Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код

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. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код состоит из микроконтроллера 1, источника тока 2, образцового резистора (Ro) 3, измеряемого резистора (Rx) 4, интегрирующего RC-звена 5, выхода 6 передачи двоичного кода. Первые выводы резисторов 3 и 4 подключены к неинвертирующему входу компаратора микроконтроллера. Вторые выводы резисторов 3 и 4 подключены, соответственно, к первому и второму выходам микроконтроллера. Сигнал с широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подается на интегрирующее RC звено, выход которого подключен к второму входу аналогового компаратора микроконтроллера 1, выход 6 микроконтроллера передачи данных подключен к внешнему микропроцессорному устройству для отображения результата измерения и управления. Технический результат заключается в повышении точности измерения сопротивления. 1 ил.

 

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.

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_Ro, 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/Ro, где Ro - известно. Напряжение, падающие на резисторе 3, определяется: U_Ro=Uп·Ко.

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_Rx, 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_Rx/I, где ток I - определен в первом цикле измерения; U_Rx=Uп·Кх. Результат преобразования сопротивления Rx резистора 4 выводится через выход 6, который представляет собой выход устройства, реализующего стандартный цифровой интерфейс, например TWI (I²C).

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.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер, первый и второй резисторы, интегрирующее RC-звено, выход передачи двоичного кода, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, а 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, отличающийся тем, что в него введен источник тока, причем выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера.