Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением



Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением

 


Владельцы патента RU 2502076:

Хабаров Алексей Николаевич (RU)
Навроцкий Святослав Алексеевич (RU)
Вострухин Александр Витальевич (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит первый резистор 1 (R1), второй резистор 2 (R2), третий резистор 3 (R3), четвертый резистор 4 (R4), управляемый напряжением и снабженный входом разрешения генерирования генератор 5 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 двоичного счетчика, пятый выход МК 6 подключен к входу разрешения генерирования генератора 5. Технический