Mały, prosty amperomierz i woltomierz 60 V, 10 A

Zainteresowała mnie na Taobao niewielka płytka amperomierza i woltomierza. Postanowiłem ją zamówić i wypróbować — i okazało się, że to był dobry pomysł. Więcej szczegółów w recenzji.


Płytkę można kupić także na AliExpress, ale cena 13 USD jakoś niezbyt mi odpowiadała. Nawet po doliczeniu usług pośrednika i dostawy na terenie Chin dwie płytki kosztowały mnie mniej więcej tyle, co jedna.
Pod podanym linkiem na Taobao dostępne są trzy warianty:
1. Płytka bez wyświetlacza — $3.92
2. Wyświetlacz — $0.87
3. Płytka z wyświetlaczem — $4.79
Dostawa na terenie Chin kosztuje 1.88, ale w rozsądnych granicach nie zależy od liczby sztuk, więc oczywiście bardziej opłaca się zamówić przynajmniej dwie. Poza tym wyświetlacze 1602 zwykle ma się już w domu albo można je niedrogo kupić na Ali, więc sprowadzanie ich z Taobao po prostu nie ma sensu.


Dane techniczne w formie tabeli ze strony produktu, w moim swobodnym tłumaczeniu:
Napięcie zasilania — 4.8–5.3 V
Pobór prądu z wyświetlaczem (zmierzony) — 30–35 mA
Zakres mierzonego napięcia — 0–60 V
Błąd pomiaru napięcia — +-0.2%+0.2%FS
Zakres mierzonego prądu — 0–10 A
Błąd pomiaru prądu — +-0.4%+0.3%FS
Liczba zliczeń ADC — 65535 (16 bitów)
Częstotliwość odświeżania — 5 Hz; w rzeczywistości raczej bliżej 3 Hz, ale nie mierzyłem tego specjalnie
Wymiary bez wyświetlacza — 36 × 50 mm

Trochę dziwnie wygląda dla mnie podawanie błędu addytywnego (FS). Częściej podaje się po prostu możliwe wahania ostatniej cyfry, a tutaj, o ile dobrze rozumiem, przyjęto to samo, ale w procentach całej wartości. W każdym razie mnie osobiście więcej powiedzą testy.


Sprzedawca wysyła zestawy w małych torebkach, a duża paczka pochodzi już od pośrednika. W tym przypadku to zaleta, bo przesyłka jest lżejsza i mniejsza — bardzo wygodnie można w ten sposób „dobijać” większe zamówienia. Łączna waga zamówienia dwóch płytek wyniosła zaledwie 39 g.


W moim przypadku każdy zestaw składa się z płytki amperomierza i woltomierza oraz kompletu elementów montażowych. Z jakiegoś powodu w jednej torebce były nie 4, a 5 śrubek — pewnie przez przypadek. Oprócz śrubek dostajemy dwie tulejki dystansowe, którymi mocuje się wyświetlacz do płytki.


Wymiary podałem wyżej, ale łatwiej powiedzieć, że płytka ma dokładnie takie same wymiary jak standardowe pudełko zapałek — we wszystkich trzech kierunkach.


Płytka wygląda na zupełnie prymitywną. Też tak myślałem, kiedy ją zamawiałem, ale w rzeczywistości okazała się lepsza, niż można by sądzić na pierwszy rzut oka.
Chodzi o to, że w przeciwieństwie do większości małych amperomierzy i woltomierzy opartych wyłącznie na mikrokontrolerze, producent zastosował tutaj osobny, dwukanałowy 16-bitowy ADC.

Na płytce widać też źródło napięcia odniesienia CJ431 (najprawdopodobniej odpowiednik TL431), które moim zdaniem może nieco obniżać dokładność pomiaru, oraz potencjometr do regulacji kontrastu wyświetlacza.


Oczywiście to też nie jest szczyt marzeń, ale na pewno lepiej niż 10-bitowy ADC, w który wyposażone są tanie mikrokontrolery.
Link do karty katalogowej.


Przy zaciskach znajduje się drutowy bocznik. Zaciski są oznaczone, ogólnie wszystko wygląda jak w zwykłych amperomierzach i woltomierzach.


Rezystancja bocznika jest bardzo mała, około 4 mΩ; pomiar wykonano od spodu płytki. Na płytce nie ma jednak wzmacniacza operacyjnego dla bocznika — wszystkim zajmuje się sam ADC. To niezbyt dobre rozwiązanie i mogą wystąpić problemy z pomiarem małych prądów, zwłaszcza przy tak niskiej rezystancji. Zaletą jest za to niewielki wpływ bocznika na parametry obwodu: nawet przy maksymalnym prądzie 10 A spadek napięcia wynosi tylko nieco ponad 40 mV.


