Ваттметр своими руками схема. Ваттметр своими руками: схемы, принцип работы и виды измерительных приборов

Шкала ваттметра будет неравномерная, поскольку в нем работают диоды. Поэтому целесообразно снять характеристику прибора, как это делали в предыдущей конструкции. Для этого нужно отключить резистор R2 и подавать с регулируемого источника постоянное напряжение (примерно от 0 до 1 В) на верхние по схеме контакты вилки ХР1 (плюс) и розетки XS1 (минус). Смещать движок подстроечного резистора при этом не следует.

После этого проверяют показания ваттметра, отсчитывая их с помощью графика — характеристики диода и включая в розетку прибора лампы разной мощности — 75 Вт, 60 Вт, 40 Вт. А возможно ли измерить нашим ваттметром сравнительно малые мощности потребления, скажем, 5 или 10 Вт?

Это реально, если знать одну “хитрость”. Вставьте в розетку ваттметра тройник и включите в одну из пар гнезд его лампу, например, мощностью 60 Вт. Затем вставьте в другую пару гнезд вилку контролируемого маломощного устройства, и заметьте приращение показаний индикатора — оно и будет равно потребляемой мощности устройства.

Для тех, кто захочет построить ваттметр на мощность 200 Вт или 500 Вт, рекомендуем уменьшить сопротивление резистора R2 соответственно до 1 и 0,5 Ома, чтобы избежать излишнего падения напряжения на нем. Возможен, естественно, вариант многопредельного ваттметра, если установить в нем переключатель и подключать вместо R2 резисторы разного номинала. Надеемся, что такой прибор вы сможете сконструировать самостоятельно и использовать его для своих радиолюбительских нужд.

Ю. Верхало

Вот схема! — Электронные схемы » Страница 93

БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

 1. Измерение напряжения сети в вольтах (V), 

   Бытовой ваттметр может даже измерять стоимость электроэнергии, если вы введёте цену одного киловатт-часа. Причём если в сети пропадёт питание, показания всё равно запомнятся, за счёт резервных батареек. Кстати ваттметр работает и без них, но чтоб измерение можно было проводить автономно — они необходимы.

   Форум по ваттметрам

   Форум по обсуждению материала БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

классификация, принцип работы, схема подключения

Одной из важнейших характеристик электрической цепи является ее мощность. С помощью данного параметра определяется величина работы, которую электрический ток выполняет за определенную единицу времени. Все устройства включаемые в цепь должны иметь мощность, соответствующую мощности конкретной сети. Для замеров мощности электрического тока применяется – ваттметр. В основном он нужен в сетях переменного тока, определяя мощность включенных приборов, а также для тестирования сетей и их отдельных участков, контроля и слежения за режимом работы электрооборудования, учета потребленной электроэнергии.

Классификация ваттметров

До того, как выполняется измерение мощности ваттметром, на исследуемом участке предварительно измеряется сила тока и напряжение. Для того чтобы получить наглядную итоговую информацию, эти данные следует преобразовать с помощью ваттметров, которые могут быть аналоговыми и цифровыми.

Большая часть всех измерений в течение длительного времени проводилась аналоговыми устройствами, в свою очередь разделяющихся на категории показывающих и самопишущих. Они отображают значение активной мощности на заданном участке цепи. Типичным представителем считается показывающий прибор с полукруглой шкалой и поворачивающейся стрелкой. На шкалу нанесена градуировка, соответствующая величинам нарастающей мощности, которую он измеряет в ваттах.

Другой тип – ваттметр цифровой относится к измерительным приборам, способным выполнять замеры не только активной, но и реактивной мощности. Все подобные устройства оборудованы дисплеем, на который кроме мощности, выводятся показания силы тока, напряжения, расхода электроэнергии за определенный период времени. Наиболее совершенные приборы подключаются и позволяют выводить полученные данные на компьютер, расположенный удаленно от места проведения измерений.

Принцип действия аналогового ваттметра

Основой конструкции наиболее распространенных аналоговых ваттметров является электродинамическая система. Приборы этого типа дают возможность сделать максимально точные замеры и получить необходимые результаты.

Принцип действия ваттметра аналогового типа осуществляется на основе двух взаимодействующих катушек. Первая катушка является неподвижной, в ее конструкции используется толстый обмоточный провод с небольшим количеством витков и незначительным сопротивлением. Подключение этой катушки выполняется последовательно с потребителем.

Вторая катушка находится в движении. Для ее обмотки применяется тонкий проводник с большим числом витков и высоким сопротивлением. Эта катушка подключается параллельно с потребителем и оборудуется дополнительным сопротивлением для защиты от коротких замыканий обмоток.

Когда ваттметр включается в сеть, в обмотках его катушек появляются магнитные поля, взаимодействующие между собой. За счет этого взаимодействия происходит образование момента вращения, отклоняющего движущуюся обмотку на величину расчетного угла. На данный показатель оказывает влияние произведение силы тока и напряжения в установленный момент времени.

Как работает цифровой ваттметр

Основной принцип работы цифрового ваттметра заключается в предварительном измерении силы тока и напряжения на исследуемом участке цепи. К потребителю нагрузки последовательно подключается датчик тока, а датчик напряжения подключается по параллельной схеме. Главным конструктивным элементом датчика служит термистор, термопара или измеряющий трансформатор.

По такому же принципу работает ваттметр бытовой, широко используемый в домашних условиях. Такое устройство достаточно включить в розетку, чтобы начать процесс измерения.

Основой устройства служит микропроцессор, к которому поступают измеренные параметры тока и напряжения, после чего и вычисляется мощность. Полученные результаты выводятся на экран и одновременно передаются на внешние приборы. В самом микропроцессоре присутствуют элементы, в том числе и микроконтроллеры, позволяющие автоматически управлять рабочими режимами, дистанционно переключать пределы измерений. С их помощью выполняется индикация условных обозначений измеряемых величин.

При работе с преобразователями больших и средних уровней мощности, выполняется калибровка цифрового устройства с помощью калибратора мощности постоянного тока. Самостоятельная калибровка ваттметра осуществляется калибратором мощности переменного тока. Питание всех узлов и элементов происходит через источник питания постоянного тока, встроенный внутрь измерительного прибора.

Напряжение, поступающее с приемного преобразователя, включенного в розетку, усиливается УПТ – усилителем постоянного тока до значений, делающих более устойчивой работу АЦП – блока аналого-цифрового преобразователя. Далее напряжение, пропорциональное измеряемой мощности, преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами опорной частоты.

Количество этих импульсов, пропорциональное измеряемой мощности будет отображаться на ЦОУ – цифровом отсчетном устройстве. Полученные данные могут быть введены в специальное устройство, предназначенное для обработки информации.

Схема подключения измерительного прибора

От того, насколько правильно подключен ваттметр в конкретном участке цепи, будет зависеть точность полученных данных. Правильная схема включения ваттметра выглядит следующим образом: неподвижная катушка тока измерительного прибора последовательно соединяется с нагрузкой или потребителями электроэнергии.

Подвижная катушка напряжения последовательно соединяется с добавочным сопротивлением, а затем весь этот участок параллельно подключается к нагрузке. Подвижная часть ваттметра имеет определенный угол поворота, вычисляемый по формуле: α = k2IхIu = k2U/Ru, в которой I и Iu являются соответственно токами последовательной и параллельной катушек прибора.

Поскольку в схеме используется добавочное сопротивление, параллельная цепь устройства будет обладать практически постоянным сопротивлением (Ru). В этом случае угол поворота будет равен: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. То есть, мощность цепи будет определяться именно по этому параметру.

