Witajcie moi drodzy.
Przedstawię tu wnętrze wtyczkowego miernika energii elektrycznej PeakTech 9035, przeanalizuję jego budowę oraz porównam ją z testowanym wcześniej miernikiem z Chin opartym o układ V9261F.
Poprzedni temat
Zapraszam do zapoznania się z poprzednią częścią:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3655635.html
Zakup PeakTech 9035
Miernik ten kupiłem dla odmiany nie w Chinach, lecz na jednej z nieco lepszych stron z elektroniką w naszym kraju:
Sprzedawca dołącza do niego dokumentację, kilka ważniejszych fragmentów:
Miernik mierzy koszt energii (można ustawić cenę za kWh), samo zużycie energii (w kWh), napięcie (V), częstotliwość (Hz), prąd (A) i współczynnik mocy.
Miernik posiada wbudowane ogniwo (niewymienne) oraz możliwość pamiętania pomiarów i ustawień po zaniku zasilania.
Po zakupie miernik dotarł do mnie zapakowany w dość nietypowy sposób:
Raczej tak być nie powinno. Zawartość opakowania:
Tabliczka znamionowa:
Instrukcja:
Wnętrze PeakTech 9035
Otwarcie obudowy może być problematyczne.
Miernik skręcony jest specjalnymi śrubkami, tzw. triwing:
Nie polecam prób odkręcania niepasującym śrubokrętem, łatwo wyrobić główki śrubek i potem problem robi się większy.
Widać wspomniane niewymienialne ogniwo Ni-MH 3.6V, układ zasilany jest beztransformatorowo (zamiast transformatora jest kondensator ograniczający prąd), a pomiar wykonywany jest nie na boczniku tak jak w VF9261F, lecz poprzez coś co wygląda jak przekładnik prądowy lub czujnik indukcyjny, może dalej się wyjaśni.
Wyświetlacz i przyciski trzyma dość dużo śrubek:
Wyświetlacz jest zdejmowalny, na płytce trzyma się tylko dzięki swojej plastikowej ramie z wypustkami i otworach w PCB:
Nie wiemy jaki układ obsługuje tę płytkę, ale nie może to być tylko kontroler LCD, gdyż ścieżki od przycisków też do niego idą. Pewnie jakiś mikrokontroler. Piny tasiemki (RST, FRE, CLK, SDI, SDO, GND, VCC) sugerują, że komunikacja odbywa się poprzez interfejs SPI.
Te uszkodzenie na tasiemce już było fabrycznie, ale całość działa bez zarzutu.
Przyjrzyjmy się drugiej płytce.
Duży rezystor to pewnie rezystor bezpiecznikowy, kondensator 0.33uF pewnie jest fragmentem zasilacza beztransformatorowego, a czarny element "z oczkiem" przez który przechodzi gruby przewód to przekładnik prądowy, niestety nie jest podpisany. Jego działanie obrazuje grafika:
źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Przekładnik_prądowy
Widać też rezonator kwarcowy 4.096MHz (2^12 = 4096), przypomina mi to rezonator 6.5536MHz z mojej recenzji poprzedniego produktu tego typu.
Spód płytki:
Teraz się troszkę rzeczy wyjaśnia. Mamy tu stabilizator napięcia 78L05, który zapewnia stabilne 5V dla reszty układu. Obok widoczna jest kość pamięci EEPROM 24C02 komunikująca się poprzez I2C:
Natomiast cały pomiar wykonuje dedykowany do tego celu układ CS5460A:
Z jego noty katalogowej dowiadujemy się m. in. o zastosowaniu wspomnianej już pamięci EEPROM (zawiera dane kalibracji oraz instrukcje początkowe) oraz o sposobie pomiaru.
Producent przedstawia różnego rodzaju aplikacje układu, m. in. z i bez transformatora:
Konfiguracja bez przewodu N:
Producent proponuje stosowanie optoizolatorów przy podłączaniu układu do zewnętrznego mikrokontrolera (w tym produkcie tego nie mamy). Opis sygnałów na złączu po prawej stronie przypomina ten na płytce wyświetlacza:
Na schemacie powyżej również zaznaczone elementy stosowane w roli redukcji zakłóceń EMI i ochrony wejść CS5460A.
Nota katalogowa opisuje też szczegółowo protokół komunikacji SPI z układem, dostępne komendy i ich argumenty:
Rejestry:
I na koniec - wyprowadzenia:
Myślę, że to zasadniczo wyjaśnia wszystko. Zostało jeszcze dodać, że na płytce z wyświetlaczem musi być mikrokontroler który obsługuje ten właśnie wyświetlacz oraz jego przyciski, w tym też kalkulacje np. ceny zużytej energii.
Kilka pomiarów
Jeszcze chciałem krótko pokazać kilka pomiarów, na początek próbę jak niskie prądy/moce miernik pokaże.
Najpierw użyłem sztucznego obciążenia LD35 do ładowarki USB.
Próba numer 1 - zwiększałem prąd od 0, na etapie pokazanym na zdjęciach miernik pokazał 0.5W, mniejszej mocy wcale nie wyświetlał (było 0):
Próba 2, zwiększałem prąd dalej. Wyszło 0.22A przy 5V czyli 1.1W obciążenia na LD35 (ale oczywiście są straty na samej ładowarce). Na etapie pokazanym na zdjęciach miernik pokazywał raz 1.5W, a raz 2.2W.