Od spodu nie ma żadnych elementów, za to znajduje się krótka informacja o parametrach urządzenia i — co dziwne — o napięciu na boczniku: standardowe 75 mV. Wygląda na to, że sam bocznik jest najprawdopodobniej przeznaczony na 20 A, ale pierwotnie planowano zastosować bocznik na 10 A, ze spadkiem 75 mV przy deklarowanym prądzie.


Wielu elektroników ma w domu jeden lub dwa wyświetlacze 1602, kupione kiedyś do jakiegoś projektu, ale ostatecznie niewykorzystane, wyjęte z jakichś urządzeń itp. U mnie było podobnie, ale okazało się, że wyświetlacz miał już przylutowane gniazdo, a potrzebny był taki z pinami. Potem przypomniałem sobie, że mam taki w generatorze częstotliwości, więc pożyczyłem go stamtąd na jakiś czas.
Warto pamiętać, że są wyświetlacze z rezystorem ograniczającym prąd już na płytce — zwykle nowsze, z bocznym podświetleniem za pomocą jednej jasnej diody LED — oraz starsze, bez takiego rezystora, wyposażone w kilka diod LED (częściej spotykane w wyświetlaczach Winstar). Płytka jest przystosowana do pierwszego typu wyświetlaczy. Na AliExpress najczęściej spotyka się pierwszy typ, ale warto to sprawdzić.


Po złożeniu powstaje dość sztywna konstrukcja. Można ją przymocować do przedniego panelu za pomocą takich dystansów — bardzo wygodne rozwiązanie.


Na zdjęciach w sklepach, zarówno na Taobao, jak i na AliExpress, pokazano starszą wersję płytki (V 2.63), w kolorze czerwonym. Ja mam już nową (V 3.1), z niebieskim laminatem. Nie wiem, czym się różnią — na oko są bardzo podobne.


Po podłączeniu zasilania na chwilę wyświetla się powitanie, a następnie przyrząd przechodzi do trybu pracy. Jeśli włączymy go z wciśniętym przyciskiem, przejdzie do trybu ustawień.


Niestety instrukcja jest tylko po chińsku. Można spróbować przetłumaczyć ją za pomocą Yandex Translate, dlatego zamieszczam ten zrzut ekranu. W skrócie wygląda to tak:
Są cztery tryby: dwa tryby wyświetlania i dwa tryby kalibracji.
Maksymalna wyświetlana pojemność — 999.99 Ah
Maksymalny wyświetlany czas — 99 godzin 59 minut 59 sekund.


Aby wejść do menu ustawień, przytrzymujemy przycisk podczas włączania. Po jego zwolnieniu pojawią się cztery pozycje, między którymi przełączamy się krótkim naciśnięciem. Długie przytrzymanie wybiera tryb i zapisuje go w dwóch pierwszych przypadkach.
1. Tryb wyświetlania: napięcie, prąd, moc, równoważna rezystancja obciążenia. Przytrzymanie przycisku w tym trybie powoduje zatrzymanie wskazań na czas, gdy przycisk jest wciśnięty.
2. Napięcie, pojemność w Ah, prąd, czas. Krótkie naciśnięcie uruchamia odliczanie czasu, a tym samym pomiar pojemności w Ah; długie — zeruje czas i wskazania.
Tryby są zapamiętywane, więc po kolejnym włączeniu aktywny będzie ten sam tryb, co przed wyłączeniem.

3. Tryb precyzyjnej korekty woltomierza. To nie jest właściwa kalibracja, a jedynie niewielka korekta wskazań woltomierza. Nie testowałem tej funkcji; w opisie wspomniano o 1/10000.
4. Kalibracja. Należy kolejno sprawdzić przyrząd przy zerowym prądzie, następnie przy napięciu 5 V, a potem przy prądzie 3 A. Napięcie i prąd trzeba ustawić bardzo dokładnie, ponieważ służą do kalibracji.


Nawet po chińsku można mniej więcej zrozumieć przebieg kalibracji, kierując się tym, co napisano po angielsku.


Schemat podłączenia nie różni się od schematów innych amperowoltomierzy. Podano tu jednak dodatkowo takie parametry, jak:
Maksymalna wyświetlana moc — 4 kW, chociaż sam przyrząd może zmierzyć 60 × 10 = 600 W.
Rezystancja równoważna — 0–10 kΩ.

Ciekawe, że na schemacie mierzone napięcie opisano jako 40 V — najwyraźniej pozostałość po jakiejś starszej wersji.


