Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью


 


Владельцы патента RU 2491558:

Вострухин Александр Витальевич (RU)
Лоскутов Евгений Данилович (RU)

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. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных способностей, а именно к реализации функции управления чувствительностью. Технический результат достигается благодаря тому, что микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью содержит микроконтроллер 1, управляемый источник тока 2, образцовый резистор (Ro) 3, измеряемый резистор (Rx) 4, первый RC-фильтр 5, второй RC-фильтр 6. Резисторы 3 и 4 первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера 1 и к выходу источника тока 2, вторые выводы резисторов 3 и 4 подключены соответственно к первому и второму выходам микроконтроллера, вход первого RC-фильтра 5 подключен к выходу первого широтно-импульсного модулятора (не показан), встроенного в микроконтроллер 1, выход первого RC-фильтра 5 подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера 1, выход второго широтно-импульсного модулятора, встроенного в микроконтроллер 1, подключен к входу второго RC-фильтра 6, выход которого подключен к входу управления источника тока 2. 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

Известен микроконтроллерный измерительный преобразователь (МИП) емкости и сопротивления в двоичный код, содержащий микроконтроллер (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 точность при измерении малых значений сопротивления, обусловленная погрешностью, вносимой изменением емкости образцового конденсатора под действием, например, температуры.

Известно микроконтроллерное устройство для исследования диэлектрических свойств биологических объектов и изоляционных материалов, содержащее МК, емкостный датчик, первый, второй и третий резисторы, RC-фильтр и цифровой индикатор, причем резисторы первыми выводами подключены к первой обкладке емкостного датчика и к первому входу аналогового компаратора МК, вторая обкладка емкостного датчика подключена к общему проводу, вход RC-фильтра подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) МК, а выход RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, вторые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам МК, цифровой индикатор подключен к выходу МК по известной схеме (см. пат. РФ №2395816, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой операциями алгоритма по линеаризации преобразовательной характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип, является МИП сопротивления в двоичный код, содержащий МК, первый и второй резисторы, RC-фильтр, источник тока, причем, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы первого и второго резисторов подключены, соответственно к первому и второму выходам МК, вход RC-фильтра подключен к выходу ШИМ МК, а выход RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, выход источника тока подключей к первому входу аналогового компаратора МК (см. пат. РФ №2444020, Кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - ограничены функциональные способности, МИП сопротивления в двоичный код не способен управлять чувствительностью.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к расширению функциональных способностей, а именно к реализации функции управления чувствительностью.

Технический результат достигается тем, что в МИП сопротивления с управляемой чувствительностью, содержащий МК, первый и второй резисторы, первый RC-фильтр, источник тока, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового компаратора МК, а вторые выводы первого и второго резисторов подключены, соответственно к первому и второму выходам МК, вход первого RC-фильтра подключен к выходу первого ШИМ МК, выход первого RC-фильтра подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора МК, введен второй RC-фильтр, а источник тока снабжен управляющим входом, причем к выходу второго ШИМ МК подключен вход второго RC-фильтра, выход которого подключен к управляющему входу источника тока.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема МИП сопротивления с управляемой чувствительностью.

Осуществление изобретения

МИП сопротивления с управляемой чувствительностью содержит МК 1, управляемый напряжением источник тока 2, образцовый резистор (Ro) 3, измеряемый резистор (Rx) 4, первый RC-фильтр 5 и второй RC-фильтр 6. Резисторы 3 и 4, первыми выводами подключены к первому входу аналогового компаратора (не показан), встроенного в МК 1 и к выходу источника тока 2, вторые выводы резисторов 3 и 4 подключены, соответственно к первому и второму выходам МК 1, вход первого RC-фильтра 5 подключен к выходу первого ШИМ (не показан), встроенного в МК 1, выход первого RC-фильтра 5 подключен ко второму входу аналогового компаратора МК 1, выход второго ШИМ (не показан) МК 1 подключен к входу второго RC-фильтра 6, выход которого подключен к входу управления источником тока 2.

МИП сопротивления с управляемой чувствительностью работает следующим образом.

МК1 запускает второй ШИМ с заданным, программным способом, коэффициентом заполнения, который обеспечивает необходимую чувствительность МИП. Затем МК 1 выполняет два цикла измерения.

Первый цикл измерения. МК 1 выводит на первый выход логический 0 (низкий уровень напряжения) и переводит второй выход в высокоомное состояние. Затем МК 1 запускает первый ШИМ с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только, напряжение на выходе первого RC-фильтра достигнет значения напряжения Uo, падающего на резисторе Ro, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу МК 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Go в форме двоичного кода, который эквивалентен значению Uo. Затем МК 1 рассчитывает значение измерительного тока Io, протекающего через сопротивление Ro образцового резистора 3 из выражения: Io=Uo/Ro, где Ro - известно. Напряжение, падающие на резисторе 3 определяется; Uo=Uн·Go, где Uн - напряжение высокого уровня, известно, принимается равным значению напряжения питания МК 1.

Второй цикл измерения. МК 1 выводит на второй выход логический 0 и переводит первый выход в высокоомное состояние. Затем МК 1 запускает первый ШИМ с возрастающим коэффициентом заполнения. Как только, напряжение на выходе первого RC-фильтра достигнет значения напряжения Ux, падающего на резисторе Rx, то на выходе аналогового компаратора поменяется логический уровень. По этому сигналу МК 1 сохраняет в памяти значение коэффициента заполнения Gx и рассчитывает значение измеряемого сопротивления: Rx=Ux/Io, где ток Io - определен в первом цикле измерения; напряжение, падающие на резисторе 3 определяется Ux=Uн·Gx.

Управление чувствительностью осуществляется следующим образом.

Допустим, в первом случае, требуется получить чувствительность S1, а во втором случае S2, причем S2>S1.

Для первого случая, МК 1 запускает второй ШИМ с коэффициентом заполнения G1, на выходе второго RC-фильтра формируется напряжение U1, которое приложено к входу управления источника тока 2, который обеспечивает в измерительной цепи измерительный ток 1, в результате выполнения, описанных выше, двух циклов измерения, получим чувствительность S1.

Для второго случая, МК 1 запускает второй ШИМ с коэффициентом заполнения G2, причем G2>G1 на выходе второго RC-фильтра формируется напряжение U2, причем U2>U1 которое обеспечивает в измерительной цепи измерительный ток 12, причем I2>I1. В этом случае получим чувствительность S2.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - расширены функциональные возможности, а именно реализована функция управления чувствительностью.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью, содержащий микроконтроллер, первый и второй резисторы, первый RC-фильтр, источник тока, причем 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, к выходу первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен вход первого RC-фильтра, выход которого подключен ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, выход источника тока подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен второй RC-фильтр, а источник тока снабжен управляющим входом, причем к выходу второго широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключен вход второго RC-фильтра, выход которого подключен к управляющему входу источника тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для эффективного контроля напыления тонких металлических пленок. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. .

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличия примесей в ней на точность измерения толщины.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления и может использоваться во влагометрии материалов, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока. .

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников. Технический результат заключается в повышении точности определения параметров объектов измерения в измерителе с питанием импульсами напряжения, имеющими форму функции n-й степени времени, за счет исключения группы составляющих погрешности измерения. Технический результат достигается благодаря тому, что для определения обобщенных параметров проводимости измеряемой многоэлементной двухполюсной RLC цепи используется уравновешивание составляющих тока через RLC цепь, изменяющихся по закону n-й, (n-1)-й, …, 1-й, нулевой степени, и компенсирующего тока, создаваемого многоэлементным потенциально частотно-независимым двухполюсником (ПЧНД) с регулируемыми параметрами. При этом устраняются источники погрешностей измерения, обусловленные шунтирующим действием измерительной цепи на импеданс измеряемой RLC цепи и ПЧНД, а также присутствием синфазного напряжения на входе преобразователя «ток-напряжение». Измеритель сохраняет свойство раздельного уравновешивания и расширенные функциональные возможности, позволяющие создавать устройства для определения параметров различных вариантов многоэлементных двухполюсных цепей и схем замещения типа R-C, R-L и R-L-C. 1 ил.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени. Техническим результатом заявленного изобретения выступает сокращение времени измерения установившегося значения сопротивления изоляции. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство введены два дифференциатора, два компаратора и два RS-триггера, два двухвходовых элемента И, одновибратор и устройство слежения-хранения, с помощью которых фиксируется значение сопротивления изоляции, равное половине установившегося значения. Суть изобретения заключается в том, что устройство следит за изменением сопротивления изоляции в процессе его измерения и фиксирует значение сопротивления, при котором зависимость сопротивления от времени проходит точку перегиба. Установившееся значение сопротивления изоляции определяют как удвоенное значение сопротивления изоляции, при котором наблюдается точка перегиба. 3 ил.

