МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ДВОИЧНЫЙ КОД
MICROCONTROLLER-BASED RESISTANCE-TO-BINARY CODE MEASURING TRANSDUCER

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
Известно устройство микроконтроллерное для измерения емкости и сопротивления, содержащее микроконтроллер, 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 микроконтроллеру, первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены, соответственно к плюсовому и минусовому выводам питания микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к первому выходу микроконтроллера, первые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивления подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы резисторов образцового и измеряемого сопротивлений подключены, соответственно, ко второму и третьему выходам микроконтроллера, вторые обкладки емкостного датчика и конденсатора образцовой емкости подключены, соответственно, к четвертому и пятому выходам микроконтроллера (см. пат. РФ №2392629, 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.
Известен микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер, емкостный датчик, конденсатор образцовой емкости, образцовый резистор, резистивный делитель напряжения, и резистор измеряемого сопротивления, выход передачи двоичного кода, 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.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является микроконтроллерное устройство для исследования диэлектрических свойств биологических объектов и изоляционных материалов, содержащее микроконтроллер, емкостный датчик, первый, второй и третий резисторы, интегрирующее RC-звено и цифровой индикатор, причем резисторы первыми выводами подключены к первой обкладке емкостного датчика и к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, вход интегрирующего RC-звена подключен к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, а выход интегрирующего RC-звена подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, вторые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам микроконтроллера, цифровой индикатор подключен к выходу микроконтроллера по известной схеме (см. пат. РФ №2395816, кл. G01R 27/26).
Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой операциями алгоритма по линеаризации нелинейно изменяющегося напряжения на измеряемом сопротивлении, например, резистивного датчика температуры.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности измерения сопротивления.
Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер, первый и второй резисторы, интегрирующее RC-звено, выход передачи двоичного кода, 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, вход интегрирующего RC-звена подключен к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, а выход интегрирующего RC-звена подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, введен источник тока, причем выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя сопротивления в двоичный код.
Осуществление изобретения
Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код содержит (см. чертеж) микроконтроллер 1, источник тока 2, образцовый резистор (Ro) 3, измеряемый резистор (Rx) 4, интегрирующее RC-звено 5, выход 6 передачи двоичного кода. Резисторы 3 и 4, первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (не показан), встроенного в микроконтроллер 1 и к выходу источника тока 2, вторые выводы резисторов 3 и 4 подключены, соответственно, к первому и второму выходам микроконтроллера, вход интегрирующего RC-звена 5 подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (не показан), встроенного в микроконтроллер 1, выход интегрирующего RC-звена 5 подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера 1, выход 6 микроконтроллера 1 передачи данных подключен к устройству (на фиг. не показано) отображения результата измерения и управления.
Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код выполняет два цикла измерения и работает следующим образом.
Ro
Ro
Ro
Первый цикл измерения. Микроконтроллер 1 выводит на первый выход логический 0 (низкий уровень напряжения) и переводит второй выход в высокоомное состояние. Затем микроконтроллер 1 выводит на выход ШИМ импульсную последовательность с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только напряжение на выходе интегрирующего RC-звена достигнет значения напряжения U, падающего на резисторе Ro, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу микроконтроллер 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Ко и рассчитывает значение тока, протекающего через сопротивление Ro образцового резистора 3 из выражения: I=U/Ro, где Ro - известно. Напряжение, падающие на резисторе 3, определяется: U=Uп·Ко.
Rx
Rx
Rx
2
Второй цикл измерения. Микроконтроллер 1 выводит на второй выход логический 0 и переводит первый выход в высокоомное состояние. Затем микроконтроллер 1 выводит на выход ШИМ импульсную последовательность с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только напряжение на выходе интегрирующего RC-звена достигнет значения напряжения U, падающего на резисторе Rx, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу микроконтроллер 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Кх и рассчитывает значение измеряемого сопротивления: Rx=U/I, где ток I - определен в первом цикле измерения; U=Uп·Кх. Результат преобразования сопротивления Rx резистора 4 выводится через выход 6, который представляет собой выход устройства, реализующего стандартный цифровой интерфейс, например TWI (IC).
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - повышена точность измерения малых сопротивлений резистивных датчиков, например тензодатчиков или платиновых и медных термосопротивлений.