小巧简易的60 V、10 A电流电压表

我在淘宝上看中了一块小巧的电流电压表电路板，就下单买来试试，结果发现没买错。详情请看下面的评测。


这块电路板在AliExpress上也有卖，不过13美元的价格让我不太满意。即使算上代购服务费和中国境内运费，我买两块板子的花费也差不多只够买一块。
淘宝链接里有三个选项：
1. 不带显示屏的电路板——$3.92
2. 显示屏——$0.87
3. 带显示屏的电路板——$4.79
中国境内运费是1.88，不过在合理范围内不随数量变化，所以当然至少买两套更划算。另外，1602显示屏通常很多人手头都有，或者在Ali上也能便宜买到，因此专门从淘宝买就没什么必要了。


商品页面上的技术参数表，我按自己的理解翻译如下：
供电电压：4.8–5.3 V
带显示屏时的工作电流（实测）：30–35 mA
电压测量范围：0–60 V
电压测量误差：±0.2%+0.2%FS
电流测量范围：0–10 A
电流测量误差：±0.4%+0.3%FS
ADC计数：65535（16位）
刷新频率：5 Hz，实际可能更接近3 Hz，不过我没专门测过
不含显示屏的尺寸：36×50 mm

我不太习惯看到这种标注加性误差（FS）的方式。通常只会标出末位数字可能跳动的范围；这里我理解为也是同一回事，只不过用总量的百分比表示。但无论如何，对我来说，实际测试结果更有参考价值。


卖家把套件装在小巧的袋子里寄出，大袋子是代购那边重新包装的。这样倒是有好处，包裹的总重量和体积都更小，很适合用来给大订单“凑单”。我买的两块板子总共才重39 g。


我买的每套都包括一块电流电压表电路板和一套紧固件。不知为什么，其中一个袋子里不是4颗螺丝，而是5颗，可能是装错了。除了螺丝，还附带两根支柱，用来把显示屏固定在电路板上。


上面已经给出了尺寸，简单来说，它的长、宽、高都和标准火柴盒完全一样。


这块电路板看起来非常简单。我下单时也这么想，但实际情况比看上去要好得多。
这是因为和大多数只用微控制器构成的小型电流电压表不同，这款产品采用了独立的双通道16位ADC。

电路板上还能看到CJ431基准电压源（很可能是TL431的兼容型号），在我看来它可能会稍微降低测量精度；旁边还有一个用于调节显示屏对比度的微调电阻。


当然，这也算不上理想方案，但肯定比廉价微控制器自带的10位ADC要好。
这是数据手册链接。


接线端子旁边装有线绕分流器。端子上标注清楚，整体和普通电流电压表没什么区别。


分流器的电阻非常低，约为4 mΩ，这是从电路板背面测得的。电路板上没有用于分流器的运算放大器，完全由ADC负责处理。这不太理想，测量小电流时可能会有问题，尤其是分流器电阻这么低。不过也有好处：这种分流器对电路参数的影响很小，即使电流达到最大值10 A，压降也只略高于40 mV。


电路板背面没有元件，不过标注了仪表的简要参数。奇怪的是，还标出了分流器上的电压，标准值为75 mV。也就是说，分流器本身很可能是20 A规格，但最初设计时用的应该是10 A分流器，标称电流下压降为75 mV。


很多无线电爱好者家里都闲置着一两块1602显示屏，可能是以前买来做什么项目，最后没用上，也可能是从某些设备上拆下来的。我也有一块，但发现它焊着“母座”，而这里需要的是带排针的显示屏。后来想起频率发生器里有一块这种显示屏，就暂时拆下来用了。
要注意，有些显示屏的电路板上自带限流电阻，通常是带侧面背光的新款，背光由一颗高亮LED提供；还有些老款没有限流电阻，而且有好几颗LED（Winstar的产品中更常见）。这块电路板是按第一种显示屏设计的。 在AliExpress上最常见的是第一种，不过最好还是确认一下。


组装后结构相当牢固，可以通过这种支柱将它固定到前面板上，非常方便。


无论是淘宝还是AliExpress店铺的照片，展示的都是旧版电路板（V 2.63），红色的；我拿到的已经是新版（V 3.1），PCB是蓝色的。具体有哪些区别我不清楚，外观看起来很相似。


接通电源后，屏幕会短暂显示欢迎信息，随后仪表进入工作模式。如果按住按键开机，仪表就会进入设置模式。


可惜说明书只有中文，可以试试用Yandex翻译来翻译，所以这里放了这张截图。简单来说，内容如下：
共有四种模式：两种显示模式和两种校准模式。
最大显示容量为999.99 Ah。
最大显示时间为99小时59分59秒。


