DIY簡易用電功率表Watt meter的製作(純電阻電路/VA Meter)

聲明 : 此乃VA Meter並謹能檢測純電阻電路

近年可能由於環保意識抬頭, 大家比較注意家常電器的用電量, 所以近日常常見人們提起使用功率表(Watt Meter)來測試一般家庭電器甚至電腦的用電功率, 但是就算是一般鴨記的功率表也要價二百多元, 同時又不會常常用到, 這樣的話實際上用不了多少次, 計算下來也是不化算的。

那麼我們可不可以自製呢? 答案是可以的, 而我們主要使用的就是大家手上一般都會有的數字萬用電表(模擬表也可以, 只是看起來比較困難)。

我們要計算電器的功率, 一般需要知道電器的電壓和使用電流, 即是Watt=VxA, 而其中電壓是己知的(220V), 當然在不同地區的電壓可能會有偏差, 但大抵也差不多, 而且我們可以事先使用萬用電表量度電壓值, 跟著便是需要知道電流量, 但是一般萬用電表可以量度的交流電流一般都在數百mA的範圍內, 遠遠達不到我們的要求, 例如假設最大範圍是500mA, 那麼0.5A x 220V=110W, 也就是最大範圍只可以去到110W, 再大便可能會燒萬用電表裡面的灰士了, 當然有些貴價的萬用電表可以量度到10A或以上的電流, 有鉗表的話也就更方便了, 但對於我們這些擁有平價和普通的萬用電表的人怎麼辦?

這時便要利用歐姆定律R=V/I了, 也就是在電路中串接一低阻值的電阻, 從電阻兩端的電壓降來計算電路的電流, 當然這個電阻由於電壓降及有電流流經, 本身也是一個耗電發熱的元件, 是會產生不了熱力的。 而這個電阻值我們有兩個需要考慮的地方, 首先使用較少的電阻值可以減少電壓降, 也就是可以產生較少的熱量, 同時也表示可以量度更高的Watt值, 但缺點是電壓降太低的話, 便可能超出我們可以量度的最低範圍, 我們使用的數字表, 一般最低可以量到1mV, 如果電阻設到0.01歐姆, 那麼I=V/R=0.1A, 也就是最低可量度Watt=220V x 0.1A=22W, 這當然不符合我們的要求, 另一方面, 如果我們便用較高的電阻值, 則可以取得較精細的Watt值, 但缺點是電阻的功耗較高, 例如以1歐姆電阻為例, 最低可量度0.22W, 但量度1000W時, 電阻的功耗達到20W, 這個熱度是可能太高了。

在平衝了以上兩點後, 最終選取了0.22歐姆的阻值, 選取這個數值的原因是這時的最低可量度Watt是1W, 基本上可以接受的, 而且再低的用途也不大, 其次量度1000W時的功耗會變成大約5W, 這也是可以接受的範圍, 而且家中的電器除了少數的幾種外(冷氣機, 熱水爐等), 很少會超過1000W的, 此外還有另外一個好處是因為香港的電壓是220V的, 也就是說如果你偷懶而且也不要求太準確的話, 這時1mV=1W, 所以你可以直接從萬用電表中讀取Watt的數值, 很是方便, 當然如果你要求高的話, 可以代入公式來計算。
最後決定電阻使用0.22歐姆, 最高量度Watt為大約1100W, 這時的電阻功耗為5W多些, 所以決定便用大四倍的20W水泥電阻, 電路灰士也改用5A的, 以策安全。

電路圖如下:


零件不多, 有些是手上有的剩餘物資, 左下角那兩支紅色的是2mm的香蕉座, 要來插萬用表的他筆的, 另外黑色的電線插座和紅色電源指示燈是我後來加上去的, 所以沒有在這幅零件圖內。


將插蘇的灰士從13A改為5A以策安全


完成品, 建議可以的話, 在各接點加上熱縮膠會比較安全一點


另一個角度


量度功率時, 萬用表要較到交流電壓檔, 他筆插在兩個香蕉座裡, 由於是交流電, 不用分極性


家中的電壓原來是不足220V的, 只有216V, 誤差在2%內, 還在可接受範圍。


那個Car PC的用電量原來大約是42W, 當然是加上了12V變壓器的損耗


家中的電熱飲水器, 電器本身標示為770W, 看來也差不多了


量度電熱水器為時五分鐘, 電阻只是較熱而且, 還未到燙手的地步, 可以接受, 但建議量度1000W時不要太長時間, 最好不要超過五分鐘, 以免電阻過熱燒毀。

後附較準確的計算功率公式表。
http://www.badongo.com/cn/file/14389755

P.S. 首次發的DIY文, 有錯請指正, 謝謝。
另外這個設計對沒有接觸過交流電的使用者來說是有危險性, 所以建議對這方面沒有經驗的人不要嘗試。

[ 本帖最後由 peterma 於 2009-4-12 15:47 編輯 ]

 
建議可提昇至精華

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睇落好簡單

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Sorry, your design is not a watt meter (under AC), it should be a AC VA meter or a DC Watt Meter, it is because under AC supply the formula is V X A X Power Factor (PF for Water Heater = 1, PF for Motor = 0.5 ~0.7)

The measuring of power dissipated in a purely resistive circuit with a DC voltage source is trivial, as power equals voltage against current, P = VI. The math becomes a little trickier with AC-power sources, as the waveform dictates the averaging formula used to find the power dissipated. Circuits containing reactive parts, such as capacitors and inductors, on the other hand, are much more complex to measure.


Power Factor - Power Factor (PF) or Total Power Factor (TPF) equals the ration of real power (W), which performs the actual work of creating heat, light, motion, etc., over apparent power (VA) that is the combination of real power (W) and reactive power (VAR).

[ 本帖最後由 Offer 於 2009-4-12 08:40 編輯 ]

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支持你,簡單就是美!

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改用0.022 ohm 電阻可減低發熱

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好!!只用一個電阻就可以的話,
我提議改良放入一個萬能蘇內就更好了~~~  

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我很佩服dIY精神,本人發覺你設計的交流電輸入部份,有使用不當的危險,萬一使用時錯誤抽出兩腳插頭,就會被高壓交流電電親,想模仿的請小心!!

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呢果只係AC電流錶, 唔係功率錶. 用個鉗錶重安全, 重準確.

Current shunt 用 0.22 ohm 太大, 有5A流過, 已經係5.5W.
如果唔係<1% o既電阻, 誤差極大, 玩下就好, 唔好當真.

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如果電源電壓固定不變, 電流表同功率表有乜分別? 雖然鉗表都可以讀出電流但就無得選擇適當電阻咁可以用電阻既電壓降直接顯示功率. 其實功率表有幾準唔係咁重要, 你只要由佢得知電噐大約用幾多電就夠, 就算用電多 d 少 d 你又能夠掂做, 能比較到功率大細就己經足夠. 當然電燈公司除外.

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