SIN90S, ампервольтметр с расширенным функционалом

В процессе развития темы по постройке устройства для тестирования и балансировки многоячеечных аккумуляторных батарей понадобился многофунционалный измеритель, но так как предполагалось использовать его совместно с электронной нагрузкой, то и измеритель нужен был немного своеобразный.
Осмотр, описание, тесты и небольшая поучительная история - далее.

Тема развития устройства для тестирования батарей не заглохла, просто для его создания надо много разных узлов и большая часть из них уже есть, но уже можно сформировать некий список, на основании которого оно собирается.
1. Регулируемый DC-DC преобразователь DPS8005, отвечает за заряд аккумулятора и строит график заряда на компьютере
2. Модуль многоканального вольтметра, измерение напряжение на каждом аккумуляторе сборки и вывод данных на компьютер
3. Электронная нагрузка мощностью 150 Ватт, разряд тестируемого аккумулятора током до 2 Ампер
4. Модуль измерения емкости и управления электронной нагрузкой, текущий обзор.
5. Питание силовой части устройства, два блока питания по 48 Вольт
6. Питание управляющей электроники и вентиляторов для которых 90 Вольт входного много, пока в процессе подбора. Будет либо отдельный БП, либо DC-DC преобразователь.
7. Корпус, уже подобран и будет показан в этом обзоре.
8. 19 штук балансиров с током до 2 Ампер.
9. Радиаторы, вентиляторы, разъемы, предохранители и прочее, скорее всего будет куплено по месту.

Так как емкость сборки планировалось измерять не только по заряду, а и по разряду, что более правильно, то электронной нагрузкой надо было чем-то управлять. Делать полностью все с нуля не хотелось и был выбран вариант, уже показанный в одном из моих обзоров. Этот вариант довольно неплохо работает, но в том обзоре был ампервольтметр на ток до 100 Ампер, что для наших 2 Ампер несколько... многовато, точность получилась бы совсем никакая. 

В общем искали мы с товарищем в интернете разные варианты и наткнулись на прибор с названием SIN9020, который умеет измерять до 90 Вольт с током до 20 Ампер. Но поиск по Али хоть и выводил на похожие лоты, но в названии стояло - "4 байта красный светодиодный двойной Дисплей", а у некоторых и фото от покупателей были такие же, хотя на заглавном фото было то, что нам надо. В общем рисковать не хотелось.

1. То, что называется - "4 байта красный светодиодный двойной Дисплей", как вы понимаете, это совсем другой измеритель.
2. Альтернативный вариант - VAC-1030A, 120 Вольт, 30 Ампер, но не нашли в продаже, такое ощущение что их сняли с продажи, хотя у него есть реле и это вариант с минимально возможным током у серии VAC.
3. Попутно пока искал разные варианты, видел приборы из той же серии что и обозреваемый (судя по дисплею) но даже с бесконтактным датчиком Холла, причем стоит он всего около 20 долларов.
4. В итоге поиск вывел на ТаоБао, где был найден неплохой магазинчик, причем даже с бесплатной доставкой к посреднику, в том же магазинчике попался прибор с током и до 1000 Ампер.

    


К упаковке вопросов нет, все просто отлично, прибор был замотан в пупырку, лежал при этом в пакете который дополнительно был обмотан еще одним большим листом защиты. Единственный минус, в таком варианте доставка стоит дороже.   

У продавца было два варианта:
90 Вольт 20 Ампер - двухсторонний - $12.25
90 Вольт 20 Ампер - двойная защита ремня - $14.29

Характеристики обоих вариантов. Здесь не указано напряжение питания, но насколько я понял, при питании от измеряемой цепи 10-90 Вольт, от отдельного входа 10-14 Вольт.   

Так как я не был уверен что понимаю о чем идет речь в этих названиях, то на всякий случай заказал тот, что дороже. В итоге получил такой вот комплект.   

Итого в комплект входит:
1. Измеритель
2. Плата с шунтом и клеммами
3. Соединительный провод.   

