USB-тестер, вимірювач чи показометр?

Дуже часто я зустрічаю в коментарях на форумах, а також в оглядах, вимірювання ємності акумуляторів смартфонів, павербанків тощо за допомогою USB-тестерів. Одного разу я спробував пояснити, чому так вимірювати немає сенсу, але сьогодні спробую зайти з іншого боку й перевірити самі тестери.


Передбачаю коментарі на кшталт: «Та оглядів цього тестера вже просто безліч, навіщо потрібен ще один?»
Так, оглядів справді багато, і це зумовлено тим, що модель досить популярна, мабуть, одна з найпопулярніших. Але в цьому випадку огляд тестера — лише побічна тема.

Для початку скажу, що в огляді буде порівняльний тест 15 екземплярів, але мета огляду — не показати, наскільки він хороший чи поганий, а пояснити, чому цей пристрій можна використовувати лише для приблизного оцінювання струму/напруги, а тим паче ємності.
Цей огляд — моя велика відповідь на запитання: вірити чи ні результатам тестів за допомогою «докторів».

Але дотримуватимемося послідовності. Я замовив 15 таких тестерів, ціна на момент замовлення становила близько 2.8 долара. Доставка була платною, тому я вказав ціну, розраховану за загальною сумою замовлення.
Невдовзі на пошті я отримав пакунок із купою маленьких пакетиків усередині.


Усередині пакетиків виявилося 15 USB-тестерів, усе відповідає замовленню, жодних запитань.


Технічні характеристики, заявлені виробником.
Модель — KWS-V20
Напруга — 4-20 Вольт (точність вимірювання +/-1%)
Струм — 0-3 Ампера (точність вимірювання +/-1%)
Таймер — 0-99годин
Ємність — 0-99999мАг

Оскільки цей огляд — усе ж таки частково огляд тестера, один екземпляр покажу докладніше, решта — точнісінько такі самі, розбирати кожен не буду :)
1. Дизайн досить звичний: з одного боку USB-штекер, з протилежного — гніздо для підключення навантаження.
2. Знизу корпус матовий, тому нічого особливо не видно.
3. Корпус складається з двох половинок і тримається на чотирьох засувках.
4. Засувки дуже тугі, розбирати незручно, тим паче так, щоб зробити це акуратно.


Усередині бачимо досить акуратну плату з РК-дисплеєм і роз'ємами. Є нові моделі з OLED-дисплеями, але мені вони поки що не траплялися.


На зворотному боці плати розташовані всі інші компоненти: контролер, мікросхема керування дисплеєм, шунт і стабілізатор напруги.
Сама плата гарна, але в деяких місцях її вигляд трохи псують сліди незмитого флюсу.


1. «Серцем» пристрою є мікроконтролер 8s003f3p6 від STMicroelectronics. Це 8-бітний мікроконтролер із 10-бітним АЦП.
Поруч із ним розташований стабілізатор напруги.

2. Оскільки дисплей має багато виводів, для допомоги мікроконтролеру встановлено контролер РК-дисплея — HT1621.
Ближче до вихідного роз'єму є резистор опором 50мОм, який виконує роль струмового шунта. Опір шунта досить великий: за струму 2 Ампера на ньому падатиме близько 0.1 Вольта, що за напруги 5 Вольт може бути суттєвим. А оскільки максимальний струм тестера становить 3 Ампера, падіння може сягати 0.15 Вольта, без урахування падіння на роз'ємах і доріжках друкованої плати.
Такий номінал зумовлений тим, що на платі немає підсилювача сигналу із шунта, і все вимірює сам мікроконтролер.



Індикація та керування дуже прості.
Угорі дисплея відображаються виміряна напруга й час тестування.
Унизу — виміряний струм і обчислена кількість мАг, що «пройшли» через тестер від останнього скидання показань.


Раніше я якось не звертав на це уваги, але виявилося, що тестер починає рахувати не з нуля. Або, точніше, не з найменшого виміряного струму.
1. Підключаю радіоклавіатуру: струм споживання 110мА, а згодом падає до 50мА, але таймер і, відповідно, лічильник мАг стоять на місці.
2. Підключаємо телефон: струм 600мА, таймер працює, і за кілька хвилин «набігла» певна кількість мАг.


