только в тепле.

    HiDANCE 3680W AC Power Meter – цифровой прибор

    Компактный бытовой электронный прибор с расширенными функциями. Позволяет определить величину напряжения переменного тока и силу тока. Рассчитывает потребляемую мощность и коэффициент мощности.

    Встроена опция вычисления стоимости потреблённой электроэнергии. Прибор удобен при тестировании бытовых приборов, электронных устройств и электронагревателей всех типов для расчёта экономической эффективности.

    Плюсы:

    • Симпатичный, аккуратно собранный цифровой приборчик.
    • Точность измерений, наглядное отображение результатов.
    • Несколько режимов.

    Минусы:

    • Приходится вновь вводить цену после обнуления полученных результатов.
    • Штырьки у вилки не припаяны, а приварены.

    Espada TSL 1500WB – оптимален для дома

    Простой в освоении и применении электронный ваттметр для тестирования бытовых приборов по уровню потребляемой электроэнергии. Очень удобен для проверки энергопотребления при выборе обогревателя. Прибор в короткое время покажет уровень реальной мощности, затраты и стоимость электроэнергии.

    Поможет рассчитать тепловую эффективность и затраты в течение теплового сезона. Предусмотрена возможность введение данных при двухтарифном счётчике. Просигнализирует о нештатном режиме или превышении силы тока, мощности.

    Плюсы:

    • Хорошая точность, скорость замера.
    • Подсветка дисплея, крупные цифры.
    • Расчёт стоимости электроэнергии.

    Минусы:

    • Подсветка не постоянна.
    • Затруднённая смена источника питания.

    МЕГЕОН 71016 – с жидкокристаллическим дисплеем

    Портативный цифровой прибор для регистрации затраченной электроэнергии одним потребителем. Инструмент оснащён жидкокристаллическим дисплеем со светодиодной подсветкой для работы в тёмное время суток или условиях плохой освещённости.

    Расчёт показателей осуществляется в непрерывном режиме, на всём протяжении работы потребителя электроэнергии. Дополнительная опция – определение объёма выбросов углекислого газа, что важно для замкнутых помещений.

    Плюсы:

    • Размеры, функционал, стоимость.
    • Следит за выбросом углекислого газа.
    • Подсветка ЖК-дисплея.

    Минусы:

    • Цена, заказ в Китае дешевле.
    • Для мастерской скорее нужен, домой – побаловаться.

    Brennenstuhl PM 231 – высокое качество

    Бытовой прибор со стильным дизайном корпуса (Primera-Line). Снабжён двухтарифным счётчиком, – функция «день-ночь». Измеряет напряжение сети, силу тока, частоту.

    Вычисляет потребляемую мощность. Рассчитывает количество потреблённой электроэнергии. Фиксирует время в часах и минутах. Обладает повышенной безопасностью, – предусмотрена защита от детей.

    Плюсы:

    • Отличное качество изготовления, точность.
    • Стильный дизайн, безотказен в работе.
    • Показывает реальную мощность, а не декларируемую.

    Минусы:

    • Маловат шрифт на экране.

    Лучшие интеллектуальные ваттметры

    Современное развитие бытовых ваттметров – наличие внутреннего электронного блока для связи с владельцем посредством интернета. Управление осуществляется дистанционно, через смартфон или другой носитель.

    Расширен функционал за счёт увеличения программ, – отключение при нештатных режимах или аварийной ситуации, передача сигнала на телефон или электронную почту. Кроме бытовых задач, цифровой ваттметр полезен для лабораторий, занимающихся разработкой бытовой техники, – предусмотрено построение графиков и диаграмм с учётом реального времени.

    TP-Link HS110 – замеры на расстоянии

    Управление и произведение измерений на расстоянии с помощью интернета через смартфон или другое электронное устройство. Предусмотрена возможность автоматического подключения или отключения потребителей электроэнергии.

    Дистанционный мониторинг энергопотребления позволит выбрать оптимальный режим работы бытовых приборов или систем отопления, поможет выставить необходимый уровень мощности.

    Плюсы:

    • Возможность дистанционного управления и контроля.
    • Небольшая, работает со всеми бытовыми приборами.
    • Цена, для такого уровня.

    Минусы:

    • Чувствителен к качеству интернета и наличию связи.

    Edimax SP 2101W – интеллектуальный прибор

    Интеллектуальный ваттметр-выключатель с функцией измерения мощности. Подключаем к любой классической розетке.

    Осуществляет взаимосвязь электроники и человека, –управляет уровнем потребления электроэнергии, подключает или отключает бытовые потребители вручную, по команде или по заложенному расписанию.

    Следит за работой бытового устройства, автоматически отключая питание при нештатных ситуациях. Дополнительная опция – передача тревожного сигнала в автоматическом режиме.

    Плюсы:

    • Самая настоящая «умная» розетка с контролем мощности.
    • Помощь в выработке экономного режима.
    • Сохранение результата в течение года.

    Минусы:

    • Возможно, цена. Сэкономленной энергии не так уж много, не окупится.

    Energenie EGM-PWM – зелёная энергетика

    Ваттметр из серии приборов «зелёная» экономная энергетика. Снимает параметры электрической сети, вычисляет уровень мощности, выстраивает графики и диаграммы.

    Программное приложение рассчитывает потребление электроэнергии в требуемый промежуток времени. Отсутствует постоянная привязка к персональному компьютеру, связь может осуществляться по внешней команде или заложенному расписанию.

    Плюсы:

    • Точность, снятие информации в любое время.
    • Программирование на заданное время.
    • Удобен при отоплении дачи.

    Минусы:

    • Купив один, попользовавшись, хочется докупить ещё. Но оправданы траты?