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 с уравновешиванием резистивного моста содержит первый резистор 1, второй резистор 2 (он же резистивный датчик), третий резистор 3, четвертый резистор 4, пятый резистор, RC-фильтр 6 и микроконтроллер 7. Резисторы 1, 2 и 5 первыми выводами подключены к входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к первому входу АК (АК не показан) микроконтроллера 7, второй вывод резистора 5 подключен к выходу ШИМ (ШИМ не показан) микроконтроллера 7, первые выводы резисторов 3 и 4 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 7, вторые выводы резисторов 1, 2, 3, и 4 подключены, соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 7. Технический результат заключается в повышении точности микроконтроллерного измерительного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в возбуждении кратковременным электрическим импульсом в LC-контурах измерительного и опорного плеч датчика колебательных сигналов и аналого-цифровом преобразовании их в числовые массивы данных, временной инверсии путем переиндексации элементов массивов, осуществлении Фурье-преобразования полученных в результате инверсии сигналов и определении действительных Re U(f) и мнимых Im U(f) трансформантов сигналов на частоте, наиболее близкой к частоте основной гармоники, что позволяет вычислить начальные фазы колебаний сигналов для измерительного и опорного плеч датчика, разность которых однозначно связана с изменением параметров датчика. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для высокоэффективного контроля объектов, в качестве информативного параметра которых используют электрический импеданс. Способ включает определение глубины пропитки объекта расположением измерительных электродов в виде овальной формы с числом 2n на участке объекта, измерение импедансов между всеми ближайшими соседними измерительными электродами в первой серии, импедансов между всеми измерительными электродами во второй серии с отличием на единицу, сравнение результатов, по которым судят о глубине пропитки. Устройство содержит генератор переменного напряжения, четырехплечую мостовую измерительную цепь, масштабный усилитель, операционный усилитель, амплитудный выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство и два мультиплексора. В него дополнительно введены 2n-е число измерительных электродов, формирователь прямоугольных импульсов и блок управления мультиплексорами, при этом измерительные электроды расположены на объекте в виде овальной формы и соединены с информационными входами мультиплексоров, измерительные электроды от 1 до 2n-1 соединены с первым мультиплексором, а со второго по 2n со вторым мультиплексором, вход формирователя прямоугольных импульсов соединен с генератором переменного напряжения, а выход с входом блока управления мультиплексорами, два равных выходов которого соответственно соединены с адресными входами первого и второго мультиплексоров. Технический результат заключается в повышении точности измерения импеданса, расширении функциональных возможностей и повышении информации об объекте измерения и контроля. 2 н.п. ф-лы., 1 ил.

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании трехфазных линий электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения. Способ заключается в замещении всей трехпроводной линии электропередачи, включающей в свой состав несколько однородных участков, опоры, линейную арматуру и прочие сопутствующие устройства. Экспериментально определяют изображения действующих значений входных и выходных фазных напряжений и токов на комплексной плоскости и в последующем вычислении первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. Входные и выходные напряжения и токи определяются из серии экспериментов из четырех опытов и являются исходными данными для вычисления укрупненных активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, укрупненных активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей». Технический результат заключается в повышении точности определения параметров линии электропередачи. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Цифровой измерительный преобразователь индуктивного типа, включающий в себя микроконтроллер, подключенный к блоку формирования импульсов, выход которого подключен к входам усилителей тока измерительного и опорного плеч преобразователя, выходы усилителей подключены к LC-контурам измерительного и опорного плеч преобразователя. При этом LC-контуры измерительного и опорного плеч преобразователя подключены к первым входам компараторов обоих плеч соответственно, вторые входы которых соединены с общей шиной, выходы компараторов подключены к цифровым входам микроконтроллера. Технический результат заключается в повышении быстродействия измерительного преобразователя. 2 ил.

Способ относится к области функционального контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основании теории многополюсников. Способ заключается в замещении трехпроводной линии электропередачи восьмиполюсником, в экспериментальном определении его коэффициентов, в вычислении укрупненных вторичных параметров этой линии электропередачи. Коэффициенты восьмиполюсника определяются в результате выполнения шести опытов. В результате аналитической обработки экспериментальных данных определяются постоянные распространения результирующих падающих и отраженных волн электромагнитного поля в каждом линейном проводе, укрупненные собственные и взаимные волновые сопротивления, фазовые скорости падающих и отраженных волн электромагнитного поля в каждом линейном проводе. Технический результат заключается в повышении точности контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения. 3 ил.

Способ определения первичных и обобщенных вторичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи методом восьмиполюсника относится к области контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основании многополюсников. Способ заключается в замещении однородного участка трехпроводной линии электропередачи восьмиполюсником, в экспериментальном определении его коэффициентов, в вычислении первичных и вторичных параметров этого участка. Коэффициенты восьмиполюсника определяются в результате выполнения двух опытов холостого хода и двух опытов короткого замыкания в полнофазном и неполнофазном режимах. В результате аналитической обработки экспериментальных данных определяются постоянная распространения результирующей волны электромагнитного поля, обобщенные собственные и взаимные волновые сопротивления, фазовая скорость, активные сопротивления, собственные и взаимные индуктивности линейных проводов. Технический результат заключается в повышении точности определения первичных и обобщенных вторичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. 3 ил.

Способ определения первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи относится к области функционального контроля и диагностики трехфазных линий электропередачи трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения. Способ заключается в экспериментальном определении изображений действующих значений входных и выходных фазных напряжений и токов на комплексной плоскости и в последующем вычислении первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. Входные и выходные напряжения и токи определяются из серии экспериментов из четырех опытов и являются исходными данными для вычисления активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей». Технический результат заключается в повышении точности определения первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. 2 ил.
Наверх