МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ФУНКЦИЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА В ЦЕПИ РЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА
MICROCONTROLLER METERING CONVERTER WITH FUNCTION OF CURRENT MEASUREMENT IN RESISTIVE SENSOR CIRCUIT

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
1
2
3
4
5
Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика содержит: (см. чертеж) резистор 1 (R), резистор 2 (R), резистор 3 (R), резистор 4 (R), т.е. резистивный датчик, резистор 5 (R) 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.
1
2
3
4
5
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 (R, R) и 3, 4, 5 (R, R, R) будет приложено измерительное напряжение, которое определяется выражением:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mi>П</mi></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>S</mi></msub></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>                         (1)</mtext></mrow>
П
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>S</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>S</mi></msub></mrow></msub></mrow>
где U - напряжение питания микроконтроллера 6;
- 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
на 2.
1
1
2
1
П
1
П
1
П
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mi>S</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Затем микроконтроллер 6 с помощью аналогового мультиплексора подключает общую точку первых выводов резисторов 1 и 2 ко входу АЦП и измеряет напряжение U, падающее на резисторе 2 относительно общего провода. Так как R=R и
обоих транзисторных ключей равны, то U=U/2. По результатам данной операции микроконтроллер 6 диагностирует параметры измерительного канала, например функционирование АЦП. Если U≠U/2, то микроконтроллер 6 не выполняет дальнейшие действия или вносит поправку в результат измерения с учетом отклонения U от U/2.
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 U, падающее на последовательно включенных резисторах 4 и 5 относительно общего провода.
3
5
изм
изм
3
5
Затем микроконтроллер 6 подключает третий вход аналогового мультиплексора, т.е. общую точку резисторов 4 и 5 ко входу АЦП, и измеряет напряжение U, падающее на резисторе 5 относительно общего провода. Так как сопротивление R резистора 5 известно, то микроконтроллер 6 определяет измерительный ток I, протекающий по цепи последовательно включенных резисторов 3, 4 и 5 из выражения I=U/R. Затем микроконтроллер 6 определяет сопротивление резистора 4, т.е. сопротивление датчика из выражения
<mrow><msub><mi>R</mi><mn>4</mn></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>3</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>.</mo><mtext>                      (2)</mtext></mrow>
4
Микроконтроллер 6 вычисляет значение измеряемого параметра, например температуру по известному выражению с использование измеренного значения сопротивления R 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.