USB测试仪、测量仪，还是读数显示器？

我经常在论坛评论和评测中看到有人用USB测试仪测量手机、充电宝等设备的电池容量。有一次我试着解释过为什么这种测量没有意义，今天我换个角度，来检查一下这些测试仪本身。


我预料到会有人评论说：这种测试仪的评测已经多得数不清了，为什么还要再来一篇？
没错，相关评测确实很多，这是因为这款型号相当受欢迎，大概是最受欢迎的型号之一。不过这次的文章只是间接算一篇测试仪评测。

先说一下，这篇文章会对15个样品进行对比测试，但目的不是展示它有多好或多差，而是解释为什么这种设备只能用来粗略估算电流、电压，更不用说测容量了。
这篇文章算是我对“该不该相信用‘医生’测出来的结果”这个问题的一次全面回答。

不过还是按顺序来。我订了15个类似的测试仪，下单时每个价格约2.8美元。另外还付了运费，所以这里的价格是按订单总金额计算的。
没过多久，我就从邮局取回一个包裹，里面装着一堆小袋子。


袋子里有15个USB测试仪，和订单一致，没什么问题。


制造商标称的技术参数。
型号：KWS-V20
电压：4-20 V（测量精度±1%）
电流：0-3 A（测量精度±1%）
计时器：0-99小时
容量：0-99999 mAh

既然这篇文章多少也算是测试仪评测，那我就详细介绍一个样品。其余的都一模一样，就不逐个拆了：）
1. 外观很常见，一端是USB插头，另一端是连接负载的插座。
2. 外壳底面是哑光的，所以看不出什么特别之处。
3. 外壳由两半组成，通过四个卡扣固定。
4. 卡扣非常紧，拆起来很不方便，尤其是想拆得整齐、不留痕迹的话。


里面是一块做工相当整齐的电路板，上面有LCD和接口。还有一些采用OLED的新版，不过我目前还没拿到过。


电路板背面装着其余所有元件：控制器、显示屏驱动芯片、分流电阻和稳压器。
电路板本身挺漂亮，不过有些地方残留着没清洗干净的助焊剂，稍微影响了观感。


1. 设备的“核心”是STMicroelectronics的微控制器8s003f3p6。这是一款带10位ADC的8位微控制器。
它旁边是稳压器。

2. 由于显示屏的引脚很多，为了减轻微控制器的负担，电路中还装了一颗LCD驱动芯片——HT1621。
靠近输出接口的位置有一个阻值为50 mΩ的电阻，充当电流分流电阻。分流电阻的阻值相当高，电流为2 A时，其两端压降约为0.1 V；在5 V电压下，这个压降就不算小了。测试仪的最大电流为3 A，因此压降可能达到0.15 V，还没算上接口和电路板走线上的压降。
之所以采用这个阻值，是因为电路板上没有分流信号放大器，所有测量都由微控制器直接完成。



显示和操作都非常简单。
屏幕上方显示测得的电压和测试时间。
下方显示测得的电流，以及自上次清零以来通过测试仪的累计电量，单位为mAh。


以前我没太注意，后来发现测试仪并不是从零开始计数。更准确地说，它不是从测得电流的最低值开始计数。
1. 接上无线键盘，耗电电流为110 mA，过一会儿降到50 mA，但计时器和相应的mAh计数都没有变化。
2. 接上手机，电流为600 mA，计时器开始工作，几分钟后就“累积”出了一些mAh。


我很好奇计时器从多大电流开始“走字”。这很容易确定：逐渐增大电流，观察计时器的分隔点；一旦它们开始闪烁，就说明计时开始了。
我的这台在电流达到260 mA时开始计时。


不过此时测试仪显示的是220 mA，所以具体设定的阈值是多少，我也说不准。 如果按实测值算，是260；如果按设置里“写死”的值算，是220。再考虑到测量误差，也可能是200或250。


为了进行后续测试，我搭了一个简单的测试“平台”，由一个5 V电源和一个电子负载组成。


由于我的USB延长线压降很大，最后我直接把USB测试仪接到了电源上。


由于容量测量结果首先取决于电流测量的准确度，所以我决定专门检查这一项。我让设备承受从100 mA到3 A的电流负载：达到1 A之前每次增加100 mA，达到3 A之前每次增加200 mA。
测试使用了精度最高的那台样品，可以明显看出，读数一开始偏低，之后又偏高；读数最准确的区间在1.6～1.8 A左右。稍后你们就会明白我说的“精度最高”是什么意思。