Мені стало цікаво, за якого струму таймер починає «тікати». Визначити це дуже просто: поступово збільшуємо струм і стежимо за розділовими крапками таймера. Щойно вони починають блимати, відлік пішов.
У моєму випадку відлік почався за струму 260мА.


Але тестер при цьому показав 220мА, тому сказати, який саме поріг налаштовано, я не можу. Якщо за виміряним значенням, то 260, якщо за «зашитим» у налаштуваннях — то 220, а оскільки є ще й похибка вимірювання, то може бути і 200, і 250.


Для подальших тестів було зібрано простенький тестовий «стенд», що складається з блока живлення на 5 В і електронного навантаження.


Оскільки мій USB-подовжувач мав велике падіння напруги, зрештою я підключав USB-тестери безпосередньо до блока живлення.


Оскільки на результат вимірювання ємності насамперед впливає точність вимірювання струму, я вирішив перевірити саме цей параметр. Для цього навантажував пристрій струмом від 100 мА до 3 А з інтервалом 100 мА до значення 1 А і 200 мА до значення 3 А.
У тесті використовувався найточніший екземпляр, і при цьому помітно, що спочатку покази занижені, а потім завищені; точка найточніших показів — у районі 1,6–1,8 А. Згодом ви зрозумієте, що я мав на увазі під фразою «найточніший».

Але найбільша проблема полягає саме в перекосі: якби амперметр просто завищував або занижував покази, це можна було б виправити коригуванням опору шунта, але в разі перекосу ситуацію можна виправити лише програмним коригуванням. Але як це робиться і чи робиться взагалі, я не знаю.


За струму навантаження 2,5 А пристрій нагрівається не дуже сильно; найбільше нагрівається шунт, а оскільки він розташований біля вихідного роз’єму, частина тепла відводиться на нього.


Було перевірено 15 тестерів. Перевірка кожного проходила у три етапи: точність вимірювання напруги (без навантаження), точність за струму 1 А і за струму 2 А. Такі значення було обрано як найпоширеніші, наприклад для смартфона й планшета.
Вимірювання напруги я звів в одне групове фото, оскільки в середньому вони показують майже однаково, розкид становить 5,19–5,27 В. Розкид великий, але переважно покази перебувають у межах 5,22–5,24 В.


А тепер найцікавіше — перевірка точності вимірювання струму.
Усі фотографії йдуть почергово: екземпляр — 1 і 2 А.
Щоб не вдивлятися в покази, скажу коротко: розкид за струму 1 А становить 0,95–1,13 А, за струму 2 А — 1,97–2,38 А.

Тут я повертаюся до фрази «найточніший». У наведеному вище тесті лінійності вимірювання використовувався тестер, який показав найкращі результати; як ви розумієте, в інших покази будуть ще менш точними.



Ви, звісно, запитаєте: а чому ми маємо тобі вірити, може, твій китайський електронний навантажувач працює неправильно.
Погоджуся, запитання слушне, тому наведу порівняння з перевіреним мультиметром.
Напруга блока живлення без навантаження — 5,19 В; нагадаю, що в цьому тесті більшість тестерів показала 5,22–5,24 В, тобто дещо більше за реальне значення. Але оскільки ці дані не використовуються під час вимірювання ємності, я не надто звертаю на них увагу.


А тепер порівняння реального заданого струму навантаження (1 і 2 А) з показами найгіршого екземпляра. Як то кажуть, коментарі зайві.


Але най«смачніший» тест я залишив наостанок. Як я вже казав, такі тестери часто використовують для вимірювання ємності акумуляторів мобільних пристроїв. Майже щоразу я пишу, що так робити неправильно і для коректного тесту акумулятор треба підключати безпосередньо. В одному з оглядів я навіть проводив порівняльний тест; кому цікаво, можуть почитати, а тут наведу лише кілька картинок звідти.
Результат вимірювання ємності «доктором» — 2900 мА·год


Підключаємо акумулятор до електронного навантаження.


Отримуємо 2319 мА·год — суттєва різниця. Причому ця різниця може бути майже нульовою — залежить від тестера та смартфона/планшета.



Крім того, впливає ще й точність підрахунку ємності самим тестером. Мені, звісно, намагалися пояснити, що їхній тестер точний, але цього разу я вирішив продемонструвати, чому ще не вірю подібним «вимірюванням».

Отже, як то кажуть, «стежимо за руками».
Беремо чотири тестери, вмикаємо їх один за одним, обнуляємо й навантажуємо струмом 2 А. Першим іде тестер із найточнішими показами, три інші взято навмання із загальної купи.
Звісно, є вплив струму навантаження, який створює сам тестер, адже в нього є щонайменше підсвічування. Але оскільки споживання тестера невелике, цим можна знехтувати.
Але навіть якщо цього не робити, то, знаючи хоча б трохи фізику, нескладно зрозуміти, що найбільші покази мають бути в першого, а найменші (і найближчі до реальних) — в останнього, чого на фото явно не спостерігається.

Загалом виходить, що тестери нарахували від 1222 до 1333мА·год.


Усе було б нічого: розбіжність лише 111мА·год, може, навіть терпима за пів години, тобто реально 222мА·год, адже рахувати все-таки треба за годину.
Якби не один скромний нюанс: насправді минуло лише 1002. Скріншот я зробив за кілька секунд після фото, але таймер уже встиг перескочити з 29 хвилин на 30 — це видно на скриншоті.

Тобто фактично виходить, що останній USB-тестер нарахував 1283 за реальних 1002 (насправді навіть трохи менше). Я навів покази останнього тестера, оскільки на нього не впливають інші.
Виходить, що, вимірюючи ємність акумулятора таким тестером, можна запросто отримати замість 3000 аж 3840мА·год — і це без урахування некоректності самого принципу вимірювання такими «вимірювальними приладами».


Звісно, такий тест може здатися вам не надто наочним. Крім того, ви напевно запитаєте, до чого тут узагалі математика. Спробую пояснити.
Нижче для прикладу — фото ще одного тесту. Я не додумався його сфотографувати, тому довелося вирізати кілька кадрів із відео.
Я запустив ще один тест зі струмом навантаження 2 Ампери. У налаштуваннях електронного навантаження встановив обмеження часу в 1 годину. Щойно воно відрахувало цей час і, відповідно, 2000мА·год, то вимкнулося. Власне, ці покази ви й бачите на його екрані.
USB-тестер у міру нагрівання почав ще більше завищувати виміряний струм: почав із 2.04, а закінчив на 2.14 Ампера замість 2.0.
Хоча навіть це не так страшно: ну нарахував би не 2000, а 2100. Звісно, це не 1%, але все одно терпимо.
Але наприкінці тесту на екрані було 2499. І ось тут у дію вступає «китайська математика». Як відомо, ємність у мА·год — це струм у мА, що пройшов за 1 годину. Начебто все логічно.
У мене вийшло, що струм був 2100мА, час — 1 година (насправді 59хв 25 сек), тож за всією логікою мало відобразитися 2100. Але як у китайського тестера вийшло 2100 х 1 = 2500 ???? І це я використовував один із найточніших екземплярів, відібраних із 15 штук.


Ледь не забув ще одну річ. Ще гірша ситуація, коли користувач намагається оцінити ємність акумуляторів павербанка за допомогою такого тестера. Тут узагалі «без пляшки не розберешся», але все-таки спробую пояснити.
Зовсім недавно в коментарях побачив ось таку картинку, за нею й пояснюватиму. Тим паче, що не так давно мені телефонував знайомий із подібним запитанням: до нього звернулася інша людина, і зрештою мені довелося все це пояснювати на словах.
Замість смартфона можна уявити будь-яке інше навантаження, оскільки в цьому випадку воно не має значення.

Уся проблема в тому, що в павербанку зазвичай є підвищувальний (іноді знижувальний) перетворювач. Через нього струм від акумуляторів не дорівнює струму на виході.
Припустімо, напруга акумуляторів становить 4 Вольти, а на виході стандартні 5 Вольт. Але, як ви розумієте, енергія не може взятися нізвідки, тому струм до перетворювача буде більшим, ніж після нього. У випадку з 4 і 5 Вольт різниця становить 1.25 раза. Тобто струм від акумуляторів буде щонайменше в 1.25 раза більшим, ніж на виході. І це без урахування ККД перетворювача, який аж ніяк не дорівнює 100%.

Підключаєте ви свій тестер до виходу павербанка, він нарахував вам, наприклад, 3000мА·год. Якщо помножити на 1.25, то це вже буде 3750мА·год.
Усе було б нічого, але є два чинники, через які будь-яке вимірювання ємності на виході взагалі втрачає сенс:
1. Напруга на акумуляторах під час тесту змінюватиметься, відповідно змінюватиметься й коефіцієнт перерахунку. Наприклад, за 3 Вольт (розряджені акумулятори) він становитиме 1.66, а за 4 Вольт — 1.25.
2. ККД перетворювача — це величина не лише малопередбачувана (особливо з огляду на невідомі комплектуючі), а й така, що змінюється залежно від струму навантаження та напруги на акумуляторах. Тобто ККД може бути як 95%, так і 60% — різниця чимала, правда?

Тобто що виходить: відоме значення ємності на виході треба помножити на невідоме число в діапазоні 1.25–1.66, а потім ще й на невідомий ККД 60–95%. Що ми зрештою отримаємо? Думаю, щось близьке до погоди на Марсі 20 листопада 2025 року о пів на другу дня. Тому правильно вимірювати ємність можна лише безпосередньо підключившись до акумулятора. І не забуваймо, що деякі зарядні пристрої (наприклад, Opus) мають властивість трохи завищувати покази, тому коректне тестування — це дещо складніше, ніж просто вставити акумулятор у зарядний пристрій і натиснути кнопку, не кажучи вже про «докторів».


Ну і моє улюблене фото :)
Тестери від іншого продавця, але загальна картина приблизно така сама. До речі, можна оцінити струм споживання тестерів за першим і останнім показами.


Дуже сподіваюся, що мені вдалося наочно продемонструвати, чому USB-тестери придатні лише для грубої оцінки струму/ємності, а аж ніяк не для точних вимірювань.
Хоча самі по собі такі тестери дуже зручні й дають змогу швидко оцінити струм/напругу та ємність, тож сварити їх начебто нема за що — «грають, як уміють».
Як же їх можна застосовувати:
1. Просто оцінювати зазначені вище параметри — неточно, зате зручно.
2. Порівняльні тести. Досить точно можна оцінити, наприклад, що в одного пристрою ємність у 1.2 раза більша, а в іншого — у 1.5 раза менша. Тобто відносні, а не абсолютні вимірювання.
3. Перекалібрувати й отримувати досить точні результати, але через «перекіс» це можна зробити лише для одного значення вимірюваного струму. Наприклад, якщо замість 1/2 Ампера ми отримуємо 0.9/2.1 А, то після калібрування за струму 2 Ампери матимемо 0.8/2 Ампери, а якщо калібрувати за струму 1 Ампер, то цілком можемо отримати 1/2.2 Ампера.
4. Спробувати використовувати дорожчі варіанти, але обов’язково попередньо перевірити — причому не стільки струм, скільки «математику».

Не хочу говорити за всі тестери: можливо, є моделі, які вимірюють коректно, я навіть майже в цьому впевнений. Але прецедент є, тому й рекомендую уважно ставитися до таких вимірювань.

Доповнення. Не всі могли помітити, у чому проблема. Спробую викласти коротко:
Тестер показав струм 2.1 Ампера замість 2.0. Але ключова помилка, і її винесено в заголовок, — тестер неправильно порахував, адже 2.1 Ампера за годину дають 2100мАч, а тестер показав замість цього 2499мАч, хоча за всіма законами математики й фізики мав би показати 2100мАч.

На цьому все, сподіваюся, інформація не виявиться марною.