Witajcie moi drodzy.
Dzisiaj przedstawię wtyczkowy miernik energii który zakupiłem w Chinach.
Jest to proste urządzenie, które może nam pokazać jakie mamy napięcie w sieci oraz jaki prąd i moc pobiera podłączone przez niego urządzenie.
Dodatkowo wykonam mini-test jego dokładności z żarówkami, by chociaż troszkę określić czy daje on sensowne rezultaty.
Na koniec go rozkręcę i pokażę dobrej jakości zdjęcia płytek ze środka.
Oferta zakupu watomierza
Watomierz znalazłem na eBayu. Niestety nie posiada żadnego dobrze widocznego modelu. Trudno też określić jego producenta.
Znalazłem go pod hasłem: Plug in Power Meter Measuring Current Voltage Watt Analyzer Energy Meter Socket
Tak wygląda oferta na której go kupiłem:
Cena trochę wzrosła od czasu gdy go kupiłem. Poniższy zrzut ekranu przedstawia stan oferty z dnia kupna:
Oferta pozwala nam wybrać jaki rodzaj wtyczki/gniazda potrzebujemy.
Poszczególne wersje watomierza prezentują się tak:
- wersja z wtyczką EU:
- wersja z wtyczką US:
- wersja z wtyczką UK:
Wybrałem oczywiście wersję z wtyczką EU, z tą z bolcem od uziemienia, tak jak na obrazku z oferty.
Przesyłka i pierwszy testy
Paczka przyszła po ponad miesiącu. Listonosz po prostu wsadził ją do skrzynki.
W środku paczki było zabezpieczone folią bąbelkową pudełko:
To dość nietypowe, jak na paczki z Chin. Z reguły przesyłają produkty nawet bez pudełek.
W pudełku był odpowiednio zabezpieczony miernik i instrukcja:
Załączona instrukcja jest tylko w języku angielskim, napisana dość poprawnie, a nawet bardzo dobrze jak na produkt z Chin:
Miernik po wypakowaniu.
Tutaj nastąpiła trochę niemiła niespodzianka, bo dostałem nieco inny typ gniazda/wtyku niż na zdjęciach z oferty. Mam na myśli podłączenie ziemi, co zresztą widać na zdjęciach. Miałem dostać tzw. gniazdo francuskie/belgijskie (z bolcem) a dostałem niemieckie/schuko.
Miernik do działania wymaga baterii, które tutaj były załączone w zestawie, ale zabezpieczone przed zużyciem poprzez mały pasek folii:
Miernik korzysta z dwóch baterii LR44 MAXTEL MADE IN PRC:
Specyfikacja tych baterii:
Po wyjęciu folii zabezpieczającej baterie miernik jest gotowy do pracy. Nie trzeba niczego dokupować.
Dodatkowo sprawdziłem, czy miernik działa bez tych baterii - tak, działa i poprawnie mierzy zużycie energii. Te baterie pewnie tylko podtrzymują jego pamięć i/lub czas.
Co pokazuje miernik?
Na początek sprawdziłem co w praktyce pokazuje miernik i na ile jest to zgodne z opisem z instrukcji.
Użyłem do tego takiej żarówki:
I gniazda na nią (swoją drogą też kupionego na eBayu):
Cały układ gotowy do testów:
Miernik pokazuje:
- (oczywiście) moc:
- napięcie sieciowe:
- częstotliwość z sieci:
- prąd pobierany z sieci:
- "cos phi" (cos φ, współczynnik mocy):
Na każdym zdjęciu widać też że miernik mierzy czas jak długo jest włączony do sieci.
Dodatkowo miernik pokazuje maksymalne wartości mocy, prądu itp. pamiętane od początku pomiaru (z adnotacją MAX.):
Bardziej zainteresowanych zaawansowanymi funkcjami (zliczaniem kosztu energii) odsyłam do instrukcji miernika załączonej w tym temacie jako zdjęcia.
Mini-test: pomiary zużycia energii przez żarówki
Najbardziej interesowała mnie kwestia dokładności pomiaru mocy przez ten miernik. Nie mam innych mierników, których mógłbym użyć w celu porównania wyników, więc uznałem że po prostu potestuję go z różnymi żarówkami jakie mam w warsztacie. Nie jest to najlepszy sposób ale musiałem się do niego uciec z braku lepszych rozwiązań.
