Ампервольтметр с VFD (ВЛИ) экраном и измерением мощности

В продолжение темы об устройствах с VFD я хочу рассказать о по своему интересном товаре и это довольно точный ампервольтметр, который может пригодится радиолюбителю. Я понимаю что уже немного надоел, но на относительно длительное время это последний обзор на тему VFD.


Для начала всех с Днем Радио, воистину Попов!

Вообще изначально я встретил данный ампервольтметр на ТаоБао, там он стоит примерно 13.5 доллара, цена в общем-то гуманная, но к этой цене добавляется стоимость услуг посредника. Единственно в данном случае радовало то, что доставка по Китаю была бесплатной, хотя бывает такое редко.
Но начав искать данный товар на Алиэкспресс я нашел его по не сильно большей цене, близко к 19-20 долларам, хотел уже купить одну штучку на пробу и здесь выяснилось, что у продавца есть оптовая скидка, начинающаяся с двух штук, итого получалось около 17 долларов за один или соответственно 34 за два. Понятно что разница с покупкой на Тао была минимальна, соответственно решил покупать на Алиэкспресс.
Самое любопытное было в том, что спустя несколько дней остаток товара по этому лоту на Тао уменьшился на те же две единицы :)

К сожалению сейчас продавец поднял цену и две платы выходят уже не 34, а 50 долларов, возможно из-за того что это уже другая версия платы, а возможно из-за еще чего-то, не знаю, в любом случае посмотрим что это вообще такое.

Доставка хрупких товаров через кучу почтовых служб это всегда стресс как для покупателя, так и для товара, соответственно переживал и я. Как выяснилось, переживал зря, к упаковке вопросов нет.


Комплект поставки
1. Ампервольтметр
2. Пара клеммников
3. Несколько кнопочек
4. USB-miniUSB кабель.


Если с кабелями все понятно, самый обычный USB-miniUSB кабель, то вот с остальным немного сложнее, клеммников почему-то по паре на плату и если один явно для подключения амперметра, то вот куда второй, загадка, так как подходит он только месте разъема питания.
Кнопок дали 9 штук на две платы, при том, что каждой плате достаточно всего 3 штуки, т.е. получается что 3 остались про запас.


Плата имеет приличный размер, отчасти обусловленный размером экрана. Размеры платы 100х60х17мм.

Характеристики:
Измеряемое напряжение — 30 Вольт
Измеряемый ток — 5 Ампер
Напряжение питания — 5 Вольт
Ток потребления — до 300мА



Размеры со страницы товара:


А здесь есть даже и размеры по крепежным отверстиям и кнопкам, очень полезный чертеж.


Плата немного поближе, как видно, довольно большую площадь занимает индикатор.


Над индикатором есть два smd светодиода, здесь они используются для более удобного понимания где какая информация выводится, покажу чуть позже.


Дисплей девятиразрядный семисегментный, точно такой же использовался в регуляторе громкости который я как-то обозревал, видно в Китае их много, вот и шлют ставят куда придется.


Сначала показалось что дисплей БУ, но при более внимательном осмотре выяснилось что он просто грязный, скорее всего от флюса, впрочем это не отменяет вероятности что он действительно БУ.


Ниже дисплея три кнопки управления, в «китайском» стиле, т.е. кнопка плюс слева, а минус справа.
Кнопки плюс/минус регулируют яркость дисплея от нуля (дисплей выключен) до максимума, кнопка Function переключает режимы отображения. Все режимы с запоминанием, т.е. при следующем включении будет установлена та же яркость и режим что были перед отключением, на мой взгляд это правильно.


Все компоненты расположены с обратной стороны платы, общее качество сборки на троечку, да и то с натягом.


Преобразователи питания индикатора, внизу для нитей накала, справа повышающий для анодного.
Также виден драйвер, который и управляет отображением на дисплее.