Dokładność pomiaru napięcia sprawdziłem w zakresie od 47,7 mV do 62,34 V. Żeby nie przeglądać wszystkich zdjęć, powiem tylko, że przy górnej wartości różnica między napięciem rzeczywistym a zmierzonym wyniosła 70 mV, czyli około 0,1%. Przy deklarowanych 0,2% to znakomity wynik, tym bardziej że można spróbować nieco skorygować nawet taki błąd bez wpływu na kalibrację.
Na ostatnim zdjęciu widać, że przyrząd mierzy również napięcie powyżej 60 V. Myślę, że maksymalnie może zmierzyć 65,535 V, co wynika z rozdzielczości ADC.


Prąd mierzono, zaczynając od wartości bliskich zeru. Przy prądzie 4–5 mA wskazania są niestabilne i „skaczą” w zakresie około 0–6 mA.


Przy prądzie 10 mA i większym wskazania są względnie stabilne, a wahania wynoszą ±1 najmniej znaczącej cyfry.
Wynik pomiaru prądu jest, podobnie jak napięcie, nieco zawyżony względem wartości rzeczywistej, ale nadal mieści się w granicach błędu 0,2%. Deklarowany błąd wynosi 0,4%, więc i tutaj wynik jest całkiem niezły.

Sądząc po wynikach, wygląda na to, że występuje niewielki dryft źródła napięcia odniesienia, ponieważ zarówno prąd, jak i napięcie są zawyżone w podobnym stopniu.


Wyniki testów w formie tabeli. Podany tu błąd odnosi się do zmierzonych i rzeczywistych wartości, bez uwzględnienia pełnego zakresu pomiarowego. Nie uwzględniono też dodatkowego błędu (tych 0,2–0,3% FS), czyli formalnie postawiłem przyrządowi trudniejsze warunki, a rzeczywisty wynik jest znacznie lepszy.
Z tabeli widać, że wartość bliska zeru wypada w zakresie 10–15 V dla napięcia i 0,5–1 A dla prądu, choć logicznie powinna wynosić odpowiednio około 5 V i 3 A.


To raczej nie test dokładności, lecz stabilności wyników obliczeń. Wejście woltomierza podłączyłem do punktu połączenia sondy testera z przewodem prowadzącym do bocznika. Mierzony był więc spadek napięcia na boczniku i przewodzie, na podstawie którego obliczano równoważną rezystancję obwodu. Pomiar przeprowadzono przy czterech wartościach prądu, a rozrzut obliczonej rezystancji wyniósł zaledwie 2 mΩ.


Ostatni test dotyczył poprawności zliczania pojemności, choć w tym przypadku sprawdzałem raczej nie samo zliczanie, lecz dokładność pomiaru czasu, bo to jedna z wielkości decydujących o wyniku. Ah = prąd (ampery) pomnożony przez czas (godziny).

W ciągu 40 minut zegar amperowoltomierza odmierzył 39 min 50 s, czyli o 15 sekund mniej niż godzinę. Odpowiada to błędowi pomiaru prądu wynoszącemu 0,4%. Mówiąc prościej, ładowanie akumulatora o pojemności 1 Ah wskaże 1,004 Ah (bez uwzględnienia błędu pomiaru prądu).
Moim zdaniem jest to do zaakceptowania, ale oczywiście chciałoby się, żeby zegar był dokładniejszy — 15 sekund na godzinę to jednak sporo.


Widziałem ten amperowoltomierz na Taobao już jakieś rok temu i nawet chciałem go kupić, ale ciągle o tym zapominałem. Na stronie produktu jest zdjęcie pokazujące przykłady zastosowania, co świadczy o jego dość dużej popularności, ale u nas jakoś mało kto o nim wie.


Podsumowując, mogę powiedzieć, że te płytki bardzo mi się spodobały. Moim zdaniem są naprawdę lepsze od znanych amperowoltomierzy — zarówno pod względem dokładności, jak i funkcjonalności. Poza tym, jeśli macie w domu nieużywany wyświetlacz 1602, można dzięki temu trochę zaoszczędzić. Dodatkowym atutem jest możliwość zastosowania większego wyświetlacza 1602, a także precyzyjnej regulacji i kalibracji.
Spodobał mi się też wygodny zakres pomiaru napięcia i prądu. Urządzenie dobrze sprawdzi się w zasilaczu liniowym, który kiedyś pokazywałem. Tam wprawdzie zakres sięgał 20 A, ale moim zdaniem mało kto będzie budował zasilacz na taki prąd, za to 10 A jest jak najbardziej realne.
Nawet nie wiem, do czego mógłbym się przyczepić. Gdybym kupił go na AliExpress, narzekałbym na zawyżoną cenę, ale w tym przypadku cena jest świetna.



To już wszystko. Mam nadzieję, że ten tekst był przydatny. Jak zawsze, chętnie odpowiem na pytania i poczytam komentarze.