В ваттметре равномерно нанесена измерительная шкала, сделанная в одностороннем варианте, когда расположение делений начинается от нуля в правую сторону. Когда электрический ток в неподвижной катушке изменяет свое направление, это приводит к изменению направления поворота и вращающего момента подвижной катушки. Если подключение ваттметра выполнено неправильно и направление тока будет другим, электронный прибор не сработает.

По этим причинам не следует путать зажимы, которые используют для подключения. Последовательная обмотка имеет зажим для соединения с источником питания, называемый генераторным. Параллельная цепь также называется генераторной и имеет собственную нужную клемму, чтобы подключить участок к проводу, соединенному с последовательной катушкой.

При нормальном подключении, токи в катушках прибора от генераторных зажимов направляются к негенераторным.

Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

Электродинамические измерительные приборы

Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.

Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.

В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).

Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.

Аналоговые ваттметры

К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

Устройство ваттметра:

Схема подключения ваттметра:

Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:

Цифровые ваттметры

Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

Бытовой ваттметр

Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

Профессиональные ваттметры

Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:

Щитовые ваттметры

Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_svoimi_rukami

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Измерение проходящей мощности на УКВ » Паятель.Ру

Если поменять местами подключение антенны и передатчика, то прибор покажет отраженную волну и по отношению прямой и отраженной волн можно судить о КС В антенны. Направленный ответвитель сделан на двухсторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 70×50 мм и толщиной 1,5-2 мм. Вид на топологию показан на рисунке 2, на рисунке 3 — расположение деталей.

После калибровки измеритель мощности желательно поместить в экранирующий корпус из фольгированного стеклотекстолита, который исключит влияние на него дестабилизирующих факторов при проведении измерений. Для правильной работы направленного ответвителя около линии передачи необходимо тщательно пропаять на плате не менее 12 переходов с одной стороны на другую.

При правильном монтаже прибора и использовании исправных деталей, схема сразу же работоспособна. Остается только откалибровать показания мощности при помощи резисторов R3 и R4 на двух пределах измерения. Лучше всего это сделать при помощи стандартного ваттметра. По показаниям мощности можно судить и о токе, поступающем в антенну.

Диоды КД514А, в крайнем случае можно заменить на КД522. Если предполагается работать с прибором в двух УКВ диапазонах 144 и 430 МГц, калибровку нужно сделать в обеих из них.

Монтаж должен быть максимально компактным, плата запаяна непосредственно на контакты разъемов Х1 и Х2. Топология печатной платы выполнена для работы в 50-омном тракте.

Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой

Обычный мультиметр в решении вышеозначенных задач не поможет, т.к. измерив, пусть даже одновременно (2-мя приборами), ток нагрузки и напряжение в сети мы сможем получить только S=UI, а все остальные параметры остаются недоступными, т.к. для их вычисления одних U и I недостаточно.

Внимание! Из-за ограничений по размеру топика здесь не приводятся многие необходимые для полного понимания материала выкладки, формулы, описания и пр. вещи.
В прилагаемом архиве есть полная статья со всеми описаниями.

Имеющиеся решения

Для решения этих задач существуют специальные приборы – ваттметры и универсальные вольт-ампер-фазометры, но т.к. они являются спецтехникой, а не приборами широкого назначения, то их довольно сложно найти и стоят они порой недёшево. Кроме того, далеко не всегда такие приборы показывают все параметры сразу. В интернете встречаются очень простые и дешёвые конструкции, например, [2], но они очень узкоспециализированные (так, [2] измеряет только φ).

В то же время все вышеописанные задачи вполне «по зубам» обычным МК AVR, которые гораздо более доступны и порой дешевле микросхем от AD. Тем более, что для создания универсального измерительного прибора без МК и прочих узлов всё равно не обойтись.

Схема устройства, детали

Схема электрическая принципиальная ваттметра приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная

Полная схема есть в прилагаемом архиве.
Схема устройства состоит из 2-х частей – аналоговой (слева от DIP выключателей SW1) и цифровой (справа).

Аналоговая часть состоит из измерительных трансформаторов напряжения (Т1), тока (Т2) и согласующих узлов.
Резистор R2 – потенциометр для точной настройки напряжения, поступающего на АЦП.
Т2 – токовый трансформатор Talema AC1025, нагруженный на шунт-резистор R1 номиналом 100 ом мощностью 0.125Вт. Такие параметры резистора рекомендованы фирмой-производителем трансформатора. Первичная обмотка – 2 витка обычного одножильного провода сечением 1-1.5 мм, этого вполне достаточно для бытовых нагрузок мощностью до 2 кВт и током до 10А. На характеристики и настройку схемы толщина этого провода не влияет.

Узел R3, C1, C3, DA1.1 – формирователь средней точки для «поднятия» синусоид на полдиапазона АЦП. ОУ DA1 – в принципе любой. Я использовал и LM358, и rail-to-rail MCP601.
Делитель R4, R5, R6 – цепочка для измерения больших (от 4-5А) токов.
Диодные пары VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 и R7 – классическая защита входов АЦП от перенапряжения (точнее – от выхода синусоиды за границы 0..+5в). VD1-VD4 – желательно Шоттки. Можно также применить «специализированные» диодные сборки типа BAV199 (1 сборка содержит 1 пару диодов) или аналогичные.
Все потенциометры (R2, R3 и R5) желательно многооборотные. Они позволят провести наиболее точную настройку узлов схемы.

Для измерения тока предусмотрено 2 канала – слаботочный (T2-R7-ADC2) и сильноточный (T2-R4-R5-R6-ADC3). Такое решение вызвано тем, что большие нагрузки (4-5А и выше) приводят к появлению на выходе ТТ напряжения, превышающего по амплитуде 4.5-5в. Вершины полуволн такого напряжения будут срезаны диодной парой VD3, VD4, что означает фактическую невозможность измерения тока выше указанных значений. Микропрограмма контроллера автоматически выбирает, который из двух сигналов использовать.

Цифровая часть схемы – микроконтроллер AtMega16, стандартный алфавитно-цифровой ЖК дисплей типа HD44780 и пр. элементы. Схемы включения – стандартные для этих компонентов. При подключении дисплея следует руководствоваться документацией на конкретную модель, т.к. существуют разные их цоколёвки (распиновки). Мне известны 2. На схеме я привёл наиболее распространённую.
Единственное требование к дисплею – он должен быть русифицированным, т.к. все сообщения выдаются на русском языке.

Резистор R8 – обычный (не многооборотный), служит для установки желаемого уровня контрастности изображения на LCD.
R9 и SB5 – подсветка. Номинал R9 не указан, т.к. разные модели LCD имеют разный ток подсветки. Его можно вычислить по закону Ома, используя значение тока подсветки для конкретного дисплея. Если дисплей без подсветки, то R9 и SB5 вообще не нужны.

R11, VD6 – индикатор «Питание подано».
Никаких специальных настроек цифровой части не требуется. При исправных деталях, правильном монтаже и запрограммированном контроллере схема начинает работать сразу после подачи питания.

Сам МК может быть модификаций AtMega 16/16A. Модификацию буквой L использовать нельзя – штатно она не работает на частоте 16MHz.
При программировании (прошивке) кроме заливки в контроллер файла wattmetr.hex также необходимо:
1. выставить режим кварцевого резонатора (CKSEL3..0=1111)
2. выставить CKOPT=0 (обязательно, т.к. кварц 16MHz)
3. выставить JTAGEN=1. Если этого не сделать, то LCD не будет корректно работать, ибо JTAG контроллер (4 старших бита PC) программно не выключается.
4. прошить EEPROM первоначальной конфигурационной информацией (файл wattmetr.eep).

Все кнопки без фиксации. Их конструкция любая, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации. SB1-SB3 и VD5 используются только при настройке и калибровке прибора, поэтому их можно разместить непосредственно на плате, SB4 и SB2 используются ещё и для переключения режимов отображения информации на дисплее, поэтому её лучше вывести наружу либо для удобства калибровки продублировать (2 параллельно включённые кнопки – на плате и на корпусе). Для подключения дублирующих кнопок на плате сделаны специальные отводы для разъёмов.
Назначение кнопок и светодиода будет описано ниже, в разделах «Калибровка» и «Эксплуатация».

Следует отметить, что на схеме отсутствует какой-либо преобразователь уровней UART (ножки 14, 15 контроллера). Это связано с тем, что тип и само наличие либо отсутствие такого преобразователя сильно зависит от того, к чему будет подключаться прибор. Если COM-порт, то это микросхема MAX232, если USB – то что-то типа FT232BM, если к другому контроллеру, то, может быть, преобразователи вообще не нужны и т.д.

Моя авторская конструкция предполагает подключение к другому МК AVR, поэтому преобразователь в ней вообще отсутствует. Резистор R12 необходим для поддержания на входе Rx высокого уровня в отсутствие передачи (согласно правилам работы UART), либо когда этот интерфейс вообще не используется.

Схемы узлов на MAX232, FT232 и пр. здесь не приводятся, их легко можно найти в документации на эти микросхемы. Также можно использовать USB шнуры от старых мобильников с нативным интерфейсом UART (типа PL2303). Но перед этим следует убедиться, что на выходе шнура лог. уровни ТТЛ, а не RS232.
Для тестирования работы интерфейса мною использовался узел на MAX232, собранный на другой плате. Этот узел я подключал к прибору стандартным аудиошлейфом от компьютерного CD/DVD привода.

Питание схемы осуществляется от любого источника постоянного тока напряжением 5в. Например, от классического блока питания на однокристальном стабилизаторе LM7805 – рис. 2. Можно также использовать любой другой БП, дающий 5в, батарейку, порт USB компьютера и т.п.

Рис. 2. Схема электрическа принципиальная блока питания

Если предполагается запитывать схему от той же сети, куда включается измеряемая нагрузка (как, например, в быту, в квартире), то можно объединить трансформаторы T1 обеих схем. Т.е. использовать один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Так, я использовал один трансформатор с двумя вторичками по 15в каждая.

Схема собирается любым удобным способом.

К статье также прилагается чертёж печатной платы, созданный в широко известной программе Sprint Layout v5.0.
БП по рис. 2 был собран на готовой п/п заводского изготовления. Её чертёж также прилагается.

После сборки прибор необходимо настроить и откалибровать — см. полный вариант статьи.

Эксплуатация прибора

Пользоваться предлагаемым устройством очень легко.
Сразу же после включения питания появляется приветственное сообщение, спустя 1 секунду прибор переходит в рабочее состояние и начинает отображать измеренные параметры на дисплее. Показания обновляются примерно раз в секунду.
Устройство имеет два т.н. «профилей отображения» — наборов одновременно отображаемых параметров:

1.1-я строка дисплея – U, I, S; 2-я – P, cos(φ),φ.
2.1-я — U, I, S; 2-я – P, Q, φ.
Набор профилей и их состав фиксированы, никаких средств модификации не предусмотрено.
Для смены профиля необходимо нажать кнопку SB4 и держать её до появления на дисплее надписи «Профиль изменён». После появления этой надписи кнопку отпустить.

«Заводские» настройки содержат активным 1-й профиль. Запомнить текущий профиль, чтобы прибор при включении сразу его использовал, можно кнопкой SB2. Кнопку SB2 необходимо держать до появления надписи «Профиль запомнен». При калибровке прибора текущий профиль не меняется, однако при сбросе настроек в заводские, текущим становится профиль 1.

Автоматически выбор профиля не сохраняется. Это сделано с целью экономии ресурса EEPROM.
На состав информации, выдаваемой по UART выбор профиля никак не влияет.

Следует также обратить внимание на следующую особенность – ТТ с первичной обмоткой по функционированию и конструктивно похож на антенну радиоприёмника. По такому принципу работают устройства поиска скрытой в стенах проводки и родственные конструкции. В связи с этим при отсутствии нагрузки прибор иногда показывает «мусор» — какой-то наведенный помехами ток и мощности. На результаты измерений при подключенной нагрузке эти наводки не проявляются.
Никаких средств по борьбе с этим явлением не предусмотрено.

Интерфейс обмена данными по UART

Предлагаемый прибор имеет возможность выдачи результатов измерений через стандартный последовательный интерфейс UART. Т.о. можно использовать его в составе более сложных устройств либо подключать его к компьютеру для автоматизированного сбора информации.
Параметры обмена данными – 38400, 8N1.
Протокол обмена очень прост – по однобайтовой команде 0xAA контроллер выдаёт блок информации размером 15 байт — см. полный вариант статьи в архиве.

Для иллюстрации работы с прибором мною разработано демонстрационное Windows приложение WinAppWattmeter.exe для ПК. Оно написано на C# и работает в среде WinXP и выше. Необходимо наличие платформы .NET 2.0 и одного COM-порта (физического либо виртуального USB), куда следует подключить прибор. Исходники компилируются в среде VS.NET 2005 и выше. Версии VS Express и .NET Compact не проверялись.
Скриншот приложения:

Технические характеристики, достоинства и недостатки прибора

Достоинства:

1.Полная гальваническая развязка от измеряемой сети.
2.Возможность питания от любого источника – БП, батарейки, USB порт компьютера и т.п.
3.Широкий диапазон настроек.
4.Доступная элементная база.
5.Большой спектр измеряемых величин.
6.Возможность передачи результатов измерений в другие вычислительные системы (например, в ПК).

Недостатки:

1.Нелинейность ТТ ведёт к погрешностям измерения тока на всём диапазоне. Это существенно затрудняет оценку точности измерений (какие-то диапазоны токов измеряются точно, остальная часть с погрешностями, причём разными). Эти диапазоны сильно зависят от коэффициентов, регулируемых в режиме калибровки прибора, поэтому не являются фиксированными. Например, можно откалибровать так, что на малых нагрузках типа зарядок для мобильников, паяльников или квартирных лампочек показания будут правильными, а более мощные (утюги, фены, электрические плиты, духовки, микроволновки, стиральные машины) будут измеряться с ошибками.
2.Сам ТТ может оказаться труднодобываемой и дорогостоящей деталью.
3.При отсутствии нагрузки прибор иногда показывает какой-то ток, наведенный в первичной обмотках ТТ и, как следствие, какие-то мощности и пр. параметры.
Детальные технические характеристики прибора не приводятся, т.к. имеются довольно широкие возможности по его настройке и регулировке.

Используемая модель ТТ потенциально позволяет измерять токи до 25А, но для полного использования этого диапазона необходимо дорабатывать входной (аналоговый) каскад схемы и микрокод.
Диапазон измеряемых напряжений также зависит от используемого трансформатора. Если обычный, «из блока питания», то это «стандартный» диапазон порядка 180-250в, а если взять какой-то специально изготовленный трансформатор, то можно измерять и 380 вольт.

Диапазоны значений величин, обусловленные используемыми типами данных и алгоритмическими особенностями микрокода – U=1..999в, I=1мА..65А, S/P/Q – каждая 1..999 соответствующих единиц.
Ток потребления схемы составляет 28-30 mA без учёта тока подсветки дисплея. Этот ток разный у разных моделей LCD. Его типовое значение – 100-120 мА.
Также, ток может немного отличаться от приведенных значений при использовании разных моделей LCD и ОУ.

