Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика

Иллюстрации

Показать все

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 неэлектрических величин резистивными датчиками.

Уровень техники

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторы и резисторы, один из цифровых выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к микроконтроллеру через последовательный интерфейс (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой генераторами, параметры которых зависят от внешних факторов.

Известно устройство - мостовая схема (мост Уитстона) для измерения сопротивления резистивных датчиков, содержащая два резистивных делителя, крайние выводы которых подключены к источнику питания, между средними выводами резистивных делителей включен измерительный прибор (см. Яковлев В. Структура измерительной системы на базе пассивных датчиков / В. Яковлев // Современные технологии автоматизации. - 2002, №1).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная нелинейностью характеристики преобразования при разбалансе моста.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков, содержащий четыре резистора, включенных по схеме моста Уитстона, и микроконтроллер, причем первая диагональ моста подключена между первым и вторым цифровыми выходами микроконтроллера, вторая диагональ моста подключена к первому и второму входам аналогового мультиплексора, встроенного в микроконтроллер, в качестве одного из резисторов моста включен резистивный датчик.

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная нелинейностью характеристики преобразования при разбалансе моста.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности микроконтроллерного измерительного преобразователя с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, резистивный датчик, первый, второй и третий резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, первые выводы резистивного датчика и третьего резистора подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, вторые выводы первого и третьего резисторов подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первый вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу резистивного датчика и к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика содержит: (см. чертеж) резистор 1 (R₁), резистор 2 (R₂), резистор 3 (R₃), резистор 4 (R₄), т.е. резистивный датчик, резистор 5 (R₅) и микроконтроллер 6. Резисторы 1 и 2 первыми выводами подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, резисторы 3 и 4 первыми выводами подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, второй вывод резистора 4 и первый вывод резистора 5 подключены к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 1 и 3 подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 2 и 5 подключены ко второму цифровому выходу микроконтроллера 6. Выход аналогового мультиплексора микроконтроллера 6 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (на фигуре не показан), встроенного в микроконтроллер 6.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 выводит на первый цифровой выход высокий уровень напряжения (логическую 1), а на второй цифровой выход низкий уровень напряжения (логический 0), при этом к цепям последовательно включенных резисторов 1, 2 (R₁, R₂) и 3, 4, 5 (R₃, R₄, R₅) будет приложено измерительное напряжение, которое определяется выражением:

U и з м = U П − 2 ⋅ U R S ,                          (1)

где U_П - напряжение питания микроконтроллера 6; U R S - напряжение, падающее на выходном сопротивлении транзисторного ключа цифрового выхода микроконтроллера 6. Так как измерительный ток течет через оба транзисторных ключа первого и второго цифровых выходов микроконтроллера 6, то потери напряжения на сопротивлениях транзисторных ключей удваиваются, что отражено в выражении (1) умножением U R S на 2.

Затем микроконтроллер 6 с помощью аналогового мультиплексора подключает общую точку первых выводов резисторов 1 и 2 ко входу АЦП и измеряет напряжение U₁, падающее на резисторе 2 относительно общего провода. Так как R₁=R₂ и U R S обоих транзисторных ключей равны, то U₁=U_П/2. По результатам данной операции микроконтроллер 6 диагностирует параметры измерительного канала, например функционирование АЦП. Если U₁≠U_П/2, то микроконтроллер 6 не выполняет дальнейшие действия или вносит поправку в результат измерения с учетом отклонения U₁ от U_П/2.

Затем микроконтроллер 6 подключает второй вход аналогового мультиплексора, т.е. общую точку первых выводов резисторов 3 и 4 ко входу АЦП, и измеряет напряжение U₂, падающее на последовательно включенных резисторах 4 и 5 относительно общего провода.

Затем микроконтроллер 6 подключает третий вход аналогового мультиплексора, т.е. общую точку резисторов 4 и 5 ко входу АЦП, и измеряет напряжение U₃, падающее на резисторе 5 относительно общего провода. Так как сопротивление R₅ резистора 5 известно, то микроконтроллер 6 определяет измерительный ток I_изм, протекающий по цепи последовательно включенных резисторов 3, 4 и 5 из выражения I_изм=U₃/R₅. Затем микроконтроллер 6 определяет сопротивление резистора 4, т.е. сопротивление датчика из выражения

R 4 = ( U 2 − U 3 ) / I и з м .                       (2)

Микроконтроллер 6 вычисляет значение измеряемого параметра, например температуру по известному выражению с использование измеренного значения сопротивления R₄ резистивного датчика 4, и сохраняет это значение в памяти, например, для вывода на цифровой индикатор (на фигуре цифровой индикатор не показан).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - преобразовательная характеристика линейна, что в свою очередь приводит к повышению точности микроконтроллерного измерительного преобразователя.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, резистивный датчик, первый, второй и третий резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, первые выводы резистивного датчика и третьего резистора подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, вторые выводы первого и третьего резисторов подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен четвертый резистор, причем первый вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу резистивного датчика и к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера.