Компактный встраиваемый ваттметр PZEM-021 или еще один "культурный колхоз"

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о весьма популярном ваттметре PZEM-021 и его реальном применении. Я постараюсь рассказать и показать, как можно культурно пристроить данный ваттметр в удлинитель, дабы это не выглядело как колхоз, а также проведу некоторые замеры по точности измерений. Я знаю, что на сайте уже есть несколько обзоров на данный прибор, но в большинстве случаев, замеры отсутствуют (только мощность), поэтому считаю, что мой небольшой обзорчик лишним не будет. Кому интересно, милости прошу под кат.

Общий вид прибора:
ТТХ:
— Наименование модели – PZEM-021
— Измерение – однофазная сеть переменного тока
— Рабочее напряжение – 80-260V
— Рабочий ток – до 20А
— Рабочая частота – 45-65Hz
— Измеряемая мощность – до 4500W
— Измеряемый расход энергии – до 9999kWh
— Точность – 1%
— Память измерений – энергонезависимая
— Подсветка – есть
— размеры – 84,6мм*49,6мм*24,4мм

Поскольку прибор уже пару раз обозревался, то на некоторых деталях подробно останавливаться не буду. Отмечу лишь, что данный прибор представляет собой не что иное, как ваттметр, но с более удобным одновременным выводом показаний на экран, таких как рабочее напряжение, потребляемый ток, потребляемая в данный момент мощность и расход энергии. Есть аналогичные бытовые приборы, практически не отличающиеся по функционалу, но для вывода конкретного параметра там необходимо нажимать кнопочки, да и cosφ не учитывают. Я данный прибор приобретал чисто из спортивного интереса, а также для удобного представления замеров в своих обзорах.

Внешний вид:

Поставляется приборчик в простой картонной коробочке в пупырчатом пакете («мелкий пакет»). Размеры небольшие, около 84,6мм*49,6мм*24,4мм, причем корпус подразумевает установку в какой-либо щиток:

Смотрится прибор недурно, есть возможность включения/выключения подсветки. Передняя панель имеет соответствующие выступы/упоры, а с торцов присутствуют защелки:

Клеммник 4-х контактный, неплохого качества, но на счет продолжительной работы под 20А меня терзают смутные сомнения, а вот 10А должен осилить без проблем.
Для разборки необходимо отогнуть четыре защелки и вынуть заднюю панель. Кишочки следующие:

При более детальном рассмотрении можно увидеть контроллер LCD дисплея HOLTEK HT1621B, измерительный процессор Renergy RN8208G и микроконтроллер управления STM32F030F4P6:

Дальше разбирать не стал.

Управление:

Как уже упоминал ранее, данный прибор позволяет измерять рабочее напряжение, потребляемый ток, потребляемую в данный момент мощность и расход энергии. Для управления всеми заложенными функциями, на передней панели прибора присутствует единственная утопленная кнопка (пальцем нажать ее не получится):
1) короткое нажатие — включение/выключение подсветки:

Еще раз напомню, память в приборе энергонезависимая, поэтому если перед выключением прибора подсветка была включена, то при последующем включении подсветка также будет активна. Дисплей качественный, цифры четкие, углы обзора хорошие

2) длительное нажатие на кнопку (около 5 секунд) – установка порога максимальной мощности, по превышении которого, дисплей начинает мигать (по умолчанию 4500W). Звукового оповещения нет:

При этом, в левом нижнем углу будут поочередно мигать соответствующие регистры (через 3 секунды). Нажатием кнопки увеличиваем или уменьшаем лимит мощности до требуемого значения

3) длительное нажатие на кнопку (более 5 секунд) – сброс показаний затраченной энергии. На экране загорается SET CLr и показания энергии начинают мигать, для сброса нужно кратковременно нажать кнопку:

Тестирование:

В качестве нагрузки я буду использовать обычный двухрежимный фен, который при работе представляет собой активно-реактивную нагрузку, поскольку там есть двигатель. Чего-то мощного (сетевого) и компактного под рукой не нашлось.
Первым делом сравним показания прибора «на входе». Для этого соберем небольшой стенд в виде мультиметра Uni-T UT61E и токоизмерительных клещей Uni-T UT204A. Мультиметр измеряет напряжение в сети, токовые клещи потребляемый ток. В режиме без нагрузки разница по напряжению составляет около 0,5V (напряжение в сети постоянно скачет, уловить момент трудно):

Если разница по напряжению небольшая (около 0,5V) и находится в пределах погрешности (1%), то вот показания тока ваттметр несколько завышает – разница в среднем 0,05-0,1А, что чуть больше заявленной погрешности:

Ваттметр показывает 224V / 2,16A, а измерительные приборы 223,5V / 2,12А (с учетом погрешности, см. ниже), что в принципе, неплохо. Давайте посчитаем, если убрать из расчетов реактивную составляющую, то ваттметр должен отображать 224V * 2,16A = 484W, а на экране 445W. Поскольку присутствует реактивная составляющая, то ваттметр посчитал cosφ как 445 / 484 = 0,92. А вот во втором режиме работы фена, ваттметр показывает 222V * 3,93A = 872,5W, а на экране 871,5W. Во втором случае ваттметр практически не учел cosφ. Как говорится, поведение непредсказуемо.
Поскольку ранее я уже сравнивал клещи и мультиметр, то в точности можно не сомневаться, ну буди только клещи чуток врут в зависимости от положения провода. На всякий случай я подключил последовательно токовые клещи и мультиметр, но уже на выходе ваттметра:

Показания клещей и мультиметра практически одинаковы и отличаются всего на 0,04А (ее будем добавлять для показаний клещей). В прошлых обзорах я уже сравнивал приборы как между собой, так и с мультиметром HoldPeak и регулируемым БП Gophert CPS-3010. Точность была хорошая, поэтому показаниям можно доверять.
Ну и на последок, пробуем включить мультиметр и токовые клещи на выходе:

Разница по напряжению уже 1V, но это и не удивительно, т.к. присутствуют потери в проводах и контактах, а вот показания тока аналогичные – та же разница 0,05А-0,1А. К сожалению, схемы прибора найти не удалось, но на мой взгляд, учет идет «по входу», т.е напряжение учитывается «входное», ну а ток по закону Ома одинаков что на входе, что на выходе. Точнее он измеряется на шунте, включенном в разрыв одного из двух проводов и ни от чего не зависит.
Подводя краткий итог можно сказать, что точность измерений хорошая, но т.к. «мозги» ваттметра по своему усмотрению устанавливают cosφ, то показания могут различаться. Другими словами, для активной нагрузки это просто отличный вариант, там ваттметр ставит cosφ = 1, а вот для реактивной уже похуже. Но вцелом, для бытовых нужд хватит за глаза. В конце обзора будет еще небольшой замер, но уже собранного устройства.

Непосредственная сборка:

Для сборки я использовал простенький удлинитель Defender ES на 5 розеток и длиной провода 1,8м, который купил в интернет-дискаунтере Технопоинт за 160 рублей (есть во многих городах России):

Удлинитель поставляется в неплохой картонной коробке, которая будет отлично защищать наш ваттметр от внешних воздействий. Максимальный рабочий ток составляет 10А:

Если разобрать удлинитель, то сразу становится ясно, почему «это» нельзя назвать сетевым фильтром, как заявляет производитель:

По крайней мере, у меня язык не поворачивается это сделать. Если качество токоведущих шинок терпимое (приемлемое сечение, но материал шины латунь, не медь), то отсутствие фильтра, как основного компонента в подобных устройствах, прямо говорит, что перед нами примитивный удлинитель с выключателем:

Но ведь сейчас маркетологи хитрые и «сетевой фильтр» звучит гораздо красивее банального «удлинитель».
Для тех, кто не в курсе, вот что в нашем случае является «фильтром» (слева) и то, что должно быть по определению (справа):

Не трудно догадаться, что ни о какой защите не может быть и речи. Синий варистор защищает только от высоковольтных импульсов. Термозащиты также нет, хотя она практически всегда встречается в подобных устройствах низшей ценовой категории и представляет собой термопредохранитель с кнопкой. Я могу ошибаться, но возможно, термопредохранитель совмещен с выключателем, но при разборке забыл это посмотреть. Многие скажут, мол, а чего вы хотели за 160 рублей, но на мой взгляд, если уж выставили на продажу как «сетевой фильтр», то будьте добры соответствовать стандартам.
Я немного отвлекся, но поскольку большинство людей действительно считают, что «защищены» с такими псевдофильтрами, то решил немного прояснить картину. Я же постоянно пользоваться им не собираюсь и прикупил только «для переделки», чтобы пару раз в месяц измерить потребление различных бытовых приборов, ну а поскольку тратить деньги на хороший фильтр не хотел, т.к. его все равно курочить, то выбрал самый дешевый и подходящий по размерам:

Как видим, ваттметр подходит, как говорится, тютелька в тютельку.
Следующий шаг – вырезка двух «ячеек». Я использовал канцелярский нож, поскольку пластик мягкий и режется очень хорошо:

Изнутри выглядит вот так:

Для удобства лучше выпаять токоведущие шинки, дабы не погнуть их. Вырезать следует по крайним бортам, т.к. толщина пластика там наименьшая. Должно получиться что-то вроде этого:

Затем доводим отверстие «до кондиции», аккуратно ровняя грани:

Следующий шаг – отрезка токоведущих шин. Рекомендую шину заземления не трогать и загнуть ее к торцу удлинителя. Это позволит не доращивать третий провод заземления:

Для подключения ваттметра необходимы будут 4 медных многопроволочных провода, желательно сечением как минимум 2,5 квадрата. Подойдет любой из хозмага, к примеру, ШВВП 2х2,5 или ПВС 2х2,5. Рассчитываем длину и хорошенько затягиваем в колодке (рекомендую залудить концы для защиты от окисления и минимизации потерь):

Схема подключения очень простая и присутствует на нижней панели прибора:

Простыми словами, в розетку два средних контакта, к нагрузке – крайние.
Затем припаиваем все на свои места. Я рекомендую дополнительно обмотать заземляющий провод слоем изоленты:

Приверженцы «старой школы» мотают только синей изолентой! По фото выше видно, что наращивать заземляющий провод не пришлось и его длины хватило. Не пренебрегайте этой защитой! Без нее на корпусе многих приборов присутствует напряжение 110V! Желательно протянуть от подъездного щитка отдельный заземляющий провод, например, в плинтусе, но если дом старый, то достаточно будет закоротить нуль с землей в розетке. В старых домах зачастую все щитки соединены с нулем и в протяжке отдельного провода смысла нет никакого.
Поскольку вся конструкция хлипковата, то нелишним будет заизолировать шинки заземления от токоведущих шин слоем изоленты:

В конструкции хоть и предусмотрены соответствующие упоры, но как говорится, лучше перебдить. Если вы повторяете сию конструкцию, то рекомендую зафиксировать шинки подобным образом, как на фото выше. Поскольку токоведущие шины в этом месте отрезаны, то они немного болтаются. Это как раз будет своеобразным «фиксатором».
На уровне двух вырезанных ячеек также придется подрезать упоры, иначе корпус ваттметра не даст закрыться конструкции:

После сборки корпуса удлинителя все выглядит культурно, никакого колхоза:

Ваттметр нисколько не выступает за пределы корпуса удлинителя, а благодаря защелкам плотненько сидит и не выпадает:

Все работает отлично:

Применение:

Ну что же, пришло время испытать нашу конструкцию в действии. Для примера глянем, сколько потребляет 40Вт паяльник ЭПЦН-40:

Чуть меньше заявленного, как говорится, «мощщи не доложили», :-). Тоже самое, но с замером тока:

А вот более мощный собрат, 80Вт паяльник ЭПСН-80, показал мощность чуть больше заявленной:

Ну и напоследок, замер потребления электрического чайника с максимально-заявленной потребляемой мощностью 2,2КВт:

Сразу же бросается в глаза несоответствие реальной мощности к заявленной. Многие скажут, мол, чайник «китайский», но нет, друзья мои, виной всему дохлая алюминиевая проводка, которая имеет большое сопротивление и при серьезной нагрузке на ней идет значительное падение напряжения, а с ним и мощность. По предыдущим фото видно, что напряжение в сети около 220V, а под нагрузкой 8,7А падает аж на 11V. Поскольку я «немного электрик» и планирую обзавестись водонагревателем, то при ремонте провел отдельную линию до кухни из медного кабеля ВВГ 3х2,5. Включаем этот же чайник на кухне и тадам, просадка уже не 11V, а 6V и мощность соответственно 1930W:

Сопротивление меди меньше алюминия, падение напряжение при нагрузке, соответственно, также ниже (по закону Ома I = U / R), поэтому ругать производителей не нужно, они не виноваты, :-). При номинальном напряжении приборы должны показать заявленную мощность, если, конечно, они не галимый китай.

Плюсы:
+ Хорошая точность, особенно при активной нагрузке
+ Одновременный вывод всех показаний
+ энергонезависимая память
+ компактный удобный корпус
+ «колхозопригодность»
+ цена

Минусы:
— ваттметр устанавливает различный коэффициент cosφ, отчего при реактивной нагрузке показания несколько разнятся
— колодка подключения не рассчитана на продолжительный ток более 10А

Вывод: на этом у меня все. Как уже упоминал ранее, данную конструкцию за колхоз я не считаю, а возможностей ваттметра за глаза хватит для домашнего использования…
Такой же ваттметр есть и на Banggood'е. Я покупал наебайке с купоном 15/25