Фотографии

В завершение несколько фотографий устройства.

Блок питания. Трансформатор физически один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Одна обслуживает сам БП, 2-я (2 жёлтых провода справа) – измерительный Т1.

Макетная плата устройства. Замечание (ещё раз): это – макетный экземпляр. По чертежу Sprint п/п не изготавливалась, т.к. планируется эксплуатация прибора в составе другого изделия, которое пока в разработке. Поэтому на две колодки, второй дисплей и светодиод слева просьба внимание не обращать. К описываемому прибору они отношения не имеют.

Паяльник на 25W. Профиль отображения 2.

Без нагрузки. Профиль отображения 2. Ловим наводки и глюки на обмотку ТТ. Результат – «левый» ток 68 мА со всеми вытекающими.

То же самое, что и выше, но без наводок. Профиль отображения 2.

Утюг 1кВт. Профиль отображения 1. Отрицательная активная мощность 🙂 — режим «коррекции» отключен. Светится второй слева светодиод – признак использования канала высокого тока (ножка 19 (PD5) контроллера). Задан порог – 4А.

Список прилагаемых материалов

Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – микропрограмма контроллера с исходниками CvAVR. Также в архиве есть готовый файл микрокода wattmetr.hex и файл заводских установок (EEPROM) — wattmetr.eep.
WinAppWattmeter.zip – демонстрационное приложение с исходниками (.NET 2.0, С# под VS.NET 2005+). Там же готовый exe файл (без вирусов).
Plata\*.* — чертежи печатных плат в формате .lay (Sprint 5).
Также в архиве есть полный вариант статьи в формате MS Word 2003.
Скачать архив со всеми материалами

Литература, ссылки

1. Л.А. Бессонов, Теоретические основы электротехники, изд. 9, в 2-х томах. Москва, «Высшая школа», 1996.
2. Электронный фазометр Он же — Радио №5, 1990 г., стр.56
3. Atmel AVR465: Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection.
4. Цифровой ваттметр на МК — radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/
5. Трансформатор тока
6. Современные промышленные датчики тока. «Современная электроника», октябрь, 2004 г.
7. Измерение действующего значения напряжения

Ваттметр Arduino — измерение напряжения, тока и мощности

В этом проекте я покажу вам, как построить ваттметр Arduino, устройство, которое можно использовать для измерения мощности, потребляемой нагрузкой. В дополнение к ваттметру эта схема также может действовать как вольтметр и амперметр для измерения напряжения и тока.

Введение

Измерение напряжения, тока, а затем и мощности — важная задача любого инженера-электронщика. Для измерения напряжения и тока вы можете использовать простые портативные мультиметры, поскольку они обеспечивают диапазон и точность для нормального использования.

Но для измерения мощности у вас есть несколько вариантов, от простых ваттметров до сложных анализаторов мощности и измерителей мощности.

Что, если бы я сказал вам, что вы можете сделать свой собственный ваттметр из простых компонентов в качестве самостоятельного проекта, который можно использовать в своих проектах, связанных со светодиодами или солнечными батареями?

Вместо того, чтобы покупать доступный и дорогой ваттметр, вы можете легко сделать свой собственный ваттметр Arduino. Я объясню все необходимые шаги, необходимые для того же.

Концепция проекта ваттметра Arduino

Существует несколько способов реализации проекта ваттметра Arduino.Один из простых способов — связать датчик напряжения и датчик тока с Arduino, измерить значения напряжения и тока и, наконец, с помощью математики можно рассчитать мощность в ваттах.

Хотя использование датчиков может обеспечить точные результаты, в чем же удовольствие от использования датчиков, если вы можете построить всю систему самостоятельно. Это полезно, если вы студент и пытаетесь усвоить основные концепции.

Метод, который я буду реализовывать, включает полную разработку схемы.Для простоты понимания я разделю схему на две части: часть датчика и часть управления.

Сенсорная часть схемы отвечает за измерение напряжения на нагрузке и тока через нагрузку. Оба этих значения, которые являются аналоговыми по своей природе, передаются Arduino в его АЦП. Arduino преобразует эти значения в цифровые и выполняет несколько вычислений, отображающих результаты на ЖК-дисплее.

Принципиальная схема

На следующем изображении показана принципиальная схема ваттметра Arduino.

Необходимые компоненты

• Arduino UNO или Nano
• ЖК-дисплей 16 × 2
• Операционный усилитель LM358
• 7805 Регулятор напряжения
• Резисторы — 0,22 Ом / 3 Вт, 1 кОм x 2, 2,2 кОм, 10 кОм, 20 кОм
• Потенциометр 10 кОм
• Конденсаторы — 100 нФ x 2 (0,1 мкФ — Код 104)
• Нажать — Нажать кнопку ВЫКЛ
• Соединительные провода
• Клеммы для подключения нагрузки
• Источник питания 12 В

Код

Код проекта приведен ниже.

Работа ваттметра Arduino

В сенсорной части схемы есть две области, которые отвечают за измерение напряжения и тока. Для измерения напряжения используется схема делителя напряжения с использованием резистора 10 кОм и резистора 2,2 кОм.

С помощью этих резисторов вы можете измерять напряжение до 24 В. Эти резисторы также помогают нам довести диапазон напряжений до 0–5 В, в котором работает Arduino.

Теперь, переходя к измерению тока, Arduino или любой другой микроконтроллер могут принимать только аналоговое напряжение в качестве входа i.е. он может только считывать напряжения. Если Arduino может считывать только напряжения, тогда как мы можем измерять ток?

Для измерения тока необходимо преобразовать текущие значения в соответствующие значения напряжения. На помощь приходит закон Ома. Согласно закону Ома падение напряжения на нагрузке пропорционально току. Следовательно, по отношению к нагрузке размещается небольшой шунтирующий резистор. Измеряя напряжение на этом резисторе, вы можете измерить ток.

Используемый шунтирующий резистор равен 0.22 Ом (3 Вт). Даже когда нагрузка потребляет ток 1 А (который является теоретическим пределом для этой схемы и не должен превышать это значение), напряжение на шунтирующем резисторе составляет всего 0,2 В.

Это значение очень низкое для схемы АЦП Arduino. Следовательно, я использовал операционный усилитель LM358 в режиме неинвертирующего усилителя, чтобы усилить значения, передаваемые в Arduino. Схема делителя напряжения для управления с обратной связью состоит из резистора 20 кОм и резистора 1 кОм. Эти резисторы дают коэффициент усиления примерно 21.

Выход усилителя фильтруется и передается на вывод аналогового входа Arduino. Arduino принимает значения как напряжения, так и тока (замаскированные как напряжение) на выводах аналогового входа A1 и A0 соответственно. После выполнения нескольких вычислений он отображает значения напряжения, тока и мощности на ЖК-дисплее.

Тестирование схемы ваттметра Arduino

После разработки схемы на перфорированной плате и выполнения всех необходимых соединений я использовал схему для тестирования пары нагрузок, таких как светодиод и двигатель.Я использовал блок питания 12 В, и все результаты удовлетворительные.

Выходное видео

Заключение

В этом проекте разработан простой ваттметр Arduino с целью измерения мощности, потребляемой небольшими нагрузками (до 12 Вт). В будущей реализации, как расширение этого проекта, я спроектирую новую схему на основе датчиков напряжения и тока для получения более точных результатов.

Самодельный регистратор измерителей мощности Arduino

С возвращением.Сегодня мы построим измеритель мощности на Arduino. Мы уже создали измеритель тока в предыдущем учебном пособии, а также измеритель емкости и сопротивления и измеритель индуктивности. Ознакомьтесь со всеми этими руководствами здесь и узнайте больше.
Теперь мощность равна напряжению, умноженному на ток, поэтому, используя ту же модель, что и в измерителе тока, мы сегодня построим измеритель мощности. Я хочу, чтобы он отображал напряжение, ток и мощность. Это был бы очень полезный инструмент при работе над моими проектами, поскольку я мог бы измерить мощность, которую потребляет один компонент.Итак, давайте соберем все компоненты и начнем этот проект.

ЧАСТЬ 1 — Как мы измеряем ток?

Итак, я купил этот измеритель мощности на eBay, и, как вы можете видеть, после подключения к USB, а затем к устройству он показывает мощность, которая поступает на это устройство. Но давайте построим самодельный измеритель мощности. Итак, для нашего проекта первое, что нужно сделать, это измерить ток. Я буду использовать Arduino NANO для этого проекта. Но Arduino не может измерять ток только по напряжению с помощью АЦП.Но мы знаем, что ток — это напряжение, деленное на сопротивление.

Итак, для этого давайте представим эту установку. Это будет наша НАГРУЗКА, на которой мы хотим измерить ток, скажем, лампочка. Последовательно с этой нагрузкой мы добавляем сопротивление, значение которого мы знаем (в данном случае 0,01). Это очень важный шаг в этом уроке, нам действительно нужно знать номинал этого резистора. Если мы измерим падение напряжения на этом резисторе, мы легко сможем измерить ток. Как? Что ж, мы знаем значение сопротивления.Делим измеренное напряжение на это сопротивление и получаем ток. Это основной закон Ома.

Только одно. Это сопротивление должно быть очень, очень низким. В противном случае это вызовет падение напряжения, достаточно большое, чтобы повлиять на напряжение на нагрузке, а мы этого не хотим. Например, если вы хотите подать на нагрузку 5 вольт, а на резисторе падение напряжения составляет 2 вольта, вы подадите на эту нагрузку только 3 вольта, а это вам не нужно. Для этого я воспользуюсь резистором 0,01 Ом, как показано ниже.Выберите тот, который может выдерживать мощность более 10 Вт или 15 Вт, чтобы вы могли измерить до 1 А при 12 В.

Теперь мы столкнулись с другой проблемой. При таком низком резисторе ( 0,01 ) падение напряжения на этом резисторе будет очень, очень низким, и Arduino не сможет его измерить. Итак, для этого мы усиливаем падение напряжения с помощью операционного усилителя. Мы контролируем усиление операционного усилителя, зная значения усилительных резисторов, поэтому позже в коде мы можем легко вычислить точное количество тока.Я буду использовать операционный усилитель LM324. Поскольку он имеет 4 встроенных усилителя, я буду использовать два из них последовательно, каждый с усилением 11. Я буду использовать неинвертированную конфигурацию с резисторами 10 кОм и 1 кОм для усиления. Используя формулу вывода этой конфигурации, я получу усиление 11 для каждого каскада и общее усиление 121. Измерьте точные значения резисторов для лучшей точности усиления позже в коде. Выход операционного усилителя будет подключен к аналоговому входу A0 Arduino, и тем самым мы сможем измерить ток.

Но нам также нужно измерить напряжение. Поскольку я хочу, чтобы он работал до 15 В, я буду использовать делитель напряжения, который может снизить это значение до 3,7 В для Arduino и подключить его к аналоговому входу A1. Если вам нужен более высокий диапазон напряжения, убедитесь, что вы изменили значение делителя напряжения.

ЧАСТЬ 2 — Строительство счетчика

Хорошо, я воспользуюсь OLED-дисплеем i2c для печати значений мощности, тока и напряжения. Для питания схемы я буду использовать батарею Lipo на 3 штуки.7 вольт и с подключенным к нему зарядным устройством USB. Нам также понадобится ползунковый переключатель для включения и выключения платы, некоторые разъемы для печатной платы и просверленная печатная плата.

Это схема проекта. Загрузите его по ссылке ниже и держите перед собой во время пайки.

Собираю все комплектующие для проекта и приступаю к пайке. Сначала я решаю, где разместить каждый компонент. После того, как все компоненты припаяны, я использовал тонкий провод для соединений.Теперь доска готова, давайте ее запрограммируем.

ЧАСТЬ 3 — Программирование платы

Загрузите код по ссылке ниже и откройте его в своей Arduino IDE. Прежде всего, убедитесь, что у вас есть OLED-библиотека Adafruit_GFX и Adafruit SSD1306 для этого дисплея i2c. Если нет, загрузите ZIP-файлы ниже, перейдите к эскизу, включите библиотеку, добавьте библиотеку .zip и выберите загруженные файлы.

Загрузите библиотеку Adafruit_SSD1306 здесь.

Теперь прочтите все комментарии в коде, чтобы понять больше. Но общая идея такова. Мы измеряем падение напряжения и делим его на коэффициент усиления операционного усилителя. Теперь это реальное падение напряжения на шунтирующем резисторе. Делим это на сопротивление, в данном случае 0,01 Ом, и получаем ток. В то же время другой аналоговый вход подключен к этому делителю напряжения. Мы измеряем падение напряжения и умножаем его на значение делителя напряжения, чтобы получить реальное напряжение.

 
void get_values ​​()
{
  напряжение = (fmap (analogRead (A1), 0.0,1023.0,0.0,3.7)) / 0,218;
  Voltage_compenstion = fmap (напряжение, 0,99, 14,01, 0,02, 0,38);
  напряжение = напряжение + напряжение_компенсация;
  current = (fabs (fmap (analogRead (A0), 0.0, 1023.0, 0.0, 3.7))) / 1.21;
  мощность = напряжение * ток; // Рассчитываем мощность и энергию
  энергия = энергия + (мощность / 3600) / 1000;
}
  

Мы выводим на дисплей текущее значение и значение мощности и пора проверить код.Я загружаю код в Arduino. Я сдвигаю переключатель и включаю плату. Дисплей запустится, и на нем будут отображены ток, напряжение и мощность. Теперь я подключаю нагрузку 15 Ом к плате, подключаю вход к источнику питания и применяю вход 10 В. Вот и все. У меня есть значения тока и мощности на моем измерителе мощности, и значения довольно приличные, как вы можете видеть ниже.

Но это после калибровки кода. Видите ли, все значения, которые мы использовали, резисторы, коэффициент усиления усилителя, аналоговые входы не идеальны.Просто загрузите код на плату, и если значения не такие, как на вашем источнике питания, войдите в код, прочтите эти комментарии ниже и измените значения в соответствии с вашими резисторами, коэффициентом усиления и значением шунтирующего резистора.

 
// Отображает измеренное напряжение в вольтах от 0 до 3,7 В
  current = (fabs (fmap (analogRead (A0), 0.0, 1023.0, 0.0, 3.7))) / 1.21;
/* Обратите внимание.
 * - Мы читаем значение на A0, которое является входом от усилителей.
 * - Мы сопоставляем цифровые значения от диапазона 0-1023 до диапазона 0-3.7 В, поскольку мы используем батарею 3,7 В.
 * это значение не изменится с напряжением батареи, так как аналоговое считывание связано с Vref
 * - Делим на 121 (коэффициент усиления операционного усилителя), а затем на 0,01 (сопротивление шунта). Все в одном мы делим
 * bu 1,21 и это текущее значение. ЗДЕСЬ ВЫ ДОЛЖНЫ ИЗМЕНИТЬ значение 1,21, чтобы
 * значения тока те же, что и на вашем блоке питания. * /
  

Например. Поставил питание на 5В. При нагрузке около 15 Ом протекает ток 0.31 ампер. Это создало бы падение напряжения на шунте 0,31, умноженное на 0,01, равное 3,1 мВ. Я измеряю это своим мультиметром, и действительно. Падение составляет 3,1 мВ. При коэффициенте усиления 121 выход усилителя должен быть около 0,37 вольт. Давай проверим. Ну, это 0,42, потому что коэффициент усиления не идеален. Итак, теперь я ввожу код, выполняю эти шаги и регулирую усиление.