Na początek świetlówka OSRAM DULUXSTAR 21W/825 220-240V Made in China:
Testujemy:
Wyniki pomiaru: 20.4W
Moc z etykiety: 21W
Dalej żarówka ledowa AMM-E14-G45 -5W-CW
G45 5W 6500K E14
AC 220-240V 50Z:
Wyniki pomiaru: 4.9W
Moc z etykiety: 5W
Następnie żarówka biała zimna LED AMM 12W E27 LITE:
Wyniki pomiaru: 11.5W
Moc z etykiety: 12W
Teraz klasyczna żarówka Spectrum 230V/40W z gwintem E14:
Wyniki pomiaru: 38W
Moc z etykiety: 40W
Dalej bratnia dla niej żarówka Spectrum 230V/60W:
Wyniki pomiaru: 57.4W
Moc z etykiety: 60W
Klasyczna żarówka 60W z gwintem E27 (napisy na niej się niestety zamazały ze starości):
Wyniki pomiaru: 53.7W
Moc z etykiety: 60W
Wyniki wszystkich powyższych testów umieściłem w tabelce:
| Żarówka | Moc z opakowania | Wynik pomiaru | Różnica |
| OSRAM DULUXSTAR 21W/825 | 21W | 20.4W | 3% |
| AMM-E14-G45 -5W-CW | 5W | 4.9W | 2% |
| LED AMM 12W E27 LITE | 12W | 11.5W | 4% |
| Spectrum 230V/40W | 40W | 38W | 5% |
| Spectrum 230V/60W | 60W | 57.4W | 4% |
| Klasyczna 60W E27 | 60W | 53.7W | 10% |
Od razu rzuca się w oczy, że zmierzona moc jest zawsze mniejsza niż oczekiwana.
Przy interpretowaniu tej tabeli należy pamiętać, że na uzyskane wyniki wpływają co najmniej dwie niepewności: pomiaru mocy przez miernik i nominalnej mocy pobieranej przez żarówkę. Do tego jeszcze jest kwestia bieżącej wartości napięcia w sieci. Dlatego uważam, że wyniki są dość dobre, błąd jest praktycznie dla każdego wiersza mniejszy niż 5%.
Test z czajnikiem (prawie 2000W)
Dodatkowo sprawdziłem jeszcze jak miernik radzi sobie z większymi mocami. Tu nie chodziło już o dokładność, bo w tej kwestii test był niemiarodajny, ale ogólnie o to czy podoła i czy przypadkiem nagle nie zadymi.
Do testu użyłem czajnika elektrycznego orava o mocy "max. 2000W":
Miernik pokazał jakieś 1700W.
Test ze sztucznym obciążeniem 6.2kOhm
Myślałem jeszcze co mogę zrobić by sprawdzić dokładność tego miernika i uznałem, że spróbuję zmierzyć moc/prąd jaka wydzieli się na rezystorze odpowiedniej mocy podłączonym do sieci.
Rezystor odpowiedniej mocy wziąłem z mojej kolekcji wylutów ze starych telewizorów CRT:
Wybrałem wartość 6.2kOhm (akurat miałem taką, z tolerancją 5%):
Zweryfikowałem jego rezystancję multimetrem:
Przygotowałem z niego (i z kabla od starego telewizora) najprostsze obciążenie, całość zaizolowałem koszulkami termokurczliwymi, ale i tak odradzam jakiekolwiek próby replikowania tego co robię.
Zmierzyłem też napięcie w sieci. Tutaj bardzo przydałoby się mieć lepszy sprzęt pomiarowy, jakiś dobry voltomierz TrueRMS, ale skorzystałem z tego co miałem:
I ostatecznie rozpocząłem test. Oto wyniki pomiarów miernikiem energii:
Podsumowując,
wtyczkowy watomierz pokazał:
- moc 7.6W
- napięcie 220.6V
- prąd 0.034A
- współczynnik mocy 1 (nic dziwnego, to obciążenie ma czysto rezystancyjny charakter)
Mój multimetr UT10A pokazał:
- napięcie 222.6V
- rezystancja 6.2kOhm
Bazując na pomiarach UT10A można wyliczyć, że zużycie mocy powinno wynosić:
I = U/R
I = 222.6V/6200Ohm
I = 0.036A
P = IU
P = 0.036A*222.6V
P= 8.0136W
Wyliczona, oczekiwana moc wynosi 8.0136W a wtyczkowy watomierz pokazuje 7.6W. Czyli wartość znów zaniżona, jakieś 9% błędu.
Zaglądamy do środka miernika - czyli tzw. 'teardown'
Na koniec pozwoliłem sobie rozebrać miernik na części i dokładnie obejrzeć jak jest zrobiony. Oczywiście po całym procesie udało się go z powrotem złożyć i dalej jest w pełni funkcjonalny.
Obudowa trzyma się na trzech śrubach krzyżakowych oraz na kilku zaczepach.
Najpierw odkręciłem śruby:
Potem delikatnie podważyłem pokrywę płaskim śrubokrętem. Trzymała się jeszcze na zaczepach:
W ten sposób ukazał mi się środek miernika:
Moduł gniazda jest ściągany - nic dziwnego, zapewne w produkcji są dwie wersje z różnym rozmieszczeniem uziemienia (gniazdo 'francuskie' z bolcem uziemiającym oraz gniazdo 'niemieckie' z uziemieniem na blaszkach po bokach). Różnią się one tylko tym modułem.
W środku znajdują się dwie płytki.
Większa z nich to tylko wyświetlacz i przyciski:
Druga, mniejsza płytka, ma bardzo dużo elementów po spodniej stronie. Nie widać tego na pierwszy rzut oka.
Na tym etapie musiałem skorzystać z lutownicy by odlutować kabelki do gniazda baterii. Bez tego nie dałoby się zdjąć głównej płytki:
I oto główna płytka na zdjęciach dobrej jakości. Najpierw z wierzchu:
Od razu rzuca się w oczy bocznik (ang. shunt) będący precyzyjnym rezystorem o małym oporze służącym do pomiaru prądu. Pomiar prądu jest realizowany jako pomiar spadku napięcia na nim a potem prąd liczony jest z prawa Ohma (znamy spadek napięcia i rezystancję, więc prąd można policzyć). Oczywiście miernik musi wykonywać dużo pomiarów w jednostce czasu ze względu na to, że w sieci mamy (mniej lub bardziej) sinusoidę.
Widać też rezonator kwarcowy 6.5536MHz (ta wartość nie jest przypadkowa - 2^16 = 65536, używają go do zliczania czasu).
Obok widoczny jest kondensator elektrolityczny 220uF 35V.
A ten duży żółty kondensator to MEX/TENTA MKP 0.33uF X2 275VAC:
I co najważniejsze - od spodu. Widać bardzo dużo elementów SMD (w montażu powierzchniowym):
Pierwszą rzeczą na jaką zwróciłem uwagę był brak jakiegokolwiek zasilacza impulsowego wewnątrz konstrukcji. Obudowa jest dość duża i z pewnością taki by się tu zmieścił. Ale jak widać nie było potrzeby - tutaj użyty został tzw. 'capacitive dropper', czyli mniej więcej taki układ:
Ten 'capacitive dropper' tworzony jest zapewne przez ten duży kondensator 0.33uF MKP 275VAC widoczny na zdjęciach wcześniej i rezystor obok niego.
Nieco dalej za nim znajdują się diody prostownicze i kondensatory elektrolityczne. Na płytce widać co najmniej dwie diody z oznaczeniem ||A7, czyli po prostu zapewne 1N4007 w obudowie SOD-123:
Obok nich jest też jedna większa dioda Zenera:
Zapewne 1N4007 prostują napięcie a dioda Zenera je wstępnie wyrównuje.
Podsumowując, zasilanie całości widziałbym mniej więcej tak:
Schemat powyżej jest oczywiście tylko poglądowy, na płytce są dodatkowo rezystory, kondensator elektrolityczny (na 35V, co mówi nam jakiego rzędu napięcia tam występują), co widać dobrze na zdjęciach.
Nieco dalej na płytce rzuca się w oczy pojedynczy układ w budowie SOT-89-3L. To 78L05, stabilizator napięcia o wyjściu 5V:
Jego układ pinów umieszczam poniżej (przydaje się przy śledzeniu połączeń na płytce):
Można łatwo prześledzić, że jest on podłączony za diodą Zenera. Czyli zasadniczo 'capacitive dropper' wraz z diodą obniża wstępnie napięcie, a sam 78L05 już ostatecznie przygotowuje stabilne 5V.
78L05 zasila serce miernika - układ V9261F 1925 HOPM80 firmy Vangotech.
Na stronie Vangotech udało mi się znaleźć jego dokładny opis. Podane tam jest jego napięcie zasilania oraz bardziej szczegółowe informacje, a nawet dokładność pomiarów i sposób jego komunikacji z wyświetlaczem/mikrokontrolerem (UART 4800 bps). Zacytuję tu jego opis:
Cytat:
· 5.0 V power supply, wide range:3.0 V ~ 5.5 V
· Internal reference: 1.188 V (Typical drift 10 ppm/°C)
· Typical power consumption in normal operation: 1.9 mA
· Three independent oversampling Σ/Δ ADCs: One for voltage, one for current, and one for multifunctional measurements
· Support UART communication interface, baud rate: 4800 bps
· Crystal frequency: 6.5536 MHz or 3.2768 MHz
· Highly metering accuracy:
< 0.1% error in total/fundamental active energy over a dynamic range of 5000:1
< 0.1% error in total/fundamental reactive energy over a dynamic range of 3000:1
Supporting GB/T 17215.321-2008, GB/T 17215.322-2008, and GB/T 17215.323-2008
· Supporting various measurements
· Supporting software calibration
· Supporting current detection
· Supporting programmable no-load detection threshold
· Accelerating meter calibration when low signal is applied
· CF signals output
· Current input: Current transformer and shunt resistor
· Operating temperature: -40°C ~ +85°C
· Storage temperature: -55°C ~ +150°C
· Package: 16–SOP
Źródło: http://www.vangotech.com/int/product.php?areas=0&bigs=10&smalls=15&id=37
Znalazłem tam też jego notę katalogową:
Jest ona dostępna po angielsku i po chińsku. Jest w niej dość dużo informacji, m. in. schemat przykładowego zastosowania tego układu:
Są w niej też dokładne przebiegi czasowe sygnałów i opis komunikacji z tym układem scalonym:
Zamieszczam tu ją do pobrania:
Podsumowując teardown, nie jest tak źle w środku, choć widać cięcia kosztów. Układ scalony jest zasilany w sposób prymitywny, niezapewniający separacji galwanicznej od sieci. Nie rzuciły mi się też w oczy żadne zabezpieczenia, zero bezpieczników.
Możliwości modyfikacji i użycia miernika na bazie V9261F we własnych projektach
Pod hasłem V9261F w sieci można znaleźć posty i tematy innych użytkowników tego miernika energii, którym udało się skomunikować go z ESP8285/ESP8266. Czyli opisany tu miernik zasadniczo jest 'otwarty' i można go użyć w różnorodnych projektach DIY:
Czyli całość można łatwo przerobić tak by mieć odczyt bezprzewodowy, np. przez WiFi.
Dość bogaty opis użycia tego miernika w połączeniu z ESP8266 można znaleźć na stronie tinkerman:
https://tinkerman.cat/post/connected-power-meter/
Cała jego modyfikacja opiera się na wpięciu się w linie TX/RX po której przesyłane są dane i przechwytywaniu ich przez ESP.
Źródło schematu: https://tinkerman.cat/post/connected-power-meter/
Modyfikacja wygląda tak:
Źródło zdjęcia: https://tinkerman.cat/post/connected-power-meter/
Kod modyfikacji jest napisany w Arduino i dostępny na github:
https://github.com/HarringayMakerSpace/WiFiPowerMeter
Projekt ten jest dostępny na licencji Apache-2.0.
Kopia zapasowa repozytorium (stan na 31 stycznia 2020):
Dodatkowo ten miernik wspierany jest przez projekt ESpurna. ESpurna to modyfikacja firmware ESP8285/ESP8266 przeznaczona dla inteligentnego domu. Też Open Source, kod dostępny na licencji GPL-3.0.
Repozytorium Espurna:
https://github.com/xoseperez/espurna
Kopia zapasowa repozytorium (stan na 31 stycznia 2020):
Podsumowanie
Produkt nie jest zły jak na prosty mierniczek energii dla przeciętnego "Kowalskiego", nie ma profesjonalnej dokładności, ale ostateczny werdykt zostawię Wam.
Plusy zakupu:
+ bateryjki były w zestawie
+ instrukcja po angielsku była w zestawie
+ produkt zapakowany był dość dobrze
+ protokół komunikacji jest znany (datasheet V9261F jest dostępny)
+ w miarę bogata funkcjonalność (pamięta maksymalne wartości, może liczyć koszt zużytej energii, itp)
Minusy:
- dostałem troszkę inny typ gniazda niż na zdjęciu z oferty
- dość długie oczekiwanie na przesyłkę
- cena nie była rewelacyjna
- przy tak dużej obudowie pewnie mogliby zmieścić do środka mini-zasilacz impulsowy zamiast tego 'capacitive dropper', ale pewnie wtedy byłoby drożej...
- miernik chyba troszkę zaniża wyniki, ale by ostatecznie to osądzić to musiałbym mieć nieco lepszy sprzęt pomiarowy
A Wy co sądzicie o tym mierniku? Warto go kupować, czy może znacie lepsze alternatywy? A może ktoś się pokusi o użycie go w projekcie DIY (jako że sposób komunikacji z V9261F jest znany)?
Fajne! Ranking DIY
