МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ДВОИЧНЫЙ КОД С ГЕНЕРАТОРОМ, УПРАВЛЯЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
MICROCONTROLLER METERING CONVERTER OF RESISTANCE INTO BINARY CODE WITH VOLTAGE-CONTROLLED GENERATOR

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
1
2
4
4
Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит (чертеж) первый резистор 1 (R), второй резистор 2 (R), третий резистор 3 (R), четвертый резистор 4 (R), 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.
2
4
Допустим, резисторы 1, 2 и 4 являются образцовыми, резистор 3 - датчик, например термосопротивление, причем R=R.
O
O
O
O
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. Значение Т зависит от образцового напряжения U на управляющем входе генератора 5. Напряжение U, в свою очередь, зависит от соотношения сопротивлений образцовых резисторов 2 и 4 и определяется выражением
H
O
O
O
O
O
O
O
где U - напряжение высокого уровня, незначительно меньше (на 0,02 В) напряжения источника питания МК 6. МК 6 измеряет образцовый интервал времени, определяемый выражением: t=N·Т, где N - количество образцовых периодов, подсчитываемых счетчиком МК 6. Количество N задается программным способом, что позволяет управлять чувствительностью преобразователя. Интервал времени t (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 в памяти и переходит к следующему режиму.
X
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, снимаемое с измеряемого сопротивления резистора 3 и которое определяется выражением
X
X
O
X
X
В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с периодом T. МК 6 измеряет интервал времени, определяемый выражением: t=N·T и сохраняет значение данного интервала времени t в памяти.
X
O
X
O
3
2
4
3
Затем МК 6 определяет разность временных интервалов в соответствии с выражением Δt=t-t. Значение Δt зависит от значения разности напряжений, определяемого выражением ΔU=U-U. Так как в выражение (2) входит сопротивление R, которое является сопротивлением датчика, а в выражение (1) - образцовые сопротивления R и R, значения которых известны, то Δt является функцией изменения R. 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.