МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ДВОИЧНЫЙ КОД С ГЕНЕРАТОРОМ, УПРАВЛЯЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК G01R27/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками.

Уровень техники

Известно устройство для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления, содержащее два одновибратора, включенные по кольцевой схеме, генератор импульсов и индикатор, во времязадающие цепи первого и второго одновибраторов включены конденсаторы соответственно измеряемой емкости и образцовой, к входам запуска обоих одновибраторов подключен выход генератора, между вторыми выходами одновибраторов включен блок индикации (см. пат. РФ №2099724, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности, для сопряжения данного устройства с микропроцессорными системами необходимо использовать дополнительные устройства, например АЦП.

Известно устройство микроконтроллерное для измерения емкости и сопротивления, содержащее микроконтроллер (МК), емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, резисторы образцового и измеряемого сопротивления, первый, второй и третий резисторы и цифровой индикатор, причем резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам соответственно емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, цифровой индикатор подключен к МК, первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к плюсовому и минусовому выводам питания МК, второй вывод третьего резистора подключен к первому выходу МК, первые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивления подключены ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивлений подключены соответственно ко второму и третьему выходам МК, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены соответственно к четвертому и пятому выходам МК (см. пат. РФ №2392629, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная влиянием изменения емкости под действием температуры на результат измерения активного сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий МК, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор, резистивный делитель напряжения и резистор измеряемого сопротивления, причем резисторы образцового и измеряемого сопротивления первыми выводами подключены к первым обкладкам соответственно емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости, первые выводы резисторов делителя напряжения подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы подключены соответственно к выводам питания МК, первые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы образцового и измеряемого резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам МК, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены соответственно к третьему и четвертому выходам МК (см. пат. РФ №2391677, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая чувствительность преобразователя, обусловленная измерением путем дискретного счета относительно малого интервала времени, в течение которого осуществляется только один цикл переходного процесса в RC-цепи.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению чувствительности преобразования.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержащий микроконтроллер, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам микроконтроллера, введен генератор, управляемый напряжением, причем первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены соответственно к третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы всех резисторов подключены к входу управления напряжением генератора, выход которого подключен к счетному входу встроенного в микроконтроллер двоичного счетчика, пятый выход микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит (чертеж) первый резистор 1 (R₁), второй резистор 2 (R₂), третий резистор 3 (R₄), четвертый резистор 4 (R₄), генератор 5, управляемый напряжением и снабженный входом разрешения генерирования и МК 6.

Первые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам МК 6, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены к входу управления напряжением генератора 5, выход которого подключен к счетному входу встроенного в МК 6 счетчика (на чертеже счетчик не показан), пятый выход МК 6 подключен к входу разрешения генерирования генератора 5.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, работает следующим образом.

Допустим, резисторы 1, 2 и 4 являются образцовыми, резистор 3 - датчик, например термосопротивление, причем R₂=R₄.

МК 6 выводит на пятый выход логический уровень, запрещающий генерирование, т.е. останавливает генератор 5 и очищает счетчик. Первый и третий выходы МК 6 переводит в высокоомное состояние, на четвертый выход выводит логический «0», на второй выход логическую «1» и запускает генератор 5, путем вывода на пятый выход соответствующего логического уровня. В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с образцовым периодом Т_O. Значение Т_O зависит от образцового напряжения U_O на управляющем входе генератора 5. Напряжение U_O, в свою очередь, зависит от соотношения сопротивлений образцовых резисторов 2 и 4 и определяется выражением

где U_H - напряжение высокого уровня, незначительно меньше (на 0,02 В) напряжения источника питания МК 6. МК 6 измеряет образцовый интервал времени, определяемый выражением: t_O=N_O·Т_O, где N_O - количество образцовых периодов, подсчитываемых счетчиком МК 6. Количество N_O задается программным способом, что позволяет управлять чувствительностью преобразователя. Интервал времени t_O (временные ворота) заполняется счетными импульсами от внутреннего тактового генератора МК 6 с помощью второго счетчика, встроенного в МК 6. МК 6 сохраняет значение образцового интервала времени t_O в памяти и переходит к следующему режиму.

МК 6 переводит второй и четвертый выходы в высокоомное состояние, на третий выход выводит логический «0», а на первый выход - логическую «1». По цепи делителя, состоящего из резисторов 1 и 3, течет ток, а следовательно, к управляющему напряжением входу генератора 5 будет приложено напряжение U_X, снимаемое с измеряемого сопротивления резистора 3 и которое определяется выражением

В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с периодом T_X. МК 6 измеряет интервал времени, определяемый выражением: t_X=N_O·T_X и сохраняет значение данного интервала времени t_X в памяти.

Затем МК 6 определяет разность временных интервалов в соответствии с выражением Δt=t_X-t_O. Значение Δt зависит от значения разности напряжений, определяемого выражением ΔU=U_X-U_O. Так как в выражение (2) входит сопротивление R₃, которое является сопротивлением датчика, а в выражение (1) - образцовые сопротивления R₂ и R₄, значения которых известны, то Δt является функцией изменения R₃. МК 6 преобразует Δt в двоичный код и сохраняет в оперативной памяти для дальнейшего использования.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями обладает повышенной чувствительностью в результате накопления разности образцового и измеряемого периодов управляемого напряжением генератора.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит первый резистор 1 (R₁), второй резистор 2 (R₂), третий резистор 3 (R₃), четвертый резистор 4 (R₄), управляемый напряжением и снабженный входом разрешения генерирования генератор 5 и МК 6. Первые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам МК 6, вторые выводы резисторов 1, 2, 3 и 4 подключены к входу управления напряжением генератора 5, выход которого подключен к счетному входу встроенного в МК 6 двоичного счетчика, пятый выход МК 6 подключен к входу разрешения генерирования генератора 5. Технический результат заключается в повышении чувствительности. 1 ил.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержащий микроконтроллер, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен генератор, управляемый напряжением, причем первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены соответственно к третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы всех резисторов подключены к входу управления напряжением генератора, выход которого подключен к счетному входу встроенного в микроконтроллер двоичного счетчика, пятый выход микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора.