Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Известен микроконтроллерный измерительный преобразователь (МИП) емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер (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 точность при измерении малых значений сопротивления, обусловленная погрешностью, вносимой изменением емкости образцового конденсатора под действием, например, температуры.

Известно микроконтроллерное устройство для исследования диэлектрических свойств биологических объектов и изоляционных материалов, содержащее МК, емкостный датчик, первый, второй и третий резисторы, RC-фильтр и цифровой индикатор, причем резисторы первыми выводами подключены к первой обкладке емкостного датчика и к первому входу аналогового компаратора МК, вторая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, вход RC-фильтра подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) МК, а выход RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам МК, цифровой индикатор подключен к выходу МК по известной схеме (см. пат. РФ №2395816, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой операциями алгоритма по линеаризации преобразовательной характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип, является МИП сопротивления в двоичный код, содержащий МК, первый и второй резисторы, RC-фильтр, источник тока, причем, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы первого и второго резисторов подключены, соответственно к первому и второму выходам МК, вход RC-фильтра подключен к выходу ШИМ МК, а выход RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, выход источника тока подключей к первому входу аналогового компаратора МК (см. пат. РФ №2444020, Кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные способности, МИП сопротивления в двоичный код не способен управлять чувствительностью.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к расширению функциональных способностей, а именно к реализации функции управления чувствительностью.

Технический результат достигается тем, что в МИП сопротивления с управляемой чувствительностью, содержащий МК, первый и второй резисторы, первый RC-фильтр, источник тока, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы первого и второго резисторов подключены, соответственно к первому и второму выходам МК, вход первого RC-фильтра подключен к выходу первого ШИМ МК, выход первого RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора МК, введен второй RC-фильтр, а источник тока снабжен управляющим входом, причем к выходу второго ШИМ МК подключен вход второго RC-фильтра, выход которого подключен к управляющему входу источника тока.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема МИП сопротивления с управляемой чувствительностью.

Осуществление изобретения

МИП сопротивления с управляемой чувствительностью содержит МК 1, управляемый напряжением источник тока 2, образцовый резистор (Ro) 3, измеряемый резистор (Rx) 4, первый RC-фильтр 5 и второй RC-фильтр 6. Резисторы 3 и 4, первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (не показан), встроенного в МК 1 и к выходу источника тока 2, вторые выводы резисторов 3 и 4 подключены, соответственно к первому и второму выходам МК 1, вход первого RC-фильтра 5 подключен к выходу первого ШИМ (не показан), встроенного в МК 1, выход первого RC-фильтра 5 подключен ко второму входу аналогового компаратора МК 1, выход второго ШИМ (не показан) МК 1 подключен к входу второго RC-фильтра 6, выход которого подключен к входу управления источником тока 2.

МИП сопротивления с управляемой чувствительностью работает следующим образом.

МК1 запускает второй ШИМ с заданным, программным способом, коэффициентом заполнения, который обеспечивает необходимую чувствительность МИП. Затем МК 1 выполняет два цикла измерения.

Первый цикл измерения. МК 1 выводит на первый выход логический 0 (низкий уровень напряжения) и переводит второй выход в высокоомное состояние. Затем МК 1 запускает первый ШИМ с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только, напряжение на выходе первого RC-фильтра достигнет значения напряжения Uo, падающего на резисторе Ro, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу МК 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Go в форме двоичного кода, который эквивалентен значению Uo. Затем МК 1 рассчитывает значение измерительного тока Io, протекающего через сопротивление Ro образцового резистора 3 из выражения: Io=Uo/Ro, где Ro - известно. Напряжение, падающие на резисторе 3 определяется; Uo=Uн·Go, где Uн - напряжение высокого уровня, известно, принимается равным значению напряжения питания МК 1.

Второй цикл измерения. МК 1 выводит на второй выход логический 0 и переводит первый выход в высокоомное состояние. Затем МК 1 запускает первый ШИМ с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только, напряжение на выходе первого RC-фильтра достигнет значения напряжения Ux, падающего на резисторе Rx, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу МК 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Gx и рассчитывает значение измеряемого сопротивления: Rx=Ux/Io, где ток Io - определен в первом цикле измерения; напряжение, падающие на резисторе 3 определяется Ux=Uн·Gx.

Управление чувствительностью осуществляется следующим образом.

Допустим, в первом случае, требуется получить чувствительность S1, а во втором случае S2, причем S2>S1.

Для первого случая, МК 1 запускает второй ШИМ с коэффициентом заполнения G1, на выходе второго RC-фильтра формируется напряжение U1, которое приложено к входу управления источника тока 2, который обеспечивает в измерительной цепи измерительный ток 1, в результате выполнения, описанных выше, двух циклов измерения, получим чувствительность S1.

Для второго случая, МК 1 запускает второй ШИМ с коэффициентом заполнения G2, причем G2>G1 на выходе второго RC-фильтра формируется напряжение U2, причем U2>U1 которое обеспечивает в измерительной цепи измерительный ток 12, причем I2>I1. В этом случае получим чувствительность S2.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности, а именно реализована функция управления чувствительностью.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью, содержащий микроконтроллер, первый и второй резисторы, первый RC-фильтр, источник тока, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к первому и второму выходам микроконтроллера, к выходу первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен вход первого RC-фильтра, выход которого подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен второй RC-фильтр, а источник тока снабжен управляющим входом, причем к выходу второго широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен вход второго RC-фильтра, выход которого подключен к управляющему входу источника тока.