Корпус прибора знаком многим радиолюбителям, в таком же был предыдущий измеритель, а также различные преобразователи серии DPS\DPH. Для примера справа преобразователь DPS8005 который будет использоваться совместно с обозреваемым измерителем.  

 Чертеж с размерами.   

Если снять заднюю крышку, то можно получить доступ к начинке, при этом сразу видно что плата предполагает установку шунтов и силового разъема прямо на ней.  

 Но вообще внутри спрятано две платы, контроллера с дисплеем и измерительной с питанием.   

Плата контроллера ничего особенного из себя не представляет, с одной стороны дисплей и три кнопки, с другой микроконтроллер STM8S005 и нехитрая обвязка.   

А вот на измерительной плате компонентов куда как больше.   

Сначала питание поступает на предстабилизатор, затем на ШИМ стабилизатор на базе 34063.
Измерительный сдвоенный ОУ MCP6002, буквально недавно я обозревал преобразователь где как раз были точно такие же.   

Силовая плата выполнена отдельно, предположу что в более дешевом варианте поставки она в комплекте не идет, да и по сути она мне не нужна, но так как я не был уверен что найду сигнал управления (да и не факт что он там был бы) у более дешевой, то заказал полный комплект.

Слева виден разъем подключения внешнего питания, за ним расположен джампер на два положения 3W и 2W, первый режим для внешнего питания, второй для питания от измеряемой цепи. Но "есть один нюанс", в режиме питания от измеряемой цепи реле не работает, его питание возможно только от дополнительного разъема.
Справа четырехконтактный разъем, через него заводится как питание, так и измерительная часть и переключение.

Собственно скорее всего отчасти потому и сделано отдельное питание реле, так как питание в одном из двух режимов может идти через его контакты, а кроме того реле может перегрузить стабилизатор питания. В режиме внешнего питания допустимое напряжение 10-14 Вольт, в режиме питания от измеряемой цепи 10-90 Вольт.   

Внутренняя схема основных соединений силовой платы. В режиме с внешним питанием используются контакты Cb, B+ B-.   

В инструкции было описание подключения версии без реле, по сути оно не сильно отличается от моего варианта:
IN- = B-
IN+ = B+
Out- = Cb   

Снизу ничего особенного нет. Применено реле с током до 30 Ампер для NC контактов и до 40 Ампер для NO, что в данном устройстве даже с запасом по току.
Сопротивление шунта у меня получилось 2.9 мОм, измерял сверху. При токе в 20 Ампер получается 58мВ, что не очень сходится со стандартными 75мВ шунтами, но возможно подойдет и стандартный, только придется произвести заново калибровку.
Сопротивление NC контактов реле 2.36 мОм, измерил просто на всякий случай.     

Я неоднократно пишу по поводу сложностей использования обычных реле для коммутации постоянного тока и в итоге решил привести реальный пример того, что бывает если....
А так как данная история имеет к обзору лишь косвенное отношение, то спрячу ее под спойлером.

Началось все довольно давно, почти 50 лет назад. Три американских астронавта решили что дома им не очень интересно и неплохо бы собраться втроем и провести уикенд на Луне. Зовут астронавтов Джеймс Ловелл, Джон Суайгерт и Фред Хейз.   
Как и положено, для пикника они взяли с собой пива, сосисок и портативный магнал, а так как лететь было далеко, то снарядили большую ракету и назвали ее Апполон 13. Старт был 11 апреля 1970 года, как раз в субботу, видимо чтобы к воскресенью успеть на луну, а в понедельник обратно на работу в NASA.   

В общем летят себе три товарища, летят и примерно в 300000 км от земли внезапно что-то бахнуло. Первая мысль - опять Хейз прикалывается, батарею кому-то на ногу уронил, шутник. Но нет, реальность оказалась куда как проще, стало на один из баков с кислородом меньше, а так как это не любимое шоссе в Колорадо, с кучей СТО, то так просто его не починишь и дальше последовала знакомая многим радиограмма -
Хьюстон, у нас проблемы!

Попутно выяснилось, что кроме бака с кислородом они лишились GPS навигатора, mp3 плеера радио и еще что-то начало утекать в космос.   

