UNI-T UT210E – przeróbka multimetru cęgowego

Przerabiamy multimetr cęgowy UNI-T – zwiększamy jego zakresy pomiarowe i dodajemy wyjście do sprawdzania przebiegów prądu przemiennego

Nie zawsze zajmujemy się jedynie naprawą elektroniki użytkowej – czasem, gdy pojawia się okazja, lubimy też modyfikować i ulepszać różnego rodzaju urządzenia, by sprawdzały się jeszcze lepiej w codziennych zastosowaniach. Dlatego dzisiaj chcielibyśmy zaprezentować wam, jak przerobiliśmy jeden z naszych ulubionych multimetrów – model UT210E od firmy UNI-T. Ten miernik cęgowy, popularny zarówno wśród amatorów, jak i bardziej doświadczonych elektroników, już w swojej standardowej wersji ma wiele do zaoferowania. Dzięki swojej funkcjonalności umożliwia pomiar zarówno prądu przemiennego, jak i stałego, co sprawia, że jest bardzo uniwersalnym urządzeniem w przystępnej cenie wynoszącej około 180 zł.

Uni-T UT210E to model, który często trafia do warsztatów ze względu na swoje kompaktowe wymiary i oferowane funkcję. Jednak podstawowe możliwości fabryczne nie zawsze spełniają wymagania bardziej zaawansowanych użytkowników, którzy chcieliby wyciągnąć z tego sprzętu jeszcze więcej. W związku z tym postanowiliśmy spróbować nieco 'podkręcić’ jego funkcje, aby stał się jeszcze bardziej wszechstronny. W dalszej części wpisu pokażemy krok po kroku, jakie modyfikacje wprowadziliśmy, jakie komponenty były do tego potrzebne oraz jak zmieniły one możliwości tego popularnego miernika. Zachęcamy do przeczytania naszej relacji i zapoznania się z efektami naszych prac nad ulepszeniem modelu UT210E!

Fabryczne parametry multimetru cęgowego Uni-T UT210E

Sprawdźmy więc podstawowe parametry opisywanego przez nas urządzenia:

Jak widać, to kompaktowe urządzenie oferuje naprawdę szeroką gamę funkcji, co jest imponujące w zestawieniu z jego przystępną ceną wynoszącą zaledwie 180 zł. Za tę kwotę użytkownik otrzymuje solidne narzędzie, które spełnia wymagania zarówno hobbystów, jak i bardziej doświadczonych specjalistów zajmujących się elektroniką. Szczególną uwagę zwraca funkcja pomiaru prądu stałego (DC) o wysokiej rozdzielczości do 1 mA, co w tej klasie cenowej jest rozwiązaniem unikatowym. Taka dokładność pomiaru sprawia, że UT210E doskonale sprawdza się przy precyzyjnych pracach i umożliwia bezproblemowe monitorowanie nawet niewielkich przepływów prądu, co docenią zwłaszcza profesjonaliści poszukujący wszechstronnego sprzętu do pomiarów serwisowych czy diagnostycznych.

Dzięki temu, że urządzenie obsługuje zarówno prąd stały, jak i przemienny, staje się wyjątkowo funkcjonalnym wyborem, pozwalającym na szeroki wachlarz zastosowań. To sprawia, że ten model cieszy się dużą popularnością na rynku – użytkownicy doceniają nie tylko jego precyzję, ale również niezawodność, poręczność i wygodę użytkowania. Ponadto, dzięki cęgowej konstrukcji, jest wyjątkowo prosty w obsłudze i nie wymaga od użytkownika przerywania obwodu podczas pomiaru, co jest dużym atutem, szczególnie w przypadku pomiarów prądu.

Teraz, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach tego urządzenia i zobaczyć, z jakich komponentów zostało zbudowane, zagłębimy się w jego wnętrze. Otwórzmy multimetr UNI-T UT210E i sprawdźmy, co kryje się w środku – od elektroniki odpowiedzialnej za precyzyjny pomiar po układy zapewniające jego funkcjonalność. Przyjrzymy się także, jak możemy zmodyfikować urządzenie, aby wyciągnąć z niego jeszcze więcej!