但最大的问题恰恰在于这种偏差。如果电流表只是单纯偏高或偏低，还可以通过调整分流电阻来解决；但这种偏差只能通过软件校正来修正。至于具体怎么做，或者到底能不能做，我就不清楚了。


负载电流为2.5 A时，设备发热不算严重，最热的是分流电阻。由于它靠近输出接口，部分热量也会传导到接口上。


我一共检查了15个测试仪。每个都分三个阶段测试：电压测量准确度（空载）、1 A电流下的准确度，以及2 A电流下的准确度。选择这些数值，是因为它们最常见，比如手机和 tablet 的充电场景。
电压测量结果我合并成了一张合照，因为它们的读数平均来看几乎一样，范围是5.19～5.27 V。差距不小，但大多数读数都在5.22～5.24 V左右。


现在到了最有意思的部分：检查电流测量的准确度。
所有照片按样品交替排列，每个样品分别对应1 A和2 A。
不必仔细盯着读数，我直接说结果：电流为1 A时，读数范围是0.95～1.13 A；电流为2 A时，范围是1.97～2.38 A。

这里我再回到“精度最高”这句话。上面测试测量线性度时，用的是表现最好的那台测试仪。你们也能想到，其他测试仪的读数只会更不准确。



你们肯定会问：凭什么相信你？说不定是你的中国电子负载工作不正常呢？
这个问题问得有道理，所以我拿一台经过校验的万用表来做对比。
电源空载电压为5.19 V。提醒一下，在这次测试中，大多数测试仪显示5.22～5.24 V，比实际值略高。不过这些数据不会用于容量测量，所以我不太在意。


现在来对比实际设定的负载电流（1 A和2 A）与表现最差那台样品的读数。正所谓，事实胜于雄辩。


不过，最“精彩”的测试我留到了最后。正如我之前说的，这类测试仪经常被用来测量移动设备电池的容量。我几乎每次都会说，这样测是不对的；要想正确测试电池，必须直接连接电池。在一篇评测中，我还做过对比测试，感兴趣的话，可以看看；这里我只放几张当时的图片。
用“医生”测得的容量：2900 mAh


把电池接到电子负载上。


测得2319 mAh，差距相当大。而且这个差距也可能几乎为零，具体取决于测试仪和手机／平板电脑。



此外，测试仪自身计算容量的准确度也会影响结果。当然，有人试图向我解释说他们的测试仪很准，但这次我决定演示一下，为什么我还是不相信这类“测量”。

那么，正如俗话说的——“看好了我的手”。
拿四台测试仪，依次串接起来，清零后施加2 A电流负载。排在第一的是读数最准确的测试仪，另外三台则是从一堆测试仪里随手挑的。
当然，测试仪自身也会产生负载电流，毕竟至少还有背光。不过测试仪的功耗很小，可以忽略不计。
不过即使不这么做，只要稍微懂点物理也不难明白，读数最大的应该是第一个，最小的（也最接近真实值的）应该是最后一个，而照片里显然不是这样。

总的来说，几个测试仪测出的容量从1222到1333 mAh不等。


其他倒也没什么，差距只有111 mAh，半小时内出现这样的误差或许还算可以接受；按一小时折算，实际差距就是222 mAh。
但有个小问题：实际只过去了1002秒。我是在拍照后大约5秒截的图，但计时器已经从29分钟跳到了30分钟，截图上能看出来。

也就是说，最后那个USB测试仪测出了1283，而实际值是1002（实际上还略低一些）。我引用最后一个测试仪的读数，因为它不受其他测试仪影响。
这说明，用这种测试仪测电池容量，轻轻松松就能把3000 mAh测成3840 mAh，而且这还没算上这类“测量仪器”本身测量原理的不可靠性。


你可能觉得这个测试不够直观，而且肯定还会问，这跟数学到底有什么关系？我试着解释一下。
下面再举一个测试的例子。我当时没想到要拍照，只好从视频里截了几帧。
我又做了一次测试，负载电流设为2 A。电子负载的设置中，我把时间限制设为1小时；它倒计时结束，也就是达到2000 mAh后，就自动关机了。你们在它的屏幕上看到的就是这个读数。
USB测试仪随着温度升高，测得的电流偏差越来越大：从2.04 A开始，最后到了2.14 A，而实际是2.0 A。
不过这还不算严重，哪怕它测出的是2100而不是2000，当然误差不止1%，但也还算能接受。
可测试结束时，屏幕上显示的是2499。这时候“中国式数学”就登场了。众所周知，mAh表示电流（mA）在1小时内流过的电量，听起来很合理。
我的测试结果是电流为2100 mA，时间为1小时（实际上是59分25秒），按理说应该显示2100。但这个中国测试仪怎么会算出2100 × 1 = 2500？？？而且我用的还是从15个里挑出来的精度最高的那一个。


差点忘了另一件事。用户想用这种测试仪估算充电宝电池的容量时，情况会更糟。这事儿真是“不喝点酒都搞不明白”，不过我还是试着解释一下。
前不久我在评论里看到这样一张图，正好可以拿来说明。更何况不久前有个朋友也打电话问过类似的问题，因为有人来问他，最后我只好把这些内容口头解释了一遍。
图里的智能手机也可以换成任何其他负载，因为在这个例子中，负载是什么并不重要。

问题在于，充电宝里通常有一个升压转换器（有时也有降压转换器）。因此，电池侧的电流不等于输出端的电流。
假设电池电压为4 V，输出端是标准的5 V。但你们也知道，能量不可能凭空产生，所以转换器输入端的电流会大于输出端。4 V和5 V的情况下，两者相差1.25倍。也就是说，电池侧的电流至少是输出电流的1.25倍，而且这还没考虑转换器的效率——它可不是100%。

你把测试仪接在充电宝输出端，它测出比如说3000 mAh；乘以1.25，就已经是3750 mAh了。
看起来倒也没什么，但有两个因素会让在输出端测容量这件事完全失去意义：
1. 测试过程中，电池电压会变化，相应的换算系数也会变化。比如电压为3 V（电池已放电）时，系数是1.66；电压为4 V时，则是1.25。
2. 转换器效率不仅很难预测（尤其是元器件型号未知时），还会随负载电流和电池电压变化。也就是说，效率可能是95%，也可能只有60%，差距可不小，对吧？

也就是说，我们得把输出端测得的已知容量乘以一个介于1.25到1.66之间的未知数，然后再乘以一个介于60%到95%之间的未知效率。最后能得到什么？我想，大概跟2025年11月20日下午一点半火星上的天气差不多。所以，正确测量容量的方法只有一种：直接连接到电池上测量。 还要记住，有些充电器（例如Opus）会把读数显示得略高一些，所以要想正确测试，比把电池放进充电器再按下按钮要复杂一点，更不用说那些“医生”了。


还有我最喜欢的照片：）
这些测试仪是从另一位卖家那里买的，不过整体情况大致相同。顺便可以根据第一个和最后一个读数估算测试仪自身的耗电电流。


我非常希望自己已经直观地说明了，为什么USB测试仪只适合粗略估算电流和容量，根本不能用于精确测量。
不过，这类测试仪本身确实很方便，可以快速估算电流、电压和容量，所以也没什么好责怪它们的，毕竟“它们只能做到这样”。
那么该怎么使用它们呢：
1. 只是粗略估算上述参数，不够精确，但很方便。
2. 用于对比测试。比如，可以相当准确地判断一台设备的容量是另一台的1.2倍，或者另一台的容量小1.5倍。也就是说，测量的是相对值，而不是绝对值。
3. 重新校准后可以得到相当准确的结果，但由于存在“偏差”，只能针对某一个测量电流值进行校准。例如，实际电流为1/2 A时，仪表读数却是0.9/2.1 A；如果按2 A电流校准，之后读数就会变成0.8/2 A；而如果按1 A电流校准，读数则可能变成1/2.2 A。
4. 可以试试更贵的型号，但一定要先检查，重点不是电流，而是它的“计算逻辑”。

我不想把话说得太绝对，可能确实有测量准确的型号，我对此甚至几乎可以肯定。但既然已经出现过这种情况，我还是建议大家谨慎看待这类测量结果。

补充说明。可能不是所有人都注意到了问题所在，我试着用一句话概括：
测试仪显示电流为2.1 A，而不是2.0 A。但关键错误在于它的计算结果不对，这也是标题里指出的问题：2.1 A持续一小时应对应2100 mAh，可测试仪显示的却是2499 mAh。按照数学和物理规律，它本应显示2100 mAh。

就说到这里，希望这些信息不会毫无用处。