ARDUINO прибор для анализа потребляемой мощности

[RRoman]

Требуется собрать прибор для анализа потребляемой мощности лабораторной мешалкой (подключается в сеть 220В) бетонной смеси в зависимости от времени. Схема работы прибора желательно такая - включаем миксер, параллельно в эту же электрическую розетку (тройник или типа такого) мы включаем прибор для анализа мощности, далее мы нагружаем миксер материалами, которые миксер перемешивает. Нам нужно снять зависимость потребляемой мощности от времени в процессе перемешивания желательно с шагом в 50 мс, но 250-300 мс тоже пойдет, если на 50 мс сложно будет. Параметры миксера - объем до 20-30 л, перемешиваемая масса порядка 15-30 кг; как правило, мощности таких миксеров находятся в диапазоне 0,5-1,5 кВт (плюс-минус). Необходимо, чтобы был вывод данных по USB сразу на компьютер для последующей онлайн обработки кодом, который я буду писать сам. Точность измерения - до десятых долей, нам необходимо малоамплитудные высокочастотные изменения в отклике мощности посмотреть. Помимо мощности нужна будет информация о напряжении, токе, фазе между ними. Не обязательно arduino, если есть какие-либо еще варианты, arduino предложил коллега.

 

[Геннадий П]

в диапазоне 0,5-1,5 кВт

Точность измерения - до десятых долей

информация о напряжении, токе, фазе между ними

Ардуина с этим ну никак не справится. Возьмите любой осциллограф с возможностью записи данных на компьютер - вот примерно на этот бюджет и ориентируйтесь. Хотя, наверняка есть и готовые приборы.

 

[RRoman]

@Геннадий П, "Точность измерения - до десятых долей ", думаю можно ослабить это требование; "информация о напряжении, токе, фазе между ними " - главное это иметь информацию о мощности, если будет информация о других параметрах - хорошо, это дополнительные возможности для анализа; если нет, то достаточно будет мощности. "Возьмите любой осциллограф с возможностью записи данных на компьютер " - я не специалист в электронике, меня интересует сигнал с точки зрения физики и содержания в нем полезной информации, поэтому хотелось бы иметь прибор, который включил и он обеспечивает данные на компьютер, которые я далее могу анализировать.

 

[Эдуард Анисимов]

Микросхема STPM32 и какой нибудь контроллер.
Общаться с ней можно по SPI или UART.
Есть готовая плата под ESP. Программиста ищите.
Библиотек для неё нет. Придётся самому писать. Или нанимать программиста.

 

[te238s]

По описанию это цифровой запоминающий осциллограф.
Не совсем понятно зачем КАЖДЫЕ 50 мс(!!!) снимать показания. Почему не каждую 1 мкс? Или 500 мс?
1.Если надо подробно анализировать параметры сети(фаза,напряжение,ток),то при чём здесь бетономешалка?
2.Если надо контроллировать потребление бетономешалки,то зачем подробный анализ параметров питания?
Если п.2,то чем не устраивает устройство с Али?

 

[RRoman]

@te238s, 50 мс - это желаемая цифра, примерно в этом диапазоне могут находиться частоты колебаний мощности, связанные с характером перемешивания материалов определенной структуры. Мы это хотим проверить. На 500 мс этого не увидеть, на 1 мкс - можно, но на масштабе времени 5-10 мин (столько работает миксер) будет слишком много точек. Это, конечно, не проблемы, мы лишние всегда можем выкинуть. По пункту 2 - интересует именно потребление миксера, если параметры питания что-то дают дополнительно, то тоже, но как я понял из вашего комментария, параметры питания бесполезны для анализа. Устройства с Али - дискретизация по времени там мала: одно измерение в секунду.

 

[te238s]

Не забывайте про инертную массу якоря мотора,редуктора,корпуса мешалки.
Считайте все эти флуктуации от перемещения,падения отдельных камней в бетоне проходят через механический фильтр низких частот в ввиде инерции масс. На выходе ,скорее всего, эти отклонения будут на порядки меньше чем колебания в сети от включения чайника на соседней улице.
Это как в микроскоп разглядывать через матовое стекло.
Не,ну если всё это питать от аккумулятора...))

 

[RRoman]

@te238s, Все правильно говорите по поводу "фильтра низких частот" - однако этот сигнал будет иметь повторяющуюся форму на всех испытаниях, поэтому его составляющую мы сможем вычленить и отделить, сигнал от чайника на соседней улице уйдет в шумовую компоненту, это мы тоже считать умеем. А флуктуации, соответствующие самой смеси должны будут, во-первых, лежать в одном частотном диапазоне, а, во-вторых, иметь определенный паттерн. Предварительно проведенные эксперименты коллегами из лаборатории, где такой прибор имеется, показывает, что такой паттерн с определенной вероятностью есть

 

[poty]

Ток параллельным включением не измерить. Здесь нужна будет проходная конструкция.
Много слов о "мощности", и даже звучало слово "физика". Но тогда нужно уточнить, про какую мощность идёт речь? Мгновенная, активная, комплексная, средняя...?
Также я бы очень внимательно прочитал сообщение @te238s, но немножко под другим углом: имеем переменный ток, далеко не активный потребитель и ряд устройств, выключенных как на входе линии (для современных инсталляций), так и параллельно ей. То есть влияние внешних факторов будет значительным и его нужно как-то исключить. В ряде устройств, с которыми я имел дело, используется отдельный анализ для входящей цепи и отдельный - для потребителя. На выходе можно "отфильтровать" внешние возмущения и получить относительно информативную выборку для исследуемого устройства. Можно это делать и по мгновенным отсчётам, но это потребует довольно интенсивного алгоритма обработки полученных данных. Соответственно, при сетевой частоте 50Гц (период = 20мс, более правильным является использование полупериода = 10мс) период съёма показаний в 50мс - вообще ни о чём. Нужно, как минимум, получить несколько показаний в интервале полупериода (защита от импульсных помех, особенно при вычислении фазы). Это лучше посчитать для реальных условий, но я предполагаю, что минимум 5 отсчётов стоит сделать. Т.о. интервал сбора данных получается не длиннее 2мс.