Хьюстон ответил - никуда не уходите, мы сейчас что нибудь придумаем. Ну и придумали, мол летите дальше, а там развернетесь и уже потихоньку обратно.
Попутно друзья избавились от контейнера с сосисками, пивом и любимым мангалом Хейза сбросив его (мангал, а не Хейза, хотя можно было и его заодно) на Луну , ну а чтобы хоть как-то компенсировать расходы, провели по бухгалтерии как научный эксперимент, даже графики красивые нарисовали и сказали что вычисляли толщину лунной коры.   

Попутно выяснилось, что дышать то становится хуже и последовало второе -
Хьюстон, у нас опять проблемы!!1

На что хьюстон ответил - не боись, надо соединить вон ту фиговину с той хреновиной тот шланг с вон той коробкой и все будет ОК. Все было бы ОК, если бы не одна проблема, шланг круглый, а коробка прямоугольная (никакой стандартизации). В итоге специалист NASA по имени Смайли предложил решение проблемы, для чего надо было всего навсего взять полиэтиленовую оболочку костюма охлаждения, картонные обложки от полётного плана, кусок любимого полотенца Хейза (видимо в отместку за шутки) и моток синей изоленты. На фото справа как раз вся эта конструкция из г.. и палок, а так как фото черно-белое, то синюю изоленту почти не видно :(

Но стоит отдать парням должное, на фото они продолжают улыбаться (ну как минимум Ловелл и Суайгерт), весьма оптимистично, учитывая что они болтаются в сотнях тысяч км от земли, в полурабочей консервной банке, без пива, сигар, а кроме того там еще и так холодно, что Хейз в итоге заболел. Судя по всему жидкость для сугреву протирки тоже случайно сбросили.   

С грехом пополам добрались таки ребята домой, спустились и решили разобраться, ху из ху и кому надо дать по его наглой рыжей морде. Ну и заодно дать по шее фотографу, потому как тот умудрился горизонт на фото завалить.   

Позвал в общем директор NASA своего главного инженера, пусть это будет Джон Смит и спрашивает его:
- Джонни, что за ерунда?
- Да это у нас реле заглючило.
- Джонни, ты где реле брал, дурик?
- Да как всегда, на Али, в известном магазине Store929593490, рейтинг 98.3, 5435 продаж, сами ведь сказали бюджет сократить.
- Джонни, ты балбес.
- Почему?
- А ты даташит читал?
- Да кто же их читает, всем так делал, никто пока не жаловался.
- RTFM Джонни, RTFM!

Все оказалось просто и весьма прозаично, умные китайские американские инженеры взяли термореле с контактами на 28 Вольт, но в процессе совсем забыли что это не грузовик с 24 Вольта аккумулятором и в сети 65 Вольт. Ясное дело контакты приварились и бак вместо 27 градусов прогрелся почти до 540 (они на всякий случай даже термоизоляцию хорошую сделали). Но им этого оказалось мало, инженеры и шкалу в приборе сделали только до 27 градусов и все что было выше показывало как 27 (чтобы никого не расстраивать), в общем мега фейл. Кто не верит - пруф.

Ну и собственно мораль этого рассказа, контакты на постоянном токе работают очень плохо и на напряжение выше 28 Вольт обычно применяют уже другие системы потому как контакты в таком случае либо приварятся, либо будет дуга и они прогорят, все зависит от типа нагрузки и режима работы.
На фото пример тестирования из лаборатории NASA, где в ходе эксперимента как раз они и приварились. В общем из-за такой ошибки завалили посадку на Луну, угробили станцию, чуть не отправили в страну вечной охоты трех астронавтов и всё NASA отложило гору кирпичей.    

И вот ругаю я иногда китайских разработчиков дешевых устройств, а выясняется что вполне себе американцы умудрились так накосячить на космической станции стоимостью несколько миллиардов долларов. Будьте внимательны когда проектируете устройство, пусть это даже не атомный реактор или космическая станция.