С другого угла расположен микроконтроллер и конвертер USB-UART. Да, еще пищалка, которая издает короткий но громкий «пип» при подаче питания, насколько я понимаю, она же используется и для сигнализации.


А это то, о чем я писал в самом начале и почему возможно продавец поднял цену, дело в том, что у меня версия платы 1.3, а на странице товара 1.2, ключевое отличие в том, что здесь сразу расположен тот самый конвертер USB-UART и разъем miniUSB, через который плата подключается к компьютеру для передачи данных и питания.


Узел АЦП. Преимущество данной модели ампервольтметра в том, что здесь используются отдельные АЦП, а не встроенные в микроконтроллер. У продавца заявляется — 18-разрядный ΔΣ АЦП 3.75 SPS (18 бит) 15 SPS (16 бит) 60 SPS (14 бит), при этом заявляется разрешение 5 знаков.
Но друзья, какая красивая пайка..., слов нет, по крайней мере культурных и такое на обеих платах. Проблема даже не в том что грязно, проблема в том, что флюс гигроскопичен и может влиять на параметры схемы, особенно при изменении влажности воздуха.
По хорошему надо отмыть и покрыть лаком, но после этого почти однозначно придется делать перекалибровку.


На плате имеются непонятные контактные площадки JP1-JP4, пара в районе АЦП и пара в районе шунта, одна из перемычек закорочена, еще одна предназначена для соединения плюса шунта с минусом входа вольтметра, думаю что без схему не так просто разобраться, зачем они вообще здесь.
Сопротивление шунтов 17.5мОм.


Около USB разъема есть выход ОК с маркировкой ОС, предположительно Over Current, а так как плата позволяет настраивать пороги защиты, то вполне возможно что это выход защиты, по некоторым причинам описанным ниже, пока не проверил.


Платы хоть и одинаковые, но все таки имеют небольшие отличия, например разный тип конденсаторов и внешне разные шунты, хотя имеющие одинаковое сопротивление.


Общее качество сборки местами удручает, какие-то горы припоя, причем судя по виду, паялось холодным паяльником. Кстати, около разъема питания есть дополнительная транзисторная сборка, предположительно для защиты от переполюсовки по входу питания.
Разъемы на одной из плат грязные, будто их использовали вторично.


Подключение. Здесь все точно также как у обычных ампервольтметров и в этом кроется проблема. Если мелкие и дешевые приборы, имеющие низкое разрешение не заметят такого подключения, то здесь разрешение вольтметра уже заметно выше и вылазит такая проблема как падение напряжение на шунте. Т.е. вольтметр измеряет напряжение до шунта, а не после и соответственно по мере роста нагрузки измеренное напряжение будет снижаться, а так как разрешение вольтметра здесь выше, то будет более явно увеличиваться погрешность.
Как я писал выше, сопротивление шунта 17.5мОм, заявленный ток 5 Ампер, т.е. при таком токе на шунте будет падать уже 87мВ, с учетом падения на всем остальном выйдет почти 0.1 Вольта и это много. По хорошему конечно можно было бы компенсировать это падение путем коррекции «на лету», так как это можно рассчитать математически, но этого никто не делал.
Кроме того, сложностей как всегда может добавить точка подключения минуса вольтметра, в некоторых тестах я ее вообще не подключал.


Немного подняла настроение картинка с описанием подключения со страницы товара :)


Регулировка яркости позволяет полностью отключать индикацию, причем отключается и накал, это видно по падению потребляемого тока (слева). Вообще потребление не очень большое, до 1 Ватта при максимальной яркости.


Выше я писал что над дисплеем есть два светодиода, они включаются в зависимости от режима отображения, красный расположен над индикатором тока, синий над индикатором напряжения, всего есть 6 режимов отображения:
1. Амперметр + вольтметр с отображением 4 знаков
2. Амперметр + вольтметр, но разрешение вольтметра повышено до 5 знаков, а амперметра снижено до 3 знаков
3. Аналогично п2, но «зеркально»
4. Вольтметр с разрешением 7 знаков
5. Амперметр с разрешением 7 знаков.
6. Ваттметр.


