Energy Monitor Bricklet

Features

  • Ermöglicht die Messung der Netzspannung (120V/230V AC)
  • Misst Spannung (V), Strom (A) und Energie (Wh)
  • Misst Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung (W/VA/VAR)
  • Misst Leistungsfaktor und Frequenz (Hz)
  • Liefert Spannungs- und Stromwellenform

Beschreibung

Das Energy Monitor Bricklet ist mit einer 3,5mm Klinkenstecker für einen Stromwandler und einer 3,5mm (1,35mm Innendurchmesser) Buchse für einen Spannungswandler (Transformator) ausgestattet. Über beide Wandler werden Spannung, Strom, Energie, Wirkleistung/Scheinleistung und Blindleistung, sowie der Leistungsfaktor und die Frequenz einer Phase der Netzspannung berechnet. Zusätzlich liefert das Bricklet die Wellenformen von Strom und Spannung.

Das Energy Monitor Bricklet kann alle diese Messungen vornehmen, ohne dass Kabel aufgetrennt werden müssen!

Um das Bricklet zu nutzen, muss ein Stromwandler um den Leiter einer Phase gelegt werden. Zusätzlich muss über einen Spannungswandler (z.B. Transformator) die Spannung der gleichen Phase gemessen werden. Das Energy Monitor Bricklet nutzt die niedrigen Ausgangsspannungen der Wandler, um die Messungen durchzuführen. Damit wird sichergestellt, dass die potentiell gefährliche Netzspannung nicht direkt am Bricklet anliegt.

Separat erhältlich sind der 230V Spannungstransformator und der 5A Stromwandler bzw. der 30A Stromwandler. Das Bricklet liefern wir kalibriert für diese Wandler aus.

Das Energy Monitor Bricklet hat einen 7 Pol Bricklet Stecker und wird mit einem 7p-10p Bricklet Kabel mit einem Brick verbunden.

Technische Spezifikation

Eigenschaft Wert
Stromverbrauch 50mW (10mA bei 5V)
   
Eingangsspannung Max 12V AC vom Spannungswandler
Eingangsstrom Max 1V AC vom Stromwandler
Anschluss Spannungsmessung 3,5mm Buchse (Kopfhörerbuchse)
Anschluss Strommessung 3,5mm Buchse (Außendurchmesser), 1,35mm Innendurchmesser
   
Abmessungen (B x T x H) 40 x 40 x 5mm (1,57 x 1,57 x 0,2")
Gewicht 7g

Ressourcen

Beispiel: Leistungsmessung eines Heizlüfters

Warnung

Es sollte niemals an stromführenden Teilen gearbeitet werden! Diese sind vorher sicher vom Stromnetz zu trennen!

Als Beispiel werden wir die Leistung eines Heizlüfter messen.

Um dies zu bewerkstelligen müssen wir den Spannungswandler (AC/AC Transformator) und den Stromwandler an die Leitung anschließen über die der Heizlüfter betrieben wird.

Ein typisches europäisches Netzkabel besitzt drei Leiter:

  • Phase (L)
  • Neutralleiter (N)
  • Erde (PE)

Bei Dreiphasen Anschlüssen (Drehstrom), gibt es zwei weitere Leiter so dass es die Phasen L1, L2 und L3 gibt. Möchte man die Leistung hier messen, so müssten drei Bricklets, für jede Phase eins, jeweils mit einem Strom- und Spannungswandler, genutzt werden.

In unserem einphasen Beispiel, wird der Stromwandler an L angeschlossen. Dazu muss nur der Leiter durch den Wandler geführt werden. Einfach geht dies, wenn man den Wandler dazu aufklappt. Es ist absolut notwendig, dass nur L durch den Stromwandler geführt wird. Wird als Beispiel zusätzlich zu L auch noch N durchgeführt, so funktioniert die Strommessung nicht.

Energy Monitor Bricklet Heizlüfter Beispiel

Auf der Brickletseite muss der Stromwandler mit dem AC Current Eingang verbunden werden.

Unser AC/AC Transformator (Spannungswandler) kann einfach wie ein Steckernetzteil mit einer Mehrfachsteckdose neben dem Heizlüfter eingesteckt werden.

Energy Monitor Bricklet Heizlüfter Beispiel Foto 2

Auf der Brickletseite muss nun der Spannungswandler in den AC Voltage Eingang eingesteckt werden.

Das Resultat sollte in etwa so aussehen:

Energy Monitor Bricklet Heizlüfter Beispiel Foto 3

Im Brick Viewer sieht der Aufbau wie folgt aus:

Energy Monitor Bricklet im Brick Viewer (Heizlüfter)

Wandler-Verhältnis

Beide Wandler (Strom- und Spannungswandler), die mit dem Energy Monitor Bricklet verbunden werden, wandeln den gemessenen Strom/Spannung mit einem festen Verhältnis um (Ratio).

Die Stromwandler, die von uns vertrieben werden, haben ein Verhältnis von 5A:1V und 30A:1V. Der Spannungswandler (Trafo) wird beim Anschluss an das Bricklet nicht belastet (es fließt kein großer Strom). Daher liefert der Wandler eine etwas höhere Ausgangsspannung von ca. 12V bei 230V Eingang. Exakt gemessen beträgt das Verhältnis 19.23V:1V. Die Verhältnisse können im Brick Viewer angepasst werden:

Energy Monitor Bricklet Ratio Konfiguration

Wird der 5A:1V Stromwandler genutzt. so muss das Wandlerverhältnis (Ratio) auf 5 gesetzt werden.