Совершенно случайно обратил внимание, что обе платы имеют не только одинаковый размер, а и расположение крепежных отверстий, но кроме того почти совпадают разъемы, смещение на один контакт, фактически можно собрать все в один узел и убрать шлейф.  

 Внешний вид прибора полностью идентичен версии VAC1100 и аналогичных, тот же экран и те же три кнопки справа. Даже кнопки нажимаются так же туго, очень туго, прямо мрак какой-то.   

Перед тестами решил измерить потребляемый ток и минимальное напряжение питания.
У меня вышло что стартует прибор при напряжении 9.8 Вольта, но нормально работать начинает при 11, потребляя при этом 40мА. Через одну-две минуты подсветка автоматически отключается и ток падает до 19-20 мА, примерно такой же ток при напряжении питания около 60 Вольт, но с включенной подсветкой.
Кстати насчет подсветки. То что она умеет отключаться это конечно хорошо, а вот то, что эта функция никак не настраивается, очень плохо.   

А теперь о том что выводится на экран и как все это работает. В интернете есть инструкция по этому прибору, но по большей части все довольно понятно и без неё.

1. Вольтметр
2. Амперметр
3. Индикатор заряда батареи, вычисляется на основании отданной/полученной емкости и заданной в настройках.
4. Прошедшая через прибор емкость в Ач и текущая мощность в Ваттах.
5. Прошедшая через прибор емкость в Втч и таймер
6. Кнопки управления
7. Переключение режимов работы.

Кнопки вверх/вниз перемещают желтый курсор, короткое нажатие ОК включает/выключает режим, длительное (2-3 сек) переводит в режим настройки параметра.   

1. При подаче питания курсор всегда в среднем положении, в этом режиме нажатие ОК отключает реле (по умолчанию реле всегда включается автоматически). При этом стрелка показывает в каком направлении течет ток, от нагрузки и источнику или наоборот, хотя здесь все относительно. Кроме того если стрелка красная/зеленая, то выход активен, если серая, то неактивен.
2. OVP - настройка лимита по максимальному напряжению
3. OPP - лимит мощности, своего рода защита от перегрузки.
4. OCP - лимит по току нагрузки.
5, 6. Выход неактивен, но стрелка отображающая направление тока все равно работает.
7. OFT - ограничение времени работы.
8. OAH - лимит по емкости батареи, на основании этих данных будет производиться и расчет процента заряда на индикаторе. Соответственно течение тока в одну сторону увеличивает процент, в другую - уменьшает.
9. LOP - лимит по минимальному напряжению
10. Коротким нажатием активируем необходимые лимиты которые будут работать по схеме логического или, т.е. сраотка по первому достигнутому.
11. Если параметр уже находится в лимите, то включить реле не получится, например здесь я смог включить только с последним выбранным лимитом.
12. Почти на всех фото батарея "разряжена", для примера я подключил прибор так что отсчет идет в сторону "заряда", стрелка светит красным и счетчики Ач, Втч и процент заряда увеличиваются, при этом отображается мощность нагрузки.

По умолчанию все параметры выбраны как 00.00. Как я выше писал, в режим настройки параметра переходим длинным нажатием, потом настройка кнопками вверх/вниз, но если ничего не меняли, то выйти не получится, для этого надо хотя бы раз нажать кнопку вверх или вниз.   

А теперь немного тестов.
Сначала измерение напряжения. Я пробовал вариант с питанием от источника начиная с 11 Вольт и заканчивая почти максимально возможным - 90 Вольт. Во всем диапазоне точность явно вписывается в заявленный 1% погрешности и даже лучше.   

Для теста точности измерения тока пришлось использовать более мощный блок питания и нагрузку. Прибор был включен так, что его собственный ток потребления не влиял на результат измерения.    

С током ситуация заметно хуже. для начала даже без нагрузки прибор показывал примерно 40-50мА, но я решил проверять "как есть".
В итоге получилось, что почти во всем диапазоне от 100мА до 12 А показания прибора "отстают" от реальных на 40-80мА. 15 и 20 Ампер измерялись другим прибором, так как мой основной имеет диапазон до 10 и даже показанные 12 для него сильно завышены.