На странице товара есть похожее описание, но несколько ошибочное. Отличается порядок перебора режимов, цвет подсветки и то что в режиме Ваттметра на самом деле светят оба светодиода.
Вообще сам принцип подобной индикации прост и удобен, мне понравился, но вот только светят светодиоды слабовато, а с учетом светофильтра будет вообще грустно, надо что-то думать.


Первая проверка проводилась с использованием источника образцового напряжения, который я как-то уже обозревал.
Реальные значения, измеренные для обзора показаны в графе Fluke 8508A.


Проверял в режиме с максимальным разрешением и выяснилось что в самом младшем разряде всегда 0, а два перед ним идет с большой дискретой.
На фото показано переключение показаний, промежуточных вариантов нет.


Собственно это и побудило меня сделать не 4, а 8 фото, для понимания как выглядит измерение. Так как диапазон измерения плавающий, то после того как напряжение достигло 10 Вольт, убрался последний незначащий ничего ноль, и менялись два последних разряда, но опять же, с дискретностью примерно 280мкВ или 0.28мВ, ну или 0.00028В, кому как удобно.

В принципе все верно, если принять что весь диапазон АЦП охватывает напряжение от нуля до максимальных 30 Вольт, то при 18 бит разрешении это будет 1/262144 или 114мкВ, т.е. разработчик просто вывел на экран все что получает с АЦП не особо заморачиваясь что там значит, а что не значит. Реально можно считать максимум 5 знаков, что собственно и было заявлено в характеристиках.


Ну а теперь всякие картинки для наглядной демонстрации того, что из себя представляют данные платы. На странице товара заявлялось что их калибруют при помощи точных измерительных приборов. У меня конечно прибор не такого класса, потому конечно будет не так наглядно.
Начнем с напряжения примерно в 1мВ, вряд ли кто-то станет измерять что-то меньшее.
Я бы сказал что все довольно неплохо, кстати на фото с напряжением 5 Вольт видно, что разрешение составляет 280мкВ, т.е. переключение происходит примерно с таким шагом.


Измерение тока проверялось начиная примерно от 0.5мА, при этом отсчет начинается от 0.22мА и дальше в основном идет кратно 0.11мА, т.е. 0.22-0.33-0.44мА и т.д.
Для демонстрации большая часть фото идет парами, где ток неизменен, но видно болтанку минимальной дискретности измерения.


На этом этапе я подумал, а почему собственно я проверяю одну плату, ведь проверять две будет гораздо нагляднее и кроме того я могу проверить точность взаимной калибровки, какая никакая, а статистика.
Взял две платы, соединил входы измерения напряжение параллельно и подал питание от повербанка чтобы не быть привязанным к сети.
И тут вылез интересный нюанс, показанный на первом и втором фото. Та плата питание которой подавалось последней, вместо нулей показывало какую-то ерунду.
Пришлось взять два повербанка и развязать питание плат полностью, после этого тоже показания на экране были не всегда нулевыми, но они были одинаковыми, например на обоих нули, потом на одной плате 280 в младших трех разрядах, потом то же самое на другой или на обеих, фактически это болтанка одного знака в последнем разряде, но здесь один знак эквивалентен 280мкВ.


И здесь я могу сказать, что как сама по себе точность по 5 разрядам, так и взаимная калибровка очень хорошая, по крайней мере не сильно хуже чем у моего мультиметра.


С измерением тока увы не так все гладко, одна плата заметно завышает показания.