 

[RRoman]

@poty, спасибо - ценные замечания, по мощности полагаю достаточно будет информации о полной и активной. С аргументами по определению интервала сбора данных согласен, STPM32 может дать выборку на 2 мс? Внешнего воздействие посмотрим как обрабатывать, пока я склоняюсь к мысли, что проще поставить проблему о проверке гипотезы - есть паттерн Х в сигнале или нет. Паттерны Х_i, соответствующие свойствам смеси, которые нас интересуют, мы хотим установить в лабораторных условиях.

 

[poty]

@RRoman, не уловили. Имея данные о мгновенных значениях тока и напряжения в определённые (и достаточно частые) моменты времени можно посчитать всё остальное уже на компьютере. Возможно и не потребуется рассчитывать мощность, паттерны определять непосредственно в сырых данных. Когда это выйдет уже на реальный прибор - тогда методику определения наличия паттернов придётся реализовывать в микропроцессоре, но на начальном этапе расчёт именно мощности (причём пока даже не очень ясно какой) считаю излишним.

STPM32 может дать выборку на 2 мс?

Легко. Думаю, и на порядок чаще может. Потребуется два канала АЦП, но это лучше подскажет @Эдуард Анисимов. Для экспериментов можно попробовать подключить и последовательный шунт измерителя тока, и делитель напряжения непосредственно ко входам, но в дальнейшем, предполагаю, что лучше использовать входные аналоговые цепи (в идеале - изолированные гальванически) для большей точности измерений и безопасности. О безопасности всегда лучше думать заранее, особенно - в пылу экспериментов.

 

[RRoman]

@poty, о мгновенных значениях тока и напряжения понял - да, конечно, этого достаточно и мощность не нужна! Меня сегодня обнадежили, что подобная плата есть у коллег на STPM32. Как только получу информацию, потестируем на простых вариантах, если интересно - положу сюда результаты

 

[te238s]

Если не секрет,зачем такие подробные замеры питания?
Если какие-то научно-исследовательские цели,то я бы организовал высокостабильный источник. Либо аккумулятор,либо импульсный стабилизатор.

 

[Эдуард Анисимов]

STPM32 может дать выборку на 2 мс

Даташит на микросхему почитать не судьба?

Потребуется два канала АЦП

Она как раз и имеет два канала. Нужно больше, берём STPM33. Мало? STPM34.

 

[RRoman]

@te238s, Да, научно-исследовательский проект - необходимо понять какой присутствует отклик в части информации о свойствах перемешиваемого материала, насколько этот отклик стабилен и поддается обработке либо классическими методами тестирования гипотез, либо требуется построение полноценной вероятностной модели типа Байеса. В принципе, по грубой оценке люди на практике ориентируются по показателями мощности перемешивания, но систематически этот вопрос не исследовался

 

[Sergej.Yu.]

Изобретение велосипеда.. Такой девайс готовый уже есть, с выводом данных к диспетчеру..

Купить указатели мощности по доступной цене

Купите качественные указатели мощности для контроля Вашей сети, широкий ассортимент продукции под разные задачи и мощности. Заказ онлайн на сайте.

www.delexgroup.ru

Или вот такое подороже.. Измеряет 20 параметров сети..

Анализатор электросети (регистратор) РПМ-416

≡ ООО «Новатек-Электро» ᐉ Купить Анализатор электросети (регистратор) РПМ-416. ✅ Товар в наличии. ⭐ Гарантия 10 лет. ⚡ Доставка по России и СНГ.

novatek-electro.ru

 

[RRoman]

@Sergej.Yu., Сергей, добрый день, спасибо за совет. Я подобные устройства видел и спрашивал у коллег, но мне сказали, что у них сэмплирование данных (количество измерений в секунду) - 1 измерение в секунду. Нам нужно хотя бы 20 измерений. Если у вас есть информация о том сколько точек рекомендуемое вами устройство измеряет в секунду, поделитесь, пожалуйста, буду признателен.

 

[Sergej.Yu.]

У второго устройства скорость в параметрах указана - 0.001сек.
У первого не знаю, мало данных.. Но можно запросить с сайта еще данные..

 

[RRoman]

@Sergej.Yu., Посмотрел информацию по второму устройству - то, что нужно. Цена правда дороговата, не знаете поддержанный где-то можно приобрести?

 

[Sergej.Yu.]

нет.. не в курсе..

 

[vortigont]

С PZEM можно снять только 1 усредненное (среднеквадратичное) измерение в секунду, хотя внутри он семплирует намного чаще. Чип, на котором он построен, это то что вам нужно, кстати. Он может измерять кучу параметров сети, угол между током и напряжением, и пр. Но китайцы его программируют на вывод 1 выборки в секунду по протоколу модбас. Насколько я знаю свободной альтернативной прошивки для этого чипа нет.

 

[AZM]

Судить о нагрузке на вал по току двигателя гиблое дело. Это инерционо и куча помех. Реальнее поставить тензодатчики что бы измерять крутящий момент. Для коллекторных и бесколлекторных двигателей делал такое. Импульсную кратковременную нагрузку не измеришь, длительную измерял нормально. А в этом случае только тензодатчики спасут.