Otwieramy multimetr Uni-T w celu przeanalizowania co można zmodyfikować!

Sprawdźmy więc co kryje się w naszym modelu po otwarciu. Przede wszystkim na pierwszy rzut oka widać znaczną ilość warystorów oraz elementów PTC. Wszystkie z nich służą zabezpieczeniu urządzenia przed przepięciami oraz użytkownika przed porażeniem. Nie często się zdarza, aby nawet markowej jakości multimetry miały tak rozbudowaną sekcję zabezpieczeń.

Oprócz wyżej wymienionych urządzeń nie widać nic szczególnie interesującego – mikrokontroler z zewnętrzną pamięcią, wzmacniacz operacyjny do wzmacniania sygnałów czujników Halla. W związku z tym, że miernik pozwala również mierzyć prąd DC, konieczne jest zastosowanie czujników Halla do pomiaru prądu, ponieważ rdzeń transformatorowy nie pozwalałby na pomiary prądu stałego. Wymaga to również bardziej zaawansowanego algorytmu przetwarzania wyników. Jako główny kontroler zastosowano układ DM1106EN

Do mikrokontrolera mamy dołączoną standardową pamięć EEPROM 24C08 o pojemności 8Kb. Służy ona do przechowywania fabrycznie zaprogramowanych danych kalibracyjnych oraz do konfiguracji urządzenia. Dlaczego więc miernik wspiera jedynie 2000 znaków na wyświetlaczu, skoro sam układ DM1106EN wspiera ilość znaków do 9999? To właśnie są sztuczne ograniczenia producenta – zamiast produkować kilka urządzeń o różnych parametrach, projektują oni jedno urządzenie i odpowiednio zmieniają konfigurację programową. Dzięki temu mogą sprzedawać wiele urządzeń o różnych parametrach przystosowanych dla każdego. To właśnie model UT210E jest „najniższym” modelem z tej serii multimetrów cęgowych. I to właśnie tutaj kryje się modyfikacja naszego urządzenia pomiarowego.

Zmiany bitów w pamięci EEPROM w celu odblokowania większej funkcjonalności UNI-T UT210E

Przejdźmy zatem do modyfikacji miernika. Co nam będzie potrzebne? Oprócz samego multimetru przyda się nam programator obsługujący wcześniej wspomnianą pamięć EEPROM, klips do programowania układów w obwodzie oraz przejściówka z klipsu na rodzaj nóżek DIP. Zasilanie jest doprowadzane przez programator, zatem nie potrzeba baterii do programowania. Przejdźmy więc do modyfikacji wsadu, bo to tam odbywa się cała magia.

Jak widać programowanie odbywa się na wlutowanym układzie. Konieczne jest zwarcie pinu 7 do masy, dzięki temu odblokowuje się blokada zapisu pamięci. Domyślnie jest ona włączona poprzez połączenie pinu 7 o nazwie WP (Write Protect) do zasilania. Po odpowiedniej konfiguracji pinów można przejść do odczytu oraz programowania pamięci. Do modyfikacji bitów użyjemy edytora tekstu w oprogramowaniu programatora.

Kolorem czerwonym oznaczono modyfikacje dokonane przez nas. Wystarczy teraz zaprogramować układ EEPROM i można już cieszyć się „odblokowanym” multimetrem! Pełna lista dostępnych modyfikacji multimetru UNI-T i nie tylko (ten model również występuje jako miernik Voltcraft VC-330) znajduje się poniżej. Pierwsza cyfra adresu do modyfikacji to wiersz, druga to kolumna. Kolorem czarnym oznaczono oryginalne wartości, kolorem czerwonym zmodyfikowane (podobnie jak na zdjęciach wyżej):