Werden eigene Strom- oder Spannungswandler genutzt, so müssen die Verhältnisse dementsprechend angepasst werden.

Die Auflösung der Strommessung erhöhen

Die Stromwandler messen den Strom über das magnetische Feld, welches der umschlossene Leiter erzeugt (siehe Wikipedia Stromwandler). Über einen einfachen Trick kann die Auflösung der Strommessung erhöht werden. Dazu muss einfach der Leiter mehrfach durch den Stromwandler geführt werden.

Stromwandler mit mehrfach durchgeführten Leiter

Dadurch ändert sich das Verhältnis der Strommessung:

  • 2-fach durchgeführt: 2-faches Verhältnis
  • 3-fach durchgeführt: 3-faches Verhältnis
  • usw.

Sollte der reale Strom zu groß sein, so wird die Messung abgeschnitten. Das Bricklet kann dadurch nicht beschädigt werden. Die Messung ist dann aber natürlich nicht mehr korrekt. Das gleiche Problem tritt auch bei der Wahl eines zu kleinen Stromwandlers auf.

Das mehrfache Durchführen eines Leiters erhöht aber auch das Rauschen, so dass prinzipiell immer ein möglichst passender Wandler gewählt werden sollte.

Waveforms

Das Energy Monitor Bricklet kann doe Wellenform von Strom und Spannung liefern. Normalerweise sollte die Spannungswellenform immer sinusförmig aussehen, wohingegen die Stromwellenform je nach Last sehr verschieden aussehen kann. Nachfolgend ein paar Beispiel-Wellenformen für vier verschiedene Lasten.

Wellenform 1: 1.7kW Heizlüfter.

Energy Monitor Bricklet in Brick Viewer (Heizlüfter)

Wellenform 2: 125W Ventilator.

Energy Monitor Bricklet in Brick Viewer (Ventilator)

Wellenform 3: 10W LED Lampe. Der Leiter wurde dreimal durch den Stromwandler geführt um die Auflösung zu erhöhen. Viele AC/DC Stromversorgungen sehen ähnlich aus.

Energy Monitor Bricklet in Brick Viewer (LED lampe)

Wellenform 4: 12W Energiesparbirne. Der Leiter wurde achtmal durch den Stromwandler geführt um die Auflösung zu erhöhen. Wie man sehen kann nutzt die Energiesparbirne nur 1/4 der Wellenform.

Energy Monitor Bricklet in Brick Viewer (Energiesparbirne)

Erster Test

Um ein Energy Monitor Bricklet testen zu können müssen zuerst Brick Daemon und Brick Viewer installiert werden. Brick Daemon arbeitet als Proxy zwischen der USB Schnittstelle der Bricks und den API Bindings. Brick Viewer kann sich mit Brick Daemon verbinden, gibt Informationen über die angeschlossenen Bricks und Bricklets aus und ermöglicht es diese zu testen.

Als nächstes muss das Energy Monitor Bricklet mittels eines Bricklet Kabels mit einem Brick verbunden werden.

Wenn der Brick per USB an den PC angeschlossen wird sollte einen Moment später im Brick Viewer ein neuer Tab namens "Energy Monitor Bricklet" auftauchen. Wähle diesen Tab aus. Verbinde den Spannungs- und Stromwandler wie zuvor beschrieben.

Nun können die Wellenform von Strom und Spannung sowie die Spannung, Strom, Leistungsfaktor, Frequenz, Energie und Schein-, Wirk- und Blindleistung abgelesen werden.

Energy Monitor Bricklet im Brick Viewer

Die Wellenform des Stroms hängt dabei massiv on der Last ab (siehe Waveforms).

Nun kann ein eigenes Programm geschrieben werden. Der Abschnitt Programmierschnittstelle listet die API des Energy Monitor Bricklet und Beispiele in verschiedenen Programmiersprachen auf.

Gehäuse

Ein laser-geschnittenes Gehäuse für das Energy Monitor Bricklet ist verfügbar.

Gehäuse für Energy Monitor Bricklet

Der Aufbau ist am einfachsten wenn die folgenden Schritte befolgt werden:

  • Schraube Abstandshalter an das Bricklet,
  • schraube Unterteil an untere Abstandshalter,
  • baue Seitenteile auf,
  • stecke zusammengebaute Seitenteile in Unterteil und
  • schraube Oberteil auf obere Abstandshalter.

Im Folgenden befindet sich eine Explosionszeichnung des Energy Monitor Bricklet Gehäuses:

Explosionszeichnung für Energy Monitor Bricklet

Hinweis: Auf beiden Seiten der Platten ist eine Schutzfolie, diese muss vor dem Zusammenbau entfernt werden.

Programmierschnittstelle

Siehe Programmierschnittstelle für eine detaillierte Beschreibung.

Sprache API Beispiele Installation
C/C++ API Beispiele Installation
C# API Beispiele Installation
Delphi/Lazarus API Beispiele Installation
Go API Beispiele Installation
Java API Beispiele Installation
JavaScript API Beispiele Installation
LabVIEW API Beispiele Installation
Mathematica API Beispiele Installation
MATLAB/Octave API Beispiele Installation
MQTT API Beispiele Installation
Perl API Beispiele Installation
PHP API Beispiele Installation
Python API Beispiele Installation
Ruby API Beispiele Installation
Rust API Beispiele Installation
Shell API Beispiele Installation
Visual Basic .NET API Beispiele Installation
TCP/IP API    
Modbus API