やりたい事３：電力計測精度向上

続いては、電力精度の向上です

これまでの計測精度は、CTセンサーの電圧値が微小で、１Aの電流に対し５ｍVの出力となっていました。

この出力値だと、せいぜい１００W前後の測定精度であり、さすがに精度が荒いため、精度向上させたいと考えていました。

微小な電圧を増幅させるために、よく用いられるのが「OPアンプによる電圧増幅」との事でした。

実際OPアンプを購入し、色々試しましたが、回路を組むのが面倒になり、他の方法が無いか模索していた所、もっとよさそうな方法を見つけたため、その方法について調べてみました。

その方法とは、CTセンサの回路に取り付けていた「１０Ωの負荷抵抗を、１００Ωに変更する」というものでした。

なぜ負荷抵抗を大きくすると出力電圧を大きく出来るのか？？

まず、CTセンサーの図を簡単に書くと、以下のような絵になります

赤線は、測定対象の電線、CTセンサは黒い巻き線の部分となっており、赤線に電流「A」が流れると、赤線の周りに磁界が発生します。

磁界が発生すると、それを取り囲んでいる磁性体に磁界が伝わり、その磁性体を取り巻いている巻き線に、電磁誘導の原理で、電流「ａ」が流れます。

この時、黒い巻き線の巻き数を「m」とすると、以下のような計算式が成り立ちます。

ａ ＝ Ａ ／ ｍ

今回使用している巻き線の巻き数は２０００なので、、、

ａ ＝ Ａ ／ ２０００となり、１Ａの電流が赤い線に流れると

ａ ＝ １ ／ ２０００ ＝ ０．０００５

＝ ０．５ｍＡ

ということで、０．５mAの電流が流れるということになります。

この０．５ｍＡの電流は、負荷が変わっても変動無く、０．５mA流れようとします（もちろん限界はありますが・・・）

この時、１０Ωの負荷抵抗を使用していると、オームの法則より

Ｉ ＝ ０．５mA

Ｒ ＝ １０Ω

Ｅ ＝ Ｉ・Ｒ ＝ ０．０００５ ＊ １０ ＝ ０．００５ Ｖ

＝ ５mV

となります。

この式のＲを１００Ωに変えると

Ｅ ＝ Ｉ・Ｒ ＝ ０．０００５ ＊ １００ ＝ ０．０５ Ｖ

＝ ５０mV

となり、１０Ωの時と比べ、１０倍の電圧出力が出来るようになります。

ちなみに・・・今回使用しているCTセンサは、負荷抵抗１０Ω以下での使用を前提に設計されているため、負荷抵抗１００Ωで使用した際に測定誤差が大きくなる等、弊害が出る可能性はあります。（Webで色々調べた限りでは、負荷抵抗１００Ωでもそれなりの精度は出るみたいです）

と、オペアンプを使わなくても、１０倍精度を出せる見込みが立ったため、さっそく負荷抵抗を１００Ωに変更した版の「ワットメーターシールド」作成することとしました。

出来上がり！

最後に、Arduinoのスケッチ内にある、電力計算式を修正します

       //###Ver2.0以降の設定 (負荷抵抗100ohm)

       g_sum_watt += (((a) * 0.0977) * (v * 141.4 / 1023));  //v2.4

       //###旧設定 (負荷抵抗10ohm)

       //g_sum_watt += ((a) * 0.977) * (v * 141.4 / 950);

A/D変換値が10倍になるため、係数を「0.977→0.0977」に変更しています

あと、電圧の測定値が若干ずれていたため、電圧がわも少し変更しています

以上で、電流値の測定精度向上の対策は終了となります。

今回の対策後、実際に発電及び、消費電力を測定してみた所、１０Wほどの電球ON/OFFも計測できる精度となりました

測定誤差も５％未満と、まずまずの結果となりました。

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