Ombouw van een energiemeter voor een hogere meetnauwkeurigheid
Geplaatst door Dick Kleijer in Zelfbouw Geef een reactie
Met de energiemeter PM230 van het merk Brennenstuhl kan het energiegebruik van een aangesloten apparaat worden gemeten. Het meetbereik loopt van 5 tot 3500 Watt, de meter meet in stapjes van 10 mA, wat bij 230 V spanning overeenkomt met een vermogen van 2,3 Watt (bij een Ohmse belasting). Als het gebruik lager is dan 5 Watt geeft de meter “nul” aan. Nu wilde ik de meter gebruiken voor lage vermogens ook onder de 5 Watt, en daarbij ook een hogere nauwkeurigheid van de meting. Om dat te bereiken heb ik de meter omgebouwd.
WAARSCHUWING
Het demonteren en aanpassen van elektrische apparaten is niet zonder risico. Dit artikel is geen doe-het-zelf handleiding, enkel een verslag van een door mij uitgevoerd experiment. De auteur van dit artikel en OliNo aanvaarden dan ook geen enkele aansprakelijkheid.
Nieuwe weerstand
In de meter bevind zich een meetweerstand, hier loopt de stroom van de gebruiker doorheen. De spanning over de weerstand is evenredig met de stroom door de meetweerstand. Door de meetweerstand 10 maal in waarde te verhogen, zal de uitlezing van de meter 10 maal zo hoog worden. De meter meet dan al vanaf 0,5 Watt met een nauwkeurigheid van 0,23 Watt. Je moet wel zelf de weergegeven waarde van vermogen of stroom door 10 delen om de werkelijke waarde te krijgen. Een nadeel is, dat de meter na ombouw niet meer geschikt is voor hoge vermogens.
De originele meetweerstand is op deze foto aangegeven met een pijltje, en heeft de vorm van een draadbrug.
De weerstandwaarde is 0,0033 Ω. Met een gewone multimeter is zo’n lage weerstandwaarde niet direct te meten. Om de weerstandwaarde te bepalen heb ik met een regelbare voeding een gelijkstroom van precies 1 A door de weerstand laten lopen. En vervolgens de spanning over de draadbrug gemeten, deze was 3,3 mV, waaruit volgt dat de weerstand 3,3 mΩ is.
De draadbrug heb ik verwijderd, dat gaat het makkelijkst door hem eerst doormidden te knippen, en de twee helften er uit te solderen. Daarna heb ik drie weerstanden van 0,1 Ω ( 1Watt) parallel gezet en op de plek van de draadbrug gesoldeerd. De drie weerstanden parallel hebben een waarde van 0,033 Ω, dus 10 keer zo hoog als de originele draadbrug. Om te voorkomen dat de weerstanden en de meter overbelast worden als er te grote vermogens worden aangesloten, heb ik een zekering (1,2 A) in één van de stroomdraden opgenomen. Daarna de meter weer dichtgeschroefd, en klaar is de nauwkeurige energiemeter.
Een zekering voorkomt dat de meter overbelast wordt
De omgebouwde energiemeter in actie
Het weergegeven vermogen moeten we door 10 delen, dus in dit geval wordt er ongeveer 1,676 Watt gebruikt.
Deze omgebouwde meter is niet geschikt voor het meten van stromen hoger dan 1,2 A. Ook apparaten welke een hoge inschakelstroom vragen (tv’s , koelkasten, elektromotoren, enz.) moeten er niet op worden aangesloten. Voor het meten van grotere vermogens heb ik nog zo’n meter, maar dan in originele staat.
Het meten van de cosinus φ
Het vermogen (P) dat een apparaat gebruikt is gelijk aan:
P= U x I x cosinus φ
Waarbij:
P = Vermogen in Watt
U = Spanning in Volt
I = Stroom in Ampère
φ (phi) = De fasehoek tussen spanning en stroom
De waarde van cosinus φ kan variëren tussen:
“1” , als spanning en stroom in fase zijn.
en
“0” , als spanning en stroom 90° van elkaar verschoven zijn.
De energiemeter PM230 heeft een bepaalde minimum stroom nodig om de fase tussen spanning en stroom goed te kunnen meten. Als het aangesloten apparaat te weinig stroom gebruikt, wordt voor de cosinus φ de waarde “1” genomen, terwijl deze waarde in het echt misschien lager is. Hierdoor kan de meter bij lage vermogens een te groot vermogen weergeven.