Współczynnik mocy raz wynosił 0.43, a raz 0.86, mimo że nic nie zmieniałem. Również skok o 0.5W wydaje się być dość losowy.
Niestety przy tak niskich mocach miernik szaleje a wartość mocy zdaje się odświeżać co około 0.5W, tj. najpierw było 0.5W, potem 1.2W, itp.
Do małych mocy się nie nadaje.
Następne co sprawdziłem to pomiar napięcia. Na ile jest dokładny?
Tu jest dość dobrze. Raptem 0.2V błędu względem tego co pokazuje mój Brymen BM857S.
Potem sprawdziłem z obciążeniem rezystancyjnym (bo tu można samemu coś policzyć gdyż współczynnik mocy dla niego wynosi 1, tj. nie ma przesunięcia w fazie między prądem a napięciem, przesunięcie to jest zerowe, a cosinus 0 to 1). Rezystor 6.236kΩ:
Wyniki:
Wskazania PeakTech 9035:
(I - wartość skuteczna prądu, U - wartość skuteczna napięcia, P - moc czynna, PF - współczynnik mocy aka cos fi)
I = 0.036A
PF = 1
U = 231.8V
P = 9.4W
Czujny czytelnik zweryfikuje sobie już na tym etapie pomiary i stwierdzi, że coś się nie zgadza... czy P z tego rzeczywiście wynosi 9.4W? 0.036A*231.8V*1 = 8.3448W... Sam na początku byłem zaskoczony ale potem zobaczyłem, że miernik ten rzeczywiście w małym stopniu zawyżył moc.
Moje oczekiwania:
U = 232 (pomiar brymenem)
R = 6236Ohm (pomiar brymenem)
I = U/R
I = 232V/6236Ohm
I = 0.0372A
P = IU (odbiornik jest rezystancyjny, współczynnik mocy = 1)
P = 0.0372A*232V
P = 8.63W
Na koniec test z żarówką 60W:
59.4W, chyba nie jest aż tak źle, ale tu też występuje to zawyżenie. 0.252A*231.7V=58.3884W...
Tak się przyglądałem przez chwilę wynikom pomiaru i zobaczyłem skąd ta różnica. Okazuje się, że wynikowa moc (i pewnie też prąd) pływa o te 1W. Widać to na filmiku poniżej:
58.9W zamienia się w 58.0W, to różnica aż 1W. Poprzedni testowany miernik tak nie miał...
Jednakże nie możemy tu nic zarzucić sprzedawcy - w manualu znajduje się informacja, że dokładność pomiaru prądu to 0.005A (opisana dość dziwnie - "Lower current range"), a 0.005A przy 230V i braku przesunięcia fazowego daje nam około 1.15W. W połączeniu z wolnym czasem odświeżanie daje to takie anomalie.
Następna część
W następnej części przedstawię środek kolejnego miernika (tym razem produkcji UNI-T, UT230B) i porównam finalnie wszystkie trzy:
Umieszczę też więcej przykładowych pomiarów dla szerszego zakresu mocy.
Podsumowanie
Wnętrze tego miernika okazało się być ciekawsze niż myślałem. Zarówno on jak i omawiany wcześniej V9261F zasilane są beztransformatorowo , ale na tym podobieństwa się kończą. V9261F wykonywał pomiar prądu bezpośrednio na boczniku, PeakTech 9035 wykonuje go poprzez przekładnik prądowy (na kostce CS5460A). Sekcja pomiarowa PeakTech 9035 komunikuje się z mikrokontrolerem poprzez SPI, a V9261F poprzez UART. Kolejną różnicą jest bateria - w produkcie z tematu jest wbudowana w środek, a w tym recenzowanym wcześniej wymienna (LR44).
Jeśli chodzi o dokładność, to niezbyt mam jak to rzetelnie sprawdzić, więc mogę jedynie odesłać do not katalogowych układów pomiarowych (V9261F i CS5460A), chociaż odnoszę wrażenie, że ten CS5460A gorzej sobie radzi z małymi mocami. Te dziwne pływanie (nawet o 1W różnicy) wyniku mi się nie podoba. V9261F tak nie miał, tylko że z kolei V9261F nieco zaniżał napięcie (i testując je oba też zauważyłem, że z V9261F z kolei zaniża nieco moc).
Jeśli chcemy dokładność co do 1W to nie polecam PeakTech 9035. Jeśli zależy nam na określeniu czy zużycie wynosi 20W, czy 60W, czy 200W, to może być.
Dokumentacja CS5460A wydaje się być dość kompletna, jeśli byśmy chcieli to moglibyśmy przerobić miernik i wykorzystać go w jakimś DIY z wybranym przez nas mikrokontrolerem i komunikować się z nim przez SPI.
Oprócz tego, troszkę szkoda, że miernik nie pasuje do gniazda "z bolcem" (aka "francuskiego", typ E). Nie wiem czemu tak jest, mogliby łatwo produkować wersję kompatybilną tym, zwłaszcza że fragment z wtyczką jest wymienny.
No i ten wyświetlacz mi się trochę nie podoba... na przykład przy wyświetlaniu współczynnika mocy w postaci "1.00" cyferka "1" jest tak blisko krawędzi, że na początku jej nie zauważyłem.
Ciąg dalszy w trzeciej części - teardown UT230B i test porównawczy UT230B vs PeakTech 9035 vs V9261F z nieco bogatszymi pomiarami.
Cool? Ranking DIY