Zwiększenie ilości wyświetlanych cyfr do 9999 (Tylko dla multimetru opartego na MCU DM1106EN):
Adres 10: 70 10
Adres 11: 17 27
Adres 12: 98 00
Adres 13: 08 27
Adres 14: BE D4
Adres 15: 00 03

Modyfikacja trybów 2A (Pomiar podawany w miliamperach bez przecinka, zamieniona kolejność pomiaru najpierw do dyspozycji jest tryb DC, później AC – odwrotnie niż oryginalnie)
Adres 87: 17 1C
Adres 97: 16 1D
Adres A7: 00 16
Adres B7: 00 17

Modyfikacja trybów 20A (Zamieniona kolejność pomiaru, najpierw do dyspozycji jest tryb DC, później AC – odwrotnie niż oryginalnie)
Adres 8B: 19 18
Adres 9B: 18 19

Modyfikacja trybów 100A (Zamieniona kolejność pomiaru, najpierw do dyspozycji jest tryb DC, później AC – odwrotnie niż oryginalnie)
Adres 8D: 1B 1A
Adres 9D: 1A 1B

Rozszerzenie zakresu 100A do 1000A
Adres 07: E8 10
Adres 08: 03 27

Zamiana dodatkowych trybów (jako pierwszy po zaznaczeniu Ω pojawi się tryb ciągłości obwodu, później tryb pomiaru rezystancji)
Adres 8F: 07 09
Adres 9F: 09 07
Adres AF: 0A 0A
Adres BF: 0B 0B

Zamiana kolejności trybów pomiaru napięcia z AC na DC
Adres 8E: 04 03
Adres 9E: 05 04
Adres AE: 00 05
Adres BE: 00 06

Odblokowanie pomiaru napięcia bezdotykowego
Adres 9C: 00 02
Adres AC: 00 1D

Wyłączenie po 1h
Adres FB: 0F 3C

Nieskończony czas podświetlenia
FC: 0F 00

Poprawiamy popularne poradniki odnośnie wyświetlanych cyfr multimetru UNI-T UT210E

W przypadku zwiększenia ilości wyświetlanych cyfr większość poradników dostępnych na innych stronach zaleca ustawienie ciągu bitów na 10 27 D8 27 D4 03. Niestety wprowadza to pewien „błąd” w późniejszym użytkowaniu. Mianowicie bity 27 D8 w HEX to liczba 10200, to właśnie taka ilość znaków będzie maksymalnie pokazywana przy pomiarach. Problem jest przy pomiarze napięcia graniczącego z 10V. W momencie przekroczenia 10V miernik pokaże OL na zakresie o rozdzielczości 1mV, ponieważ przekraczamy zakres pomiarowy, ale program dla mikrokontrolera widzi, że ma do dyspozycji 200 dodatkowych cyfr, zatem do 10,2V wyświetlacz pokaże OL. Konieczna jest wtedy płynna zmiana napięcia tak, aby przejść do innego zakresu, a następnie go zmniejszyć, aby na wyższym zakresie zmierzyć wartość napięcia.

Histereza do zmiany zakresów wynosi 0,2V. Są więc 2 rozwiązania – ręczna zmiana zakresów lub płynna regulacja napięcia. Obydwa rozwiązania są bardzo uciążliwe, a nawet niekiedy niemożliwe. W związku z tym wystarczy zmienić ciąg bitów z 27 D8 na 27 00. To właśnie w tej komórce pamięci określana jest ilość wyświetlanych znaków. 27 00 w HEX to równo 10000 w systemie DEC, zatem ilość znaków się zgadza z maksymalnymi prezentowanymi wartościami.

Po tej modyfikacji miernik cęgowy bez problemu płynnie przechodzi pomiędzy zakresami, i nie ma problemu z „pustym” fragmentem zakresu.