Om te bepalen wanneer de cosinus φ verkeerd wordt gemeten, heb ik de energiemeters (zowel de omgebouwde als de originele) belast met diverse condensators. Een condensator heeft een cosinus φ van (bijna) nul.
De volgende tabel geeft de uitkomsten van de metingen:
Een cosinus φ van 1 geeft dus aan dat er een meetfout is.
| Condensator waarde (nF) |
Stroom (A) |
Cosinus φ originele meter |
Cosinus φ omgebouwde meter |
|---|---|---|---|
| 47 | 0,003 | 1,0 | 1,0 |
| 100 | 0,007 | 1,0 | 0,03 |
| 200 | 0,014 | 1,0 | 0,03 |
| 470 | 0,034 | 1,0 | 0,03 |
| 1000 | 0,072 | 1,0 | 0,03 |
| 2000 | 0,145 | 1,0 | 0,03 |
| 3000 | 0,217 | 0,03 | 0,03 |
De omgebouwde meter is in staat om bij veel lagere stromen de fasehoek goed te meten.
Gerelateerde artikelen
- Origineel: Ombouw van een energiemeter voor een hogere meetnauwkeurigheid
- Metingen verbruik nieuwe server
- De powerfactor uitgelegd
Dick Kleijer, duurzame elektronicus, website: Dicks-website
October 26th, 2009 at 2:46 pm
@Dick: ik heb helaas geen goede ervaringen met de Brennenstuhl PM230 meter. Een te grote afwijking/tolerantie.
Deze tip kan ook bij andere (nauwkeurigere) meters mogelijk werken, dat dan weer wel.
October 31st, 2009 at 4:07 pm
Ik heb ook een dergelijke wijziging overwogen. Een testrapport in de c’t heeft me ervan overtuigd dat de meter nog steeds niet erg goed is als hij 10 x zo nauwkeurig zou zijn. Wel beter dan hij was, natuurlijk.
December 14th, 2009 at 8:39 am
Ik zit er over te denken om deze meter uitsluitend als ‘sluipverbruik tester’ te gebruiken. Door nog een factor 10 omhoog te gaan met de weerstanden en de zekering 10x zo licht te maken.
De opinie van Niels kan ik namelijk onderschrijven; een opbrengstmeter van Velleman meet verbruik voor een mac mini december 2009 11W, waar de Brennenstuhl meent dat er 40W verbruikt wordt. Dan zit de Velleman veel dichter bij het door de fabrikant opgegeven vermogen.
Door ombouw vang je dus 2 vliegen in 1 klap: de meter wordt weer bruikbaar en je meting nauwkeuriger. De meter zou met deze computer er op aangesloten dan 1100W moeten aangeven.
December 14th, 2009 at 11:11 am
@ Ard,
Computers vragen een nogal grote inschakelstroom (wegens opladen van condensator in de voeding), wel 10 ampere of soms veel meer.
Waarschijnlijk gaat een meter die 100x nauwkeuriger is gemaakt dat niet aankunnen.
April 11th, 2010 at 6:32 pm
erg leuk maar als je gewoon een bv 5 watt led lamp mee meet hoeft dit allemaal niet en kan iedereen
direct aan de slag
May 9th, 2010 at 1:13 pm
Zo’n 3 verschillende opbrengstmeters heb ik geprobeerd, en ze tonen allemaal iets anders. Bij zuiver ohmse belastingen gaat het nog wel, maar vooral bij schakelende voedingen worden waarden aangegeven die veel te hoog zijn. Mijn tv (in standby), de adapters van de mobieltjes, ledlampen , blijken allemaal piekstroomples gedurende een klein deel van de wisselspanning. De meters nemen dan de maximale waarden als maat voor de hele sinus waardoor veel te veel wordt aangegeven. Mijn LCD tv die in standby slechts één watt verbruikt, blijkt in de eerste sinushelft stroom te trekken en in de tweede sinushelft stroom te leveren. De metertjes zien dit als een verbruikt van 20 tot 25 watt. Als je echt waarde hecht aan het enigszins nauwkeurig meten van kleine vermogens zul je toch stroom- en spanningsverloop moeten vermenigvuldigen en integreren.
November 14th, 2010 at 2:33 pm
Er staat een foutje in de text; er staat: “om de fase tussen spanning en stroom goed te kunnen meten”. Ik neem aan dat dit moet zijn “fasehoek”.