Но вот дальше меня ждал самый настоящий сюрприз. Когда я делал заказ, то думал, ну почему производитель так сильно ограничил параметры, 30 Вольт 5 Ампер, когда хотелось бы хоть немного побольше.
И вот время теста выяснилось, что:
1. Максимальное измеряемое напряжение составляет 37.5 Вольта, на втором фото вольтметр уперся в лимит и дальше показания просто стоят на этом значении, причем для каждой платы оно свое.
2. Ток я поднимал до 8.5 Ампера и он продолжал измерятся, дальше я просто пожалел шунт, так как он начал ощутимо греться, на нем рассеивалось около 1.2 Ватта, а я как раз взял плату с тонким шунтом. Но в принципе никто не мешает взять шунт мощнее. Кстати уход от прогрева был очень небольшим, что не может не радовать.



В самом начале я писал, что плата поддерживает подключение, причем продавец без проблем дал программу, но оказалось что не все так просто.
По задумке программа выводит на экран напряжение, ток и мощность, в принципе удобно.


Кроме того здесь есть отдельная кнопка вызова режима калибровки, где вводится реальное значение напряжения или тока и насколько я понимаю, плата должна его использовать как корректное. Кроме того есть кнопка — вернуть на заводские установки.


Также я выше писал что плата умеет сигнализировать о превышении порогов. Так вот порог по току и напряжению устанавливается в ПО, причем задается как верхний, так и нижний порог.


И все было бы почти великолепно, ну конечно исключая то, что ПО на китайском, если бы оно работало.
Для начала мой антиврус ругается на эту программу, но с китайским ПО я к этому уже привык, кроме того работает оно только при запуске от админа. Но максимум чего я смог добиться, это того что идет отсчет полученных посылок данных и меняется разрядность индикации, при обычном запуске 0.0000 и прием не идет, при запуске от администратора отображение меняется на 00.000, идет прием данных, но больше ничего не происходит…
Хотя нет, происходит, из ПО я могу становить пороги срабатывания сигнализации перехода порога по напряжению/току.


Написал продавцу еще раз, мол не работает программа, в ответ он прислал архив с файлами без расширения, но эмпирическим путем (методом научного тыка) выяснил что один файл это документ Word


А вот второй файл оказался архивом, в котором мало того что есть схема


Так еще и печатная плата, причем есть и файлы pcbdoc, prjpcb, не хватает только файла прошивки, может попросить еще раз? :)


Выше написано много букв и приложено много разных картинок, но наверное проще прочитать выводы, чтобы понять, что из себя представляет данный ампервольтметр, так сказать — в сжатом виде.

Понравилось — VFD, отчасти из-за этого и покупал, отдельные АЦП, неплохая точность (у вольтметра сопоставимая с моим «юнитом»), несколько вариантов отображения и дополнительная индикация, регулировка яркости, отсутствие мерцания при фотографировании (иногда важно), возможность подключения к компьютеру, установка порогов сигнализации. Реальный диапазон измерения выше заявленного, причем значительно. Период обновления показаний около 4 раз в секунду.

Не понравилось — При измерении тока точность все таки «хромает», ПО на китайском и чувствую что придется помучаться чтобы оно нормально заработало, не очень высокое качество сборки, влияние падения напряжения на шунте на результат измерения вольтметра.

Резюме — теперь вот сижу и думаю, куда его прикошачить применить, для блока питания или электронной нагрузки точность измерения и разрядность как-то великовата, как отдельный измерительный прибор, как-то неудобно, да и не очень функционально. Купил просто потому что захотелось, была мысль сделать двухканальный линейный БП. Есть заметная погрешность при измерении тока, по крайней мере у одного экземпляра, также плате тяжко приходится при измерении малых токов, но друзья, при токе в 1мА падение на шунте всего 17мкВ! И она измеряет!
Непонятно зачем вывели на экран 7 знаков из которых один вообще не работает, а два имеют большую дискретность переключения, свои заявленные 5 разрядов прибор отыгрывает только при напряжении 10 Вольт и выше, до этого только 4 разряда.

В общем такая вот неоднозначность, но лично мне платы больше понравились, чем нет, и я думаю что куда нибудь их применю, хотя бы из-за характеристик и внешнего вида :)