Итак, вкратце, это то, чем мы занимаемся. Измерьте падение напряжения на шунтирующем резисторе и на основном входе.Увеличьте напряжение на шунте с помощью OPAMP два раза, а затем прочитайте его с помощью Arduino. Рассчитайте ток, разделив напряжение на 0,01 Ом и умножив ток на основное входное напряжение, и получите мощность. Вот и все.

Я печатаю на экране 3 значения: мощность, напряжение и ток. И наш проект готов. В окончательном коде также отображается количество мВт в час и время, прошедшее с момента подачи питания на плату, как вы можете видеть ниже.

Перейти к следующей части

DIY DC Energy Meter с Arduino — Блог о проектах DIY Solar и Arduino

Для упрощения расчета ниже мы приложили таблицу Excel, которая может автоматически рассчитывать номиналы резисторов.Сначала введите Monitoring Voltage . Это максимальное значение диапазона контроля постоянного напряжения. Следующим шагом является ввод значения общего сопротивления . Рекомендуется, чтобы общее сопротивление составляло от 50 000 до 300 000 Ом.

Общее сопротивление гибкий . Однако небольшое общее сопротивление будет иметь большое потребление и рассеивание тепла при измерениях высокого напряжения, в результате чего вам придется покупать резистор большей мощности. Напротив, слишком большое общее сопротивление может привести к тому, что процесс измерения напряжения будет слишком медленным или неточным при измерениях низкого напряжения.

В качестве ориентира, 100 В постоянного тока и ниже используйте значение общего сопротивления 50 000 Ом, 200 В постоянного тока и ниже введите 100 000 Ом и напряжение менее 500 В постоянного тока введите 300 000 Ом . После того, как вы введете значения мониторинга напряжения и общего сопротивления, таблица Excel автоматически вычислит все соответствующие характеристики для двух резисторов.

Есть 3 важные сведения , которые необходимо указать при покупке резистора.Приобрести резистор можно по партнерской ссылке здесь !!

1) Значение сопротивления

В итоге вы получите 2 резистора с разным сопротивлением. Вы можете получить странное значение сопротивления в таблице расчетов, например, 44,565 Ом и 5,325 Ом. Это всего лишь ориентир, и все, что вам нужно сделать, это получить круглую цифру, которая ближе, но на большее значение для резистора R1 и меньшее значение на для резистора R2 .Пример: 45000 Ом и 5300 Ом. Это необходимо для обеспечения возможности измерения контролируемого напряжения в диапазоне 0-5 В.

2) Мощность резистора

Подобно другим продуктам, сам резистор имеет номинальную выдерживаемую мощность ватт . Превышение номинальной мощности всегда лучше, чем использование небольшой номинальной мощности при большом потреблении, которое может привести к возгоранию резистора. Резистор R1 всегда отводит больше тепла, чем резистор R2, поэтому неудивительно, что оба резистора не имеют одинаковых требований к мощности.Просто получите значение, превышающее номинальную мощность, указанную в таблице Excel. Стандартная мощность резистора составляет: 1/8 Вт (0,125 Вт), 1/4 Вт (0,25 Вт), 1/2 Вт (0,5 Вт), 1 Вт, 2 Вт и 5 Вт.

3) Допуск сопротивления в%.

Допуск резистора — это процент отклонения от заявленного значения сопротивления. Если у вас нет мультиметра для измерения фактического значения сопротивления, вам необходимо приобрести резистор с большей точностью. Резисторы — очень маленькая и дешевая составляющая; если возможно, получите самые точные.1% широко используется и подходит для целей мониторинга и измерения.

Приобрести резистор можно по партнерской ссылке здесь !!

Цепь аудиоваттметра или аудиометра мощности / уровня со схемой

Аудиоваттметр

Как вы измеряете выходную мощность усилителя? с помощью аудиоваттметра. Название Audio Watt Meter ’- это собирательное название для всех устройств, которые используются для измерения выходной мощности усилителя, поэтому многие виды оборудования подпадают под эту категорию.В этом проекте мы намерены создать простую схему, которая может измерять выходной сигнал любых усилительных устройств.

Это простой способ измерить выход усилителя. Здесь резистор R2 действует как нагрузка для усилителя, и он должен выдерживать удвоенную максимальную мощность усилителя, который вы собираетесь измерять. Шкала измерителя должна быть откалибрована, и, приложив немного усилий, можно получить хорошие результаты.

• Если мост 1A недоступен, сделайте его с четырьмя диодами 1N 4007.
• Резистор R2 должен быть в два раза больше мощности усилителя, который вы собираетесь измерять.
• Для калибровки устройства подключите выход усилителя к порту 1. Также подключите вольтметр переменного тока к порту 1.
• Полностью выключить R1. Это означает полное вращение против часовой стрелки при обычном подключении.
• Отрегулируйте выход усилителя так, чтобы на вольтметре было среднеквадратичное значение 20 Вольт. Это эквивалент 50 Вт при нагрузке 8 Ом.
• Отрегулируйте R1 для полного отклонения на измерителе M1.Теперь закрепите стеклоочиститель предустановки R1 с помощью суперклея.
• Теперь уменьшите напряжение на порте 1, уменьшив выходную мощность тестируемого усилителя в соответствии с таблицей, приведенной ниже, и отметьте показания на шкале измерителя. Устройство готово к измерению.

У нас есть другие аудиосхемы и измерительные схемы, которые вы, возможно, захотите прочитать; Взгляните:

1. Цепь индикатора отсечения звука

2.Измеритель искажений звука

3. Измеритель уровня звука

4. Схема усилителя звука

5. Схема автомобильного усилителя

Создайте свой собственный миниатюрный измеритель VAW

Схема, представленная здесь, может измерять напряжение (В), ток (А) и мощность (Вт) на OLED-экране. Фактически это схемы вольтметра, амперметра и ваттметра, объединенные в одном блоке. Это полезный инструмент для тестирования цепей, настольных источников питания, зарядных устройств, мини-инверторов и т. Д.

Проблемы, связанные с мультиметром, включают изменение положения щупов при измерении напряжения и тока, невозможность одновременного измерения напряжения и тока, вероятность повреждения мультиметра при измерении напряжения в сильноточном режиме и другие. Эта схема решает все эти проблемы, отображая все измеренные значения одновременно на OLED-экране.

Схема и рабочая

Принципиальная схема миниатюрного измерителя VAW показана на рис.1. Он построен на базе регулятора напряжения 5 В 7805 (IC1), микроконтроллера ATtiny85 (IC2), модуля измерения тока 30 А ACS712, миниатюрного дисплея (2.Размером 4 см или 0,96 дюйма), OLED и несколько других компонентов.

Схема может измерять максимальное напряжение до 30 В постоянного тока и максимальный ток до 30 А постоянного тока. Чтобы избежать повреждения микроконтроллера (MCU), измерения следует ограничить до 30 В и 30 А. Если значение превышает 30 В, на дисплее отображается OFLO, что указывает на переполнение параметра.

ATtiny85

ATtiny85 — это восьмиконтактный микроконтроллер, достаточно мощный для этого проекта, с 8 КБ флэш-памяти, 512 Б ОЗУ, 512 Б EEPROM и тактовой частотой по умолчанию 1 МГц в основе системы.Он непрерывно измеряет напряжение и ток через два канала АЦП. Значения АЦП обрабатываются и преобразуются в значения напряжения, тока и мощности, а затем отображаются на OLED-экране.

ACS712

В модуле измерения тока используется микросхема ACS712 компании Allegro, которая использует эффект Холла для преобразования тока в напряжение. Выход модуля подается на один из каналов АЦП микроконтроллера. Для измерения тока используется модуль 30А. Чувствительность модуля 66 мВ / А (см. Лист данных ACS712).

OLED

Это небольшой дисплей размером 2,4 см с разрешением 128 × 64 пикселей, питанием 5 В постоянного тока и разъемом I2C. Он имеет четыре контакта, один из которых предназначен для последовательных данных (вывод SDA), другой — для синхронизации (вывод SCL), а оставшиеся два — для источника питания.

Для отображения текста на дисплее 64 строки пикселей разделены на восемь строк с восемью строками пикселей в каждой строке текста. Для четкого отображения текста код установлен на высоту шестнадцать пикселей и ширину восемь пикселей.Итак, OLED может отображать текст в четыре строки с размером шрифта 16 × 8.

Точность ACS712 может незначительно отличаться от модуля к модулю. Коэффициент умножения инициализируется как 740 в исходной программе, что достигается от 66 мВ / А (согласно листу данных Allegro). Значение может быть изменено в исходном коде (vaw_meter.c), объявленном как int MF = 740.

Затем повторно скомпилируйте код с помощью AVR studio и загрузите файл vaw_meter.hex в MCU.

Строительство и испытания

После сборки схемы на плате или плате сжечь vaw_meter.hex в микроконтроллер ATtiny85 с помощью любого программатора AVR. Вставьте запрограммированный ATtiny85 в его восьмиконтактное гнездо / основание. Подключите OLED (четырехконтактный) к цепи на разъеме CON2. Включите плату от батареи 9 В (Batt.1) через переключатель S1.

Индикатор питания LED1 будет гореть. LED2 начнет мигать, указывая на то, что инициализация программы завершена и схема готова к использованию. Теперь OLED начнет отображать вольты, амперы и ватты после небольшой задержки.

Далее подключаем аккумулятор 12 В (Batt.2) на входных контактах постоянного тока. Отрегулируйте VR1, чтобы на OLED-экране отображалось такое же напряжение. Подключите перемычки J2 и J3 извне к положительному выходу постоянного тока и заземлению соответственно. J1 не является обязательным и должен подключаться к положительному входу постоянного тока только при использовании источника питания от 8 до 20 В постоянного тока.

Подключите лампу 12 В (используется в автомобилях) в качестве нагрузки или любой нагрузки к выходным контактам постоянного тока. OLED отображает ток и потребляемую мощность. Символы + и — на OLED-дисплее с префиксом AMPS указывают направление тока относительно клемм модуля ACS712 (IP + и IP-), как показано на схеме.

Если для измерения используется напряжение от 8 до 20 В, подключите J1 к положительному входу постоянного тока, чтобы обеспечить питание цепи от батареи 12 В. В этом случае снимите батарею 9 В.

Загрузите исходную папку:

Фаяз Хассан — менеджер металлургического завода Вишакхапатнам, Андхра-Прадеш. Его интересы включают проекты MCU, мехатронику и робототехнику

Простой измеритель мощности с фиктивной нагрузкой

Этот измеритель мощности с фиктивной нагрузкой очень полезен для измерения мощности РЧ в диапазонах частот ВЧ и ОВЧ.Он считывает до 5 Вт и имеет сопротивление нагрузки 50 Ом, что позволяет использовать его как указанную фиктивную нагрузку. Три диапазона предоставляются с использованием одной шкалы, причем каждый диапазон имеет отклонение на полную шкалу в десять раз больше, чем следующий нижний диапазон; Полная шкала соответствует мощности 50 мВт. 0,5 Вт и 5 Вт для каждого диапазона соответственно. Полезные показания могут быть получены до 1 мВт.

СТРОИТЕЛЬСТВО

Наиболее важной частью схемы является цепь последовательных резисторов входного аттенюатора R1, R2 и R3.Эти резисторы не должны быть индуктивными — типы с проволочной обмоткой не подходят. R1 лучше всего достигается при параллельном подключении двух резисторов 68 Ом, 2 Вт; R2 с 18 Ом параллельно с 27 Ом (оба 0,5 Вт) и R3 могут быть двумя резисторами 10 Ом, 0,5 Вт, подключенными параллельно. Все провода должны быть как можно короче, особенно вокруг входа и компонентов R1, R2, R3, SI, D1, C1, C2. Используйте физически маленький переключатель для S1. Рекомендуется монтировать все в металлическом ящике. Металлический корпус добавит стиля и сохранит RF там, где он должен быть!

Заземляющие соединения также должны быть короткими.Вы можете использовать любой микро- или миллиамперметр постоянного тока с соответствующими резисторами R4 и R5, включенными последовательно, чтобы получить значение около 2 вольт на полной шкале. Внутреннее сопротивление измерителя должно быть более 2 Ом. Диод D1 должен иметь низкое прямое падение напряжения, что означает, что он должен быть либо диодом Шоттки, либо германиевым. В прототипе используется диод Шоттки BAT85.

КАЛИБРОВКА

Для получения точных показаний следует откалибровать прибор. Для калибровки вам понадобится стабильный регулируемый источник постоянного тока низкого напряжения, способный выдавать до 50 мА на нагрузку 50 Ом.Считайте приложенное напряжение постоянного тока к измерителю мощности с помощью цифрового вольтметра. Отрегулируйте напряжение до значений в таблице. Затем вы можете отметить шкалу измерителя мощности в дБм (мощность относительно 1 мВт, более известная как 0 дБм) или в мВт. Калибровка требуется только для наиболее чувствительного диапазона.

Таблица 1 : Данные калибровки

Таблица 1 получена по формуле: Vdc = √ (2RP), где R равно 50 Ом, а P равно мощности.

ЗАГРУЗКИ

Что такое фиктивный груз? Фактическая нагрузка — это неизлучаемый заменитель антенны.Есть несколько причин использовать фиктивную нагрузку вместо антенны во время ВЧ-тестов. Во-первых, в большинстве стран запрещено излучать сигнал при тестировании передатчиков, если он мешает другим пользователям канала. Другая причина заключается в том, что создавать помехи в канале просто потому, что вы хотите проверить свой передатчик, просто грубо. Вместо того, чтобы нажимать кнопку «нажми и говори» и создавать помехи другим станциям, вы могли бы бесшумно включить питание фиктивной нагрузки.

Существует также очень веская техническая причина для использования фиктивной нагрузки для тестирования передатчика: нельзя полагаться на антенны, чтобы обеспечить постоянную и последовательную тестовую нагрузку, которая необходима для анализа тестов и настроек передатчика.Произведенные вами измерения могут не соответствовать спецификациям, приведенным в руководстве к передатчику; даже через нет ничего плохого.

Строительство, получение и применение

Все электрическое оборудование и машины работают на подаче электроэнергии и рассеивают большое количество энергии. Поставляемая мощность обычно измеряется в ваттах с помощью ваттметра. Ваттметр также называется измерителем отклонения, который в основном используется в электрических лабораториях.Он измеряет мощность не только в ваттах, но и в киловаттах и ​​мегаваттах. Ваттметр обычно состоит из двух катушек «CC», катушка тока, которая обычно подключается последовательно с током нагрузки, и катушки напряжения / давления / потенциала «PC», эта катушка обычно подключается к цепи нагрузки. Электроэнергия может быть представлена ​​в трех формах: активная мощность, реактивная мощность и полная мощность. В следующей статье описывается метод двух ваттметров при сбалансированной нагрузке.

Что такое метод двух ваттметров?

Трехфазный двухваттметр измеряет ток и напряжение на любой из 2 линий питания 3 фаз, соответствующих 3 линии питания 3 фазы. Считается, что 3-фазный 2-ваттметр находится в состоянии сбалансированной нагрузки, если ток в каждой фазе отстает на угол «φ» с фазным напряжением.

Конструкция метода двух ваттметров

Трехфазную мощность трехфазной цепи можно измерить тремя способами:

• Метод 3 ваттметра
• Метод 2 ваттметра
• Метод 1 ваттметра.

Основная концепция 2-ваттметра с 3-фазным напряжением состоит в том, чтобы сбалансировать 3-фазную нагрузку, удовлетворяя условию отставания по току под углом ‘φ’ к фазе напряжения. Принципиальная схема 3-фазного 2-ваттметра показана ниже

Он состоит из 2 ваттметров, таких как W1 и W2, где каждый ваттметр имеет катушку тока «CC» и катушку давления «PC». Здесь один конец ваттметра «W1» подключен к клемме «R», тогда как один конец ваттметра «W2» подключен к клемме «Y».Схема также состоит из 3 катушек индуктивности «Z», построенных по топологии звезды. 2 конца индуктора подключаются к 2 клеммам ваттметра, а третий вывод индуктора подключается к B.

Получение метода двух ваттметров

Два ваттметра используется для определения двух основных параметров:

Считайте нагрузку индуктивной нагрузкой, которая представлена ​​на векторной диаграмме, как показано ниже.

Напряжения V _RN, V _YN, и V _BN электрически синфазны на 120 ⁰ , мы можем наблюдать, что текущая фаза отстает на «φ ⁰ » угол с фазой напряжения.

Ток в ваттметрах Вт ₁ представлен как

W ₁ = I _R …… .. (1)

, где I _R — текущий

Разность потенциалов на катушке ваттметра W1 определяется как

W ₁ = ~ V _RB = [~ V _RN — ~ V _BN ] ……… (2)

Где V _RN и V _BN — напряжения

Разность фаз между напряжением «V _YB » и током «I _Y » задается как (30 ⁰ + φ)

Следовательно, мощность, измеренная ваттметром, дается как

W ₂ = V _YB I _Y cos (30 ⁰ + φ) ………….. (3)

При сбалансированной нагрузке

I _R = I _Y = I _B = I _L и ………… .. (4)

V _RY = V _YB = V _BR = V _L ………… (5)

Следовательно, получаем показания ваттметра как

W ₁ = V _L I _L cos (30 ⁰ — φ) и ……………. (6)

W ₂ = V _L I _L cos (30 ⁰ + φ) …………….. (7)

Общее производство электроэнергии

Общее показание ваттметра равно

W ₁ + W ₂ = V _L I _L cos (30 ⁰ — φ) + V _L I _L cos (30 ⁰ + φ) ……… … .. (8)

= V _L I _L [cos (30 ⁰ — φ) + cos (30 ⁰ + φ)]

= V _L I _L [cos 30 ⁰ cos φ + sin 30 ⁰ sin φ + cos 30 ⁰ cos φ — sin 30 ⁰ sin φ]

= V _L I _L [2 cos 30 ⁰ cos φ]

= V _L I _L [(2 √3 /2) cos 30 ⁰ cos φ]

= √3 [ В _L I _L cos φ] ……… (9)

W1 + W2 = P….. (10)

Где «P» — общая наблюдаемая мощность при трехфазной сбалансированной нагрузке.

Расчет коэффициента мощности

Определение : Это отношение между фактической мощностью, наблюдаемой нагрузкой, к полной мощности, протекающей в цепи.

Коэффициент мощности трехфазной сбалансированной нагрузки может быть определен и получен из показаний ваттметра следующим образом:

Из уравнения 9

W1 + W2 = √3 V _L I _L cos φ

Сейчас W1 — W2 = V _L I _L [cos (30 ⁰ — φ) — cos (30 ⁰ + φ)]

= V _L I _L [cos 30 ⁰ cos φ + sin 30 ⁰ sin φ — cos 30 ⁰ cos φ + sin 30 ⁰ sin φ]

= 2 В _L I _L sin 30 ⁰ sin φ

W1 — W2 = V _L I _L sin φ ………….. (11)

Уравнения деления 11 и 9

[W1 — W2 \ W1 + W2] = V _L I _L sin φ / √3 V _L I _L cos φ

Желто-коричневый φ = √3 [W1 — W2 \ W1 + W2]

Коэффициент мощности нагрузки равен

cos φ = cos tan ^-1 [√3] [W1 — W2 \ W1 + W2] ……… (12)

Расчет реактивной мощности

Определение : Это соотношение между комплексной мощностью, соответствующей хранению и возрождению энергии, а не потреблению.

Чтобы получить реактивную мощность, умножим уравнение 11 на

√3 [W1 — W2] = √3 [ V _L I _L sin φ] = P _r

P _r = √3 [W1 — W2] …………. (13)

Где P _r — реактивная мощность, полученная от 2 ваттметров.

Таблица методов с двумя ваттметрами

Наблюдения, полученные методом двух ваттметров, можно практически отметить, следуя таблице.

Меры предосторожности

Следующие меры предосторожности необходимо соблюдать

• Соединения выполнять плотно
• Избегайте параллельной осевой ошибки.

Преимущества двухваттметра

Преимущества

• С помощью этого метода можно сбалансировать как сбалансированную, так и несбалансированную нагрузку
• В нагрузке, подключенной звездой, возможно подключение нейтральной точки и ваттметра
• В треугольнике подключенные соединения нагрузки не нужно открывать для подключения ваттметра
• Трехфазная мощность может быть измерена с помощью двух ваттметров
• Мощность и коэффициент мощности определяются при сбалансированной нагрузке.

Недостатки двухваттметра

Ниже приведены недостатки

• Не подходит для 3-фазной, 4-проводной системы
• Первичная обмотка W1 и вторичная обмотка W2 должны быть правильно идентифицированы во избежание получения неверных результатов.

Применение двух ваттметров

Ниже приведены приложения

• Ваттметры используются для измерения потребляемой мощности любых электроприборов и проверки их номинальной мощности.

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое ваттметр?

Ваттметр — это электрическое устройство, которое используется для измерения электрической мощности электрического оборудования.

2). Что такое единицы мощности?

Мощность можно измерить с помощью ваттметра в диапазоне ватт, киловатт, мегаватт.

3). Что такое сбалансированное состояние в трехфазном двухваттметре?

Считается, что 3-фазный 2-ваттметр находится в состоянии сбалансированной нагрузки, если ток в каждой фазе запаздывает на угол φ с фазным напряжением.

4). Каково уравнение мощности трехфазного двухваттметра?

Уравнение мощности задается как P = √3 VL IL cos φ

5). Какой коэффициент мощности у трехфазного двухваттметра?

Коэффициент мощности определяется как cos φ = cos tan-1 √3 [([W1- W2] \ [W1 + W2])

6). Каково уравнение реактивной мощности трехфазного двухваттметра?

Реактивная мощность определяется как Pr = √3 (W1- W2)

Все электрические устройства рассеивают энергию при подаче электроэнергии.