Аналоговый и цифровой ваттметр. Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой Как сделать ваттметр из мультиметра
Читайте также
Для измерения мощности потребления на производстве используются промышленные ваттметры. Однако, несмотря на бесспорное качество подобных изделий, не всегда выгодно приобретать устройство за $100-$200. Например, если вы хотите просто проверить потребление электроэнергии домашним компьютером или лампочкой.
Тогда нужно простое, недорогое и достаточно точное изделие, на базе микроконтроллера. Поскольку ток синусоидальный(почти), то необходимо измерить активную и реактивную составляющие. Ну а попутно и коэффициент мощности с частотой сети.
Общая схема простая:
1) На протяжении полупериода(вполне достаточно) измеряем напряжение и ток нагрузки.
2) Одновременно измеряем его длительность(для определения частоты)
3) Измеряем фазное расстояние между пиками тока и напряжения(для определения коэффициента мощности)
4) Производим необходимые расчеты и выводим результат на экран LCD.
В итоге получаем:
1) Напряжение на нагрузке
2) Ток нагрузки
3) Полную мощность
4) Коэффициент мощности
5) Активную и реактивную составляющие мощности
6) Частоту сети
На аппаратном уровне схема реализована на базе микроконтроллера семейства AVR ATmega88. Питание обеспечивает бестрансформаторный источник питания.
ВНИМАНИЕ!!!
Схема не имеет гальванической развязки от сети переменного тока, поэтому при её сборке и использовании необходимо быть предельно осторожным.
Берегите себя.
Поскольку все параметры не влезают одновременно в экран LCD(WH0802), нужно организовать циклическое переключение между ними. Для этого есть кнопка переключения вида.
Диапазон измерения тока(и соответственно мощности) можно подстроить, изменяя усиление MCP601. В данной конфигурации диапазон составляет: 0...3300 Вт с шагом 3,2 Вт.
Прибор легко перепрограммировать для измерения параметров постоянного тока(для этого использован шунт, а не измерительный трансформатор). Тогда потребуется внешний БП, клеммник для которого уже предусмотрен. Используемый корпус - Z-100. Удобен, т.к. под DIN рейку, имеет все нужные прорези и недорог.
Работа с подключенной лампой накаливания на 60 Вт в режимах индикации напряжения и тока, режиме индикации полной мощности и коэффициента мощности.
| Архив для статьи "Ваттметр переменного тока на ATmega88" | |
| Описание:
Исходный код (Си), файл прошивки микроконтроллера, макет печатной платы P-CAD 2006 |
|
| Размер файла: 263.03 KB Количество загрузок: 283 |
А учитывая смешную цену данного устройства - всего 8уе, купил не задумываясь, чему впоследствии был рад. Без всяких изменений в конструкции, данный бытовой ваттметр может измерять электрические параметры (переменный ток, напряжение) без подключения к сети 220В. Это происходит за счёт собственного питания - две маленькие батарейки по 1,5В.
Бытовой ваттметр собран в красивом и прочном корпусе. Да не маде ин чина, а настоящая европа - Гамбург. О чём и говорит наклейка на обратной стороне корпуса прибора.
Проверяем его возможности:
1. Измерение напряжения сети в вольтах (V),
2. Измерение тока нагрузки в амперах (A),
3. Измерение потребления мощности в ваттах,
4. Общее количество потребленной электроэнергии (KWh – киловатт-час) и стоимость потребленной электроэнергии.
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.
Конечно мы разберём корпус и заглянем внутрь. Здесь видна небольшая плата с залитым чипом, который выполняет обработку сигнала, снимаемого с датчика и вывод информации на ЖКИ дисплей.
Датчик собран на отдельной плате, на которой имеется и плавкий предохранитель. Уверен, что немного изменив схему, можно добиться от ваттметра измерения даже постоянного тока и напряжения.
Забыл сказать - данный бытовой ваттметр работает как своеобразный сигнализатор - предохранитель. Можно задать максимально допустимый уровень нагрузки, и как только мощность превысит это значение ваттметр начнёт подавать звуковые сигналы.
Только теперь я понял, как мне не хватало подобного прибора! Включая через него различные устройства - электродвигатели, микроволновые печи, сварочные инверторы и другую аппаратуру, можно сразу видеть нормально ли работает устройство. А переключая кнопкой mode режим измерений - вольты, амперы, ватты; можно без всякого мультиметра контролировать целый ряд важных параметров. Благодаря красивой синей подсветке, параметры видны даже в темноте. Думаю это именно тот случай, когда проще и дешевле прибор купить, чем спаять.
Обсудить статью БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР
Вопрос энергосбережения в последнее время становится актуальным. Количество электроприборов в квартире растет, вместе с ними растут и счета за электроэнергию. Цена на киловатт тоже растет. Интересно что по нормативам, в многоквартирном доме на 100 квартир
- 1972 году закладывалось 0.52 киловатта на 1 комнатную квартиру
- 2005 году по расчетам уже 0.75 киловатт
25% за четверть века - почти 1% в год получается.
