SIN90S，功能扩展型电压电流表

在开发多节电池组测试与均衡装置的过程中，我需要一台多功能测量仪。不过，考虑到它要与电子负载配合使用，因此这台测量仪也得有些特别。
开箱、介绍、测试，还有一段小小的经验教训，都在下文。


电池测试装置的开发并没有停滞，只是要做成它需要许多不同的模块，其中大部分已经备齐了。现在可以先列出一份清单，后续就按这个清单组装。
1. 可调DC-DC转换器DPS8005，负责给电池充电，并在电脑上绘制充电曲线——链接
2. 多通道电压表模块，用于测量电池组中每节电池的电压，并将数据传到电脑——链接。
3. 150 W电子负载，用最高2 A的电流给待测电池放电——链接
4. 容量测量及电子负载控制模块，本篇评测的主角。
5. 装置功率部分的供电：两台48 V电源——链接
6. 控制电路和风扇的供电。90 V输入对它们来说太高了，目前还在挑选方案：要么用独立电源，要么用DC-DC转换器。
7. 外壳已经选好，会在本篇评测中展示。
8. 19个均衡器，电流最高2 A。
9. 散热器、风扇、接插件、保险丝等，估计会在本地采购。


我计划不仅通过充电、还要通过放电来测量电池组容量，这样更准确。因此需要找个办法控制电子负载。我不想从头开始把所有东西都做一遍，于是选了我之前一篇评测里介绍过的方案。这个方案工作得相当不错，不过那篇评测里用的是量程达100 A的电流电压表，对我们这2 A来说……实在太大了，测量精度肯定惨不忍睹。
理想情况下，应该用这种电流电压表，可惜这类产品往往在电压范围（30 V）和功能上都有所限制，而我们需要控制外部设备，这里就是电子负载。

总之，我和朋友在网上找了各种方案，后来发现一款名为SIN9020的仪表，电压量程最高90 V，电流量程最高20 A。不过在AliExpress上搜索虽然能找到类似商品，标题却写着“4位红色LED双显示屏”，有些商品的买家照片也一样，尽管主图展示的正是我们想要的那款。总之，我们不想冒这个险。

1. 所谓“4位红色LED双显示屏”，你们也看出来了，完全是另一种测量仪。
2. 另一个选择是VAC-1030A，120 V、30 A，但我们没找到在售的，感觉已经下架了。它带继电器，而且是VAC系列中电流量程最低的型号。
3. 顺便说一句，我在找各种方案时，还看到同系列的仪表（从显示屏来看，和这次评测的型号属于同一系列），甚至有霍尔非接触式传感器，价格也就20美元左右。
4. 最后搜索结果指向了淘宝，我在那里找到一家不错的小店，甚至可以免费送到转运仓。同一家店里还看到一款电流量程高达1000 A的仪表。



包装没什么可挑剔的，非常好。仪表先裹了气泡膜，放在一个袋子里，袋子外面又包了一大张防护材料。唯一的缺点是，这种包装方式运费更贵。


卖家有两个版本：
90 V、20 A——双面款——$12.25
90 V、20 A——双重皮带保护款——$14.29

两个版本的参数。这里没有标明供电电压，但据我理解，如果从被测电路取电，范围是10–90 V；如果使用独立输入，则是10–14 V。


我不确定自己是否理解了这些名称的意思，所以保险起见，订了更贵的那款。最后收到的是这样一套东西。


整套包含：
1. 测量仪
2. 带分流器和接线端子的电路板
3. 连接线。


这款仪表的外壳很多无线电爱好者都很熟悉：上一台测量仪用的也是这种外壳，DPSDPH系列的各种转换器也采用了同款外壳。 例如，右侧是DPS8005转换器，将与本文评测的测量仪配合使用。


尺寸图。


拆下后盖后就能看到内部结构。可以马上看出，这块电路板预留了安装分流器和大电流接线端子的焊盘。


不过里面其实藏着两块电路板：一块是带显示屏的控制板，另一块是测量与供电板。


控制板没什么特别的，一面是显示屏和三个按键，另一面是STM8S005微控制器和简单的外围电路。


测量板上的元件可就多得多了。


输入电源先经过前级稳压器，然后进入以34063为核心的PWM稳压器。
测量用的双运算放大器MCP6002，我最近评测过一款转换器，里面用的正好也是同样的芯片。


功率板是单独的。我猜更便宜的供货版本不会附带这块板；说实话我也用不上它。不过我不确定能不能在便宜版上找到控制信号（也不确定它到底有没有这个信号），所以还是订了全套。

左侧可以看到外接电源接口，后面是一个两档跳线，标有3W和2W。前一档用于外接电源，后一档则由被测电路供电。不过“这里有个问题”：在被测电路供电模式下，继电器无法工作，它只能通过额外的接口供电。
右侧是一个四针接口，电源、测量信号和切换信号都通过它接入。

继电器采用独立供电，很可能部分原因就在于此：两种模式中的一种会让电流经过继电器触点，而且继电器还可能使电源稳压器过载。外接电源模式下允许的电压为10-14 V，被测电路供电模式下则为10-90 V。


功率板主要连接的内部电路图。使用外接电源时，接C、B+和B-端子。


说明书里介绍了不带继电器版本的接线方法，实际上和我的版本差别不大：
IN- = B-
IN+ = B+
Out- = Cb


底面没什么特别的。这里用的是继电器，NC触点额定电流最高30 A，NO触点最高40 A；对于这台设备来说，电流余量相当充足。
我测得分流器电阻为2.9 mΩ，是从上方测的。电流为20 A时压降为58 mV，这和常见的75 mV分流器不太吻合。不过标准分流器可能也能用，只是得重新校准。
我还顺手测了一下继电器NC触点的电阻，为2.36 mΩ。




我不止一次写过，普通继电器用于直流切换会遇到不少问题。最后我决定举个真实例子，看看如果……会发生什么。

事情要从很久以前说起，差不多50年前。三名美国宇航员觉得待在家里没什么意思，不如三个人一起去月球过个周末。他们分别是詹姆斯·洛威尔、约翰·斯威格特和弗雷德·海斯。


按理说，去野餐当然得带上啤酒、香肠和便携式烤架。路途遥远，于是他们准备了一枚大型火箭，给它取名“阿波罗13号”。发射时间是1970年4月11日，正好是星期六，看来是想赶在星期天前抵达月球，星期一再回NASA上班。


总之，三位伙伴一路飞啊飞，飞到距离地球大约300000 km时，突然“砰”的一声，不知什么东西炸了。第一个念头是：又是海斯在搞恶作剧，把电池掉到谁脚上了，真是个捣蛋鬼。可事实要简单得多：氧气罐少了一个。这里可不是科罗拉多州那条遍布汽车维修站的熟悉公路，坏了可没法随手修好。接下来就传来了大家熟悉的无线电通话——
休斯敦，我们遇到麻烦了！

随后他们还发现，除了氧气罐，他们还失去了GPS导航仪、MP3播放器收音机，而且还有什么东西开始漏到太空里去了。


休斯敦回答说：“别走开，我们马上想办法。” 他们想出的办法是：让飞船继续飞，到了那里再掉头，慢慢飞回来。
顺便说一句，朋友们把装着香肠、啤酒和海斯最爱的烧烤架的容器也处理掉了——把它扔到了月球上（扔的是烧烤架，不是海斯，不过顺手把他也扔过去倒也行）。为了多少弥补一点损失，他们在账目上把这笔开销记成了科学实验，还画了漂亮的图表，说是在测算月壳厚度。


与此同时，他们发现呼吸越来越困难，于是又出现了第二个问题——
休斯敦，我们又遇到麻烦了！！1

休斯敦回答说：别慌，把那个玩意儿和那破东西那根软管接到那个盒子上就行，一切都会OK的。要不是有个问题，一切本来确实会OK：软管是圆的，盒子却是方的（完全没有标准化）。最后，NASA的一位名叫Smiley的专家提出了解决办法：只要拿冷却服的聚乙烯外壳、飞行计划的纸板封面、海斯最喜欢的毛巾（看来是为了报复那些玩笑），再加上一卷蓝色绝缘胶带就行。右边照片里就是这套用破烂拼出来的装置；照片是黑白的，所以蓝色胶带几乎看不出来 :(

不过还是得夸夸这帮家伙，照片里他们依然在笑（至少Lovell和Swigert是这样），相当乐观。要知道，他们正漂在离地球几十万km的地方，待在一只半能用的铁皮罐头里，没啤酒，也没雪茄；而且那里还冷得要命，海斯最后都病倒了。看起来，擦拭用的暖身酒液体也被不小心扔掉了。