开机时按住按键即可进入设置菜单。松开按键后会显示四个选项，短按切换。长按用于选择模式，并在前两种模式下保存设置。
1. 显示模式：电压、电流、功率、负载等效电阻。在此模式下按住按键，读数会在按键按下期间保持不变。
2. 电压、容量（Ah）、电流、时间。短按开始计时，同时开始累计Ah容量；长按则清零时间和读数。
模式会被保存，下次开机时仍是关机前的模式。

3. 电压表微调模式。这并不是真正意义上的校准，只是对电压表读数进行小幅修正。我没有测试，说明中提到了1/10000。
4. 校准。这里需要依次在零电流、5 V电压和3 A电流下进行校准。电压和电流必须设置得非常准确，因为它们是校准基准。


即使说明是中文，只看英文部分也大致能弄明白校准流程。


接线方式与其他电压电流表没有区别，不过这里还额外标出了以下参数：
最大显示功率为4 kW，尽管仪表本身只能测量60×10=600 W。
等效电阻：0–10 kΩ。

有意思的是，原理图上标出的被测电压是40 V，看来是从某个旧版本沿用下来的。


电压测量精度的测试范围为47.7 mV至62.34 V。为了不把所有图片都逐一看一遍，我直接说结果：在量程上限附近，实际电压与测量值相差70 mV，也就是约0.1%。标称精度为0.2%，这个结果相当出色；而且还可以试着稍微修正一下这个误差，不会影响校准。
从最后一张照片可以看出，仪表测量的电压超过了60 V。我觉得最大值可能是65.535 V，这与ADC的位数相符。


电流测试从接近零的数值开始。电流为4–5 mA时，读数不稳定，会在约0–6 mA的范围内“晃来晃去”。


电流达到10 mA及以上时，读数相对稳定，波动为最低位±1个字。
电流测量结果和电压一样，也略高于实际值，不过仍在0.2%的误差范围内。标称误差为0.4%，所以这方面的表现也相当不错。

从测试结果来看，很像是基准电压源有轻微漂移，因为电流和电压都偏高，而且偏高的幅度差不多。


测试结果整理成了表格。这里的误差是相对于测量值和实际值计算的，没有考虑完整测量范围；此外也没有计入额外误差（也就是那0.2–0.3%FS）。换句话说，我实际上给仪表设置了更苛刻的测试条件，真实表现要好得多。
从表格可以看出，电压的近零值出现在10–15 V范围内，电流则在0.5–1 A范围内；按理说，分别应该在5 V和3 A左右。


这里与其说是在检查精度，不如说是在检查计算结果的稳定性。电压表输入端接在测试仪表笔与分流器导线的连接点上。也就是说，测量的是分流器上的压降加上导线上的压降，并据此计算电路的等效电阻。 测试在4个电流值下进行，计算出的电阻偏差仅为2 mΩ。


最后一项测试是检查容量计算是否准确，不过这次我检查的与其说是容量计算本身，不如说是计时精度，因为计时在这里是决定结果的关键因素之一。Ah = 电流（A）×时间（h）。

经过40分钟，电流电压表计时39分50秒，也就是比1小时少了15秒。因此，电流测量误差为0.4%。简单来说，给一块容量为1 Ah的电池充电，仪表会显示1.004 Ah（不计电流测量误差）。
在我看来还可以接受，不过当然还是希望时钟能更准一些，毕竟每小时差15秒还是有点多。


其实大约一年前我就在淘宝上看到过这款电流电压表，当时甚至想买，但总是忘了。商品页面上还有应用示例的照片，说明它相当受欢迎，不过在我们这儿好像不太出名。


总的来说，我很喜欢这几块小板。在我看来，无论是精度还是功能，它们都确实比那些知名的电流电压表更好。此外，如果手头正好有多余的1602显示屏，还能省点钱。另一个额外优点是可以使用更大尺寸的1602显示屏，而且还能进行精细调节和校准。
电压/电流测量范围也很实用，正好适合我之前展示过的线性电源。那款电源的电流上限是20 A，不过在我看来，没多少人会把它做到这么大的电流，10 A倒是完全可行。
我甚至不知道该挑什么毛病。要是在AliExpress上买的，我肯定会抱怨价格虚高；不过这次价格也很不错。



就到这里，希望这篇内容对你有帮助。和往常一样，欢迎提问，也欢迎直接留言。