Sprawdźmy poprawność modyfikacji programowej miernika cęgowego UNI-T

Po wgraniu nowego programu warto sprawdzić jak zachowuje się multimetr. Przede wszystkim czy się uruchamia oraz czy nie ma żadnych problemów przy każdej z funkcji. Wyżej przedstawiliśmy już odczyt napięcia. Na zakresie o maksymalnym napięciu 2.000V multimetr jest w stanie zmierzyć nawet do 9.999V – zatem dodanie ilości wyświetlanych cyfr do 10000 działa poprawnie! Kolejny przykład to pomiar rezystancji. Zgodnie ze specyfikacją, maksymalna rezystancja jaką można mierzyć to 20MΩ. Po modyfikacji zakres ten powinien wzrosnąć do 100MΩ. Na poniższym zdjęciu widać pomiar rezystancji suchej skóry. Jak widać sporo przekracza on 20MΩ.

Multimetr/miernik cęgowy UNI-T jako sonda prądowa oscyloskopowa?

Sondy oscyloskopowe do pomiaru przebiegów prądu to stosunkowo drogie urządzenia. Nie raz przydają się w diagnostyce urządzeń, aby sprawdzić jak wyglądają impulsy pobieranego prądu z sieci energetycznej lub czy napięcie z prądem są w zbliżonej do siebie fazie. Analizując schemat urządzenia pomiarowego można dojść do wniosku, że przerobienie multimetru UNI-T UT210E dodatkowo na sondę oscyloskopową może się udać! Sprawdźmy więc jak wygląda schemat urządzenia

Jak widać informacje z czujników Halla są buforowane przez wzmacniacze operacyjne, a na końcu powstaje sygnał różnicowy, który jest przetwarzany dalej przez mikrokontroler. Widać również potencjometry kalibracyjne odczyty sygnału.

Jak widać sygnał jest podawany dalej na filtr dolnoprzepustowy, aby zmniejszyć indukowane zakłócenia poprzez rezystor R7, cewkę L3 oraz kondensator C14. Gdyby tak wpiąć się oscyloskopem pomiędzy rezystorem a cewką możnaby oglądać przebiegi płynącego prądu. Sprawdźmy więc to w praktyce.

Do płytki przylutowaliśmy kawałek skrętki – jedna z żył do rezystora R7, druga do masy urządzenia.

O częstotliwości i paśmie przerobionego multimetru cęgowego jako sonda prądowa napiszemy później. Póki co sprawdźmy jak wyglądają przebiegi prądu poprzez zmodyfikowane urządzenie. Jako testowe urządzenie do pomiaru przebiegu użyliśmy stacji lutowniczej Ayoue 968A+ w trybie Hot-Air. Sprawdźmy więc wygląd przebiegów.

Widać idealne przebiegi prądu przemiennego sterowanego w momencie przejścia przez 0. Główny pobór prądu wykorzystywany jest przez grzałkę Hot-Aira. W momencie, gdy grzałka jest wyłączona, to widać znikomy pobór prądu wykorzystywany przez pompkę do tłoczenia powietrza. Jak widać również działa zmiana zakresów pomiarowych. Pomiary na najniższym zakresie mają największą czułość, około 100mV na 1A. Dzięki zastosowaniu czujników Halla, jak wcześniej wspomnieliśmy można mierzyć również prąd stały.

Co z częstotliwością sondy prądowej z multimetru UT210E? Jak działa TrueRMS?

Jak wspomnieliśmy w parametrach miernika, posiada on funkcję TrueRMS czyli prawdziwe odwzorowanie wartości przebiegu mierzonego prądu zmiennego. Mierniki bez funkcji trueRMS podają poprawne pomiary tylko dla przebiegów sinusoidalnych, ponieważ jest to najprostsze w implementacji – maksymalną zmierzoną wartość dzieli się przez √2 i mamy poprawny wynik. Niestety dla odkształconych przebiegów wartość ta może się różnić od prawdziwej przy dzieleniu przez √2. Przykładowo wartość RMS dla przebiegów prostokątnych będzie zawyżona o 11% względem pomiaru prawdziwej wartości skutecznej przy dzieleniu przez √2. Dla przebiegów trójkątnych zaniżona o około 4%. Widać więc, że dla precyzyjnych pomiarów standardowe uśrednianie wartości RMS nie ma sensu.

Dlatego stosuje się multimetry posiadające funkcję TrueRMS – pozwala ona precyzyjnie mierzyć wartości dzięki próbkowaniu danego przebiegu. Wiąże się z tym jeden problem – TrueRMS działa tylko dla określonej częstotliwości w związku z ograniczoną częstotliwością próbkowania. W tym przypadku maksymalna częstotliwość to zaledwie 400Hz. Łatwo dostrzec również charakterystyczne zakłócenia w trakcie pomiaru na zakresie 20A – te szpilki na przebiegu to nic innego jak pobranie próbki sygnału do przetworzenia jej przez miernik. Na podstawie przebiegu można wyliczyć, że próbki pobierane są z częstotliwością około 100kHz, co jest w zupełności wystarczającą wartością dla maksymalnej częstotliwości TrueRMS (400Hz) dla multimetru cęgowego UNI-T UT210E.

Sonda oscyloskopowa powinna mieć jak największe pasmo. W związku z tym interesuje nas tylko i wyłącznie to co są w stanie przetworzyć czujniki Halla. Nie jest to jednak wartość nieskończona – dla takiej konfiguracji częstotliwość spadku sygnału o -3db to około 5kHz. Związane jest to z filtrem dolnoprzepustowym, który tworzy cewka. Łatwo można zmodyfikować miernik tak, aby był w stanie prezentować sygnały nawet o częstotliwości 20kHz po prostu usuwając cewkę z obwodu, jednak nie będzie ona wtedy tłumiła wysokich częstotliwości oraz częstotliwości próbkowania. Jeżeli ktoś planuje używanie zarówno multimetru jak i sondy oscyloskopowej to stanowczo odradzamy usunięcie cewki. Jednak, jeżeli ktoś chce mieć tanim kosztem tylko sondę oscyloskopową, jak najbardziej usunięcie cewki L3 jest zalecane.

Zabezpieczenie wyprowadzeń sondy

Ostatnim krokiem do przeróbki multimetru jest zabezpieczenie wyprowadzeń do sondy oscyloskopu – przy pomiarach wysokich napięć łatwo zostać porażonym przez niezabezpieczone przewody lub można uszkodzić miernik poprzez zwarcie wyprowadzeń. Warto pamiętać, że ujemna sonda oscyloskopu jest zwarta do masy oscyloskopu, przez co mierząc wysokie napięcia i podając np. fazę na ujemny biegun może dojść do porażenia gdy dotkniemy odsłonięte przewody. Warto więc je zaizolować. W tym celu wykorzystaliśmy zwykłą kostkę przyłączeniową do zabezpieczenia przewodów.

Dzięki temu korzystanie zarówno z sondy jak i multimetru jest bezpieczne.

WAŻNE INFORMACJE DLA MODYFIKUJĄCYCH

Nie ponosimy odpowiedzialności za żadne uszczerbki na zdrowiu bądź życiu w trakcie korzystania ze zmodyfikowanego multimetru. Sam multimetr również traci gwarancję po modyfikacjach. Korzystając z oscyloskopu NIE WOLNO jednocześnie dokonywać pomiarów sondami jak i pomiaru prądu – obudowa oscyloskopu jak i złącza BNC są zwarte z przewodem PE co przy niefortunnej sytuacji może doprowadzić do bezpośredniego zwarcia. Modyfikację zalecamy tylko zaawansowanym użytkownikom.

Podajemy również domyślny wsad pamięci oraz schemat w razie potrzeby.

Zapraszamy do kontaktu z nami w sprawach napraw/modernizacji! – https://serwisbanan.pl/kontakt/