费了九牛二虎之力，这帮人总算回到了家，着陆后便决定弄清楚到底是怎么回事，以及该给谁那张嚣张的红毛脸来上一拳。顺便还得揍摄影师一顿，因为他居然把照片的地平线拍歪了。


总之，NASA局长把首席工程师叫来，姑且就叫他John Smith吧，然后问他：
- Johnny，这到底是怎么回事？
- 我们的继电器出故障了。
- Johnny，你这笨蛋，继电器从哪儿买的？
- 还是老地方，Ali上那家有名的Store929593490，评分98.3，卖了5435件。你们不是说要削减预算吗？
- Johnny，你真是个蠢货。
- 为什么？
- 你看过数据手册吗？
- 谁会看那个啊？我一直都这么干，也没人抱怨过。
- RTFM，Johnny，RTFM！

事情其实很简单，也相当平淡：聪明的中国美国工程师选用了触点额定电压为28 V的温控继电器，却完全忘了这不是一辆用24 V电池的卡车，电路里的电压可是65 V。结果可想而知，触点焊死了，水箱温度从27度一路升到了将近540度（他们还特意做了很好的隔热层，以防万一）。但这还不算完，工程师连仪表刻度也只做到27度，超过这个温度后显示的全是27（免得让人心烦），总之就是超级翻车。不信的话——证据。

这个故事的教训其实很简单：触点在直流电路中的表现很差，电压超过28 V时通常就要采用其他方案，因为这种情况下触点要么会焊死，要么会产生电弧并烧蚀，具体取决于负载类型和工作状态。
照片展示的是NASA实验室里的测试场景，实验过程中触点正好焊死了。总之，就因为这么一个错误，他们搞砸了登月任务，毁了飞船，差点把三名宇航员送去永恒的狩猎之地，还让整个NASA吓出一身冷汗。



所以我有时会批评中国开发者做的廉价设备，结果发现，美国人也能在一座价值数十亿美元的空间站上犯下这种低级错误。设计设备时一定要小心，哪怕它不是核反应堆，也不是空间站。



我偶然注意到，两块电路板不仅尺寸相同，安装孔的位置也一样；而且接口几乎完全对得上，只错开了一个触点。实际上可以把它们直接组装成一个整体，省掉排线。


仪器外观与VAC1100及类似版本完全相同，屏幕一样，右侧也有三个按钮。连按键手感都一样，硬得要命，简直让人崩溃。


测试前，我决定测一下它的工作电流和最低供电电压。
测下来，仪器在9.8 V时就能启动，但要到11 V才能正常工作，此时电流为40 mA。一两分钟后，背光会自动关闭，电流降到19–20 mA。供电电压约为60 V、背光开启时，电流也差不多。
顺便说说背光。它能自动关闭当然是好事，但这个功能完全不能设置，就很糟糕了。


接下来聊聊屏幕上显示什么，以及它是怎么工作的。网上有这台仪器的说明书，不过大部分内容不看说明书也能弄明白。

1. 电压表
2. 电流表
3. 电池电量指示，根据已充入/放出的容量以及设置中设定的容量计算。
4. 通过仪表的容量（Ah）和当前功率（W）。
5. 通过仪表的容量（Wh）和计时器
6. 控制按钮
7. 工作模式切换。

上下按钮移动黄色光标，短按OK可开启/关闭模式，长按（2-3秒）进入参数设置模式。


1. 接通电源后，光标始终位于中间位置。在此模式下按OK会关闭继电器（默认情况下继电器始终自动开启）。箭头会指示电流流动方向，即从负载流向电源，或反过来，不过这里的方向是相对的。另外，箭头为红色/绿色时表示输出已启用，灰色则表示未启用。
2. OVP——最高电压限值设置
3. OPP——功率限值，可视为一种过载保护。
4. OCP——负载电流限值。
5、6. 输出未启用，但指示电流方向的箭头仍会工作。
7. OFT——工作时间限制。
8. OAH——电池容量限值，电量指示器上的百分比也会根据此数据计算。因此，电流朝一个方向流动时百分比会增加，朝另一个方向流动时则会减少。
9. LOP——最低电压限值
10. 短按可启用所需的限值，这些限值按逻辑“或”关系工作，也就是先达到哪个限值就按哪个触发。
11. 如果参数已经达到限值，就无法开启继电器。例如这里，我只有在选择最后一个限值后才能开启继电器。
12. 几乎所有照片中的电池都处于“放电”状态。为了演示，我把仪表接成了按“充电”方向计数的方式：箭头亮红色，Ah、Wh计数器和电量百分比都会增加，同时显示负载功率。