Собираем ваттметр самостоятельно из готовых частей
За основу ваттметра я взял готовый модуль китайского производства - . Этот модуль весьма популярен вреди самодельщиков потому что сразу замеряется:
- сила тока
- напряжение
- мгновенная мощность
- итоговое потребление за период
Но так же у этого готового модуля есть и определенные минусы - он не считает реактивную нагрузку. Из-за этого измерить корректно полную мощность на прибор с большой реактивной составляющей невозможно. Однако тот факт - что почти все бытовые электросчетчики измеряют только активную мощность смягчает этот недостаток. Ведь получается мы измеряем только за то что платим в квитанциях.
Корпусом прибора послежила распаячная коробка 100х100 фирмы Tyco. В ней просто вырезаются отверстия с обеих сторон. В крышку вставляется , а в дно прибора розетка легранд валена. Так же в загашнике у меня оказалась готовая вилка со шнуром, которая тоже пошла в дело. Подключал провода к ваттметру я по схеме расположенной на корпусе прибора. Перепутать там что либо сложно, питание подается на центральные контакты, нагрузка на крайние.
Всем привет! Сегодня мы будем знакомиться с таким не хитрым прибором под названием ваттметр. Прибор имеет встраиваемую конструкцию и его можно встроить в устройство или эксплуатировать прямо так без установки. Ваттметр предназначен для измерения активной мощности потребляемым устройством, подключенным к нему.
Что может данная модель ваттметра, кроме измерения мощности:
1. Измерять параметры: напряжение, ток, активную мощность, количество энергии.
2. Сигнализировать о перегрузке (превышение мощности порогового значение, мигание подсветкой), сигнализация превышения параметров прибора, установленных пользователем (можете установить порог срабатывания мощности).
3. Сохранение данных в энергонезависимую память и сброс их при желании.
Хочу подчеркнуть, что прибор измеряет только активную мощность, собственно, как и любой электрический счетчик, установленный у Вас дома. Реактивная мощность не учитывается. Реактивную мощность выдают емкостные и индуктивные нагрузки.
Особенности вычисления активной мощности.
Активная мощность рассчитывается как: P = U * I * COS, где COS коэффициент мощности.Для чисто резистивный нагрузок (таких как лампы накаливания, нагревательные элементы, и др.) коэффициент мощности, как правило, близко к 1. Для индуктивных и емкостных нагрузок коэффициент мощности может принимать значение от 0 до 1.
Ваттметр управляется одной кнопкой.
1. Управление подсветкой.
Короткое нажатие на кнопку, включает или выключает подсветку. Состояние подсветки сохраняется при выключении питания, то есть идет сохранение в энергонезависимую память.2. Установка пороговой мощности.
Нажмите на кнопку и удерживайте её око 3 секунд, пока экране на появиться надпись “SET CLR”. Цифра, которую можно изменить, начнет мигать. Затем короткими нажатиями на кнопку вы можете поменять значение. Чтобы вернуться в исходное состояние нужно удерживать кнопку более 5 секунд.3. Сброс показаний энергии.
Нажмите на кнопку и удерживайте её более 5 секунд, пока экране не начнет мигать цифра энергии. Короткое нажатие на кнопку снова, обнуляет значение энергии. После настройки вернуться в исходное состояние можно удерживая кнопку более 5 секунд.Измерительный элемент находиться внутри ваттметра, никаких дополнительных шунтов и трансформаторов не требуется. Так же прибор не требует подключения дополнительного питания. Схему включения прибора вы найдете на задней стенке ваттметра. Надписью «LOAD» обозначается подключенная нагрузка.
Показания на приборе отображает жидкокристаллическая матрица, имеет очень стильный вид. Матрица имеет светодиодную подсветку синего цвета.
Прибор точен, экономичен, имеет большой двустрочный дисплей. Очень удобен в контроле показаний сети и энергии потребляемой подключенными приборами. Невероятно прост в подключении и установке.
На просторах Алиэкспресса есть ещё похожая модель ваттметра. Ваттметр с токовым трансформатором. У модели, рассмотренной выше шунт встроен в корпус и максимальный ток измерения до 20 А. У модели же с токовым трансформатором, сам измерительный трансформатор расположен вне корпуса и не имеет прямого подключения. Через него достаточно пропустить провод, в котором нужно измерить ток. Плюсом данного исполнения ваттметра является более высокий ток нагрузки до 100А что может пригодиться.
Ну а из минусов – немного более высокая цена.
Характеристики ваттметра.
Напряжение измерения: AC 80 ~ 260 ВЧастота: 45 – 65 Гц
Точность измерения: 1.0 класс
Ток измерения: AC 0 ~ 20 А
Мощность измерения: 0 ~ 22 кВт
диапазон измерения энергии: от 0 до 9999 kWh
Рабочая температура: -10 °C ~ 65 °C
Рабочая влажность: 35 ~ 85% RH
Размер: 90x50x25 мм (округленные значения. Точные значения смотрите ниже на рисунке).
Комплект поставки:
Ваттметр - 1 шт.Руководство (на английском и китайском языках) - 1 шт.
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 специальный измерительный прибор - 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 .
Другой тип - ваттметр цифровой относится к измерительным приборам, способным выполнять . 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 , 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.