Конечно следует закономерный вопрос, а как так получается, что без нагрузки было 0.04А, а с нагрузкой получилось 0.01А. Все просто, 0.04А было в обратную сторону, т.е со знаком минус, на все фото кроме первого стрелка зеленая, а на первом красная.   

Причина всего кроется в том. что прибор измеряет обе полярности тока, потому формально у него диапазон не 0-20 Ампер, а -20 - 20 Ампер, или 40 если считать полный диапазон изменения. Соответственно это порождает две проблемы:
1. Точность ниже, чем если бы он измерял от нуля до 20 Ампер
2. Необходимо точно выставлять ноль.

Даже на магазинном фото видно, что при просто подключенном питании на индикаторе есть некое значение, в данном случае 80мА.   

Для калибровки надо зайти в настройки, чтобы это сделать надо перед подачей питания зажать кнопку ОК, по отпускании высветится меню калибровки. Переключение пунктов кнопкой ОК, активация кнопками вверх или вниз.
1, 2. Есть режим Mode, можно менять его значение от нуля до пяти, но пройдя все варианты я не заметил разницы.
3. Режим 0.0А, калибровка нуля. включаем прибор без нагрузки и кнопкой "вниз" или "вверх" добиваемся нулевых показаний. В моем случае надо было нажать "вниз".
4. Наживаем ОК пока не попадем на пункт "Save", теперь "вверх" или "вниз" чтобы запомнить настройку. При этом на экране меняется число и чтобы ничего не сбить, я перед отключением питания нажимал один раз "вверх" и один раз "вниз".

Здесь же можно видеть пункт калибровки по двум токам напряжения, 10 и 40 Вольт, а также по одной точке для тока, соответственно -4 Ампера и 4 Ампера.   

В принципе прибор и до этого вписывался в заявленные 2%, но после калибровки стало немного лучше.
Зато теперь я заметил другую проблему, она показана на последних двух фото:
1. Ток нагрузки 100мА сразу после теста большим током, прибор показывает 140мА
2. Через 15-20 секунд показания приходят к норме. Предположительно влияет нагрев шунта.   

Для устройства уже куплен корпус. В данном случае мы не стали экономить и взяли почти самый большой вариант металлического корпуса Bahar. Конечно кажется что он слишком большой, но учитывая сколько всего надо уместить внутри, он уже не кажется таким большим. Хотя в данном случае не саму последнюю роль играли еще и размеры передней панели.   


Теперь по поводу итоговых выводов. Могу сказать что отчасти я расстроен. Конечно я не питал иллюзий насчет высокой точности, но для моей задачи я просто не нашел ничего более подходящего. Самой большой проблемой является то, что прибор измеряет до 20 Ампер, а мне реально надо до 2-3, как выход вижу либо замену шунта на более высокоомный, например в 10 раз, либо увеличивать пока позволит запас по калибровке.
В первом случае надо будет пересчитывать показания, по втором я просто буду иметь дикую погрешность при больших токах, но первый вариант более реален.
Кроме того есть нарекания к термостабильности шунта, здесь либо смириться, либо менять на нормальный 20А 75мВ.

Ну и последняя, но не менее важная проблема, ну слишком тугие кнопки. На фото внутренностей видно, что кнопки самые обычные, но насколько они туго нажимаются в корпусе...

В остальном прибор как прибор, точность средняя, хотя заявленным характеристикам соответствует, не помешала бы полная инструкция где можно посмотреть варианты дополнительных настроек. Кстати в инструкции есть этот пункт в оглавлении, но в самой инструкции описания настроек нет. Например я ы отключил энергосберегающий режим.

На этом у меня собственно и все, буду рад как вопросам, так и комментариям, кроме того возможно кто-то подскажет что-то более удобное для моей задачи.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки. Партнерская ссылка для регистрации, дает новичкам купон 10 от 50.
 Стоимость прибора вышла $15.31, вес 110 грамм согласно информации от посредника, стоимость доставки от посредника зависит от разных факторов, например количества, а также наличия других товаров в заказе.