默认情况下，所有参数都设为00.00。正如我前面所说，长按进入参数设置模式，然后用上下按钮调整；但如果没有修改任何内容，就无法退出，因此至少要按一次向上或向下按钮。


接下来做一些测试。
先测量电压。我试了从11 V开始供电，一直到接近最大值90 V的情况。在整个范围内，测量精度显然符合标称的1%误差，甚至更好。


为了测试电流测量精度，我不得不使用更高级的电源和负载。仪表的接法不会让自身的耗电电流影响测量结果。



电流测量的情况明显差一些。首先，即使没有负载，仪表也显示约40-50 mA，不过我决定就按实际情况测试。
结果发现，在几乎整个100 mA到12 A的范围内，仪表读数都比实际值低40-80 mA。15 A和20 A是用另一台仪表测的，因为我的主力仪表量程只有10 A，连显示的12 A都远远超出量程。

当然，问题来了：为什么空载时是0.04 A，接上负载后却变成了0.01 A？很简单，0.04 A的电流方向是反的，也就是带负号。除了第一张照片，其他照片里的箭头都是绿色的，第一张则是红色。


问题的根源在于，仪表测量的是双向电流，因此严格来说，它的量程不是0-20 A，而是-20到20 A；如果按完整变化范围计算，就是40 A。这会带来两个问题：
1. 精度低于只测量0到20 A的情况
2. 必须准确设置零点。

从商品页面的照片上也能看到，仅接通电源时，显示屏上就有一个读数，这里是80 mA。


要进行校准，需要进入设置。操作方法是：接通电源前按住OK按钮，松开后就会显示校准菜单。按OK切换项目，按向上或向下按钮进行调整。
1、2. 有一个Mode模式，可以将数值从0改到5，但我试遍所有选项后没发现区别。
3. 0.0 A模式，即零点校准。空载开启仪表，然后按“向下”或“向上”按钮，将读数调到零。我这里需要按“向下”。
4. 按OK，直到进入“Save”项目，然后按“向上”或“向下”保存设置。此时屏幕上的数字会变化，为了避免误操作，我在断电前先按了一次“向上”，再按了一次“向下”。

这里还能看到两个电压校准点，分别是10 V和40 V；电流则只有一个校准点，分别对应-4 A和4 A。


其实在校准之前，仪表的误差也符合标称的2%，校准后又稍微好了一些。
不过现在我发现了另一个问题，最后两张照片展示了这一点：
1. 负载电流为100 mA时，刚经过大电流测试，仪表显示140 mA
2. 过15–20秒后，读数恢复正常。推测是分流器发热造成的影响。


设备的外壳已经买好了。这次我们没有省钱，选了Bahar金属外壳中几乎最大的款式。当然，它看起来确实有点太大了，但考虑到里面要装的东西不少，也就没觉得那么大了。不过，前面板的尺寸也是一个重要的考虑因素。


我之前在ZXY6020S转换器的评测中介绍过这个外壳。


现在来说说最后的结论吧。可以说，我多少有些失望。当然，我本来也没指望它有多高的精度，但针对我的用途，我确实没找到更合适的东西。最大的问题是，这台仪表的测量范围可达20 A，而我实际只需要测到2–3 A。解决办法要么是换成阻值更大的分流器，比如增大10倍；要么是在校准余量允许的范围内继续调整。
第一种方案需要重新换算读数；第二种方案则会导致大电流时测量误差很大，不过第一种方案更可行。
此外，分流器的温度稳定性也不太理想。要么接受这一点，要么换成正规的20 A、75 mV分流器。

最后一个问题也同样重要：按钮实在太难按了。从内部照片能看到，按钮就是最普通的那种，但装进外壳后按起来有多费劲……

除此之外，这台仪表也就是一台普通仪表，精度中等，不过符合标称参数。要是能有一份完整说明书，介绍一下额外设置选项就好了。顺便说一句，说明书目录里确实列了这一项，但正文里并没有设置说明。比如我就想关掉节能模式。


我的介绍到这里就结束了，欢迎提问和评论。另外，如果有人能推荐更适合我这个用途的设备，那就更好了。

这台仪表花了15.31美元。根据代购提供的信息，重量为110克。代购的运费取决于多种因素，例如购买数量，以及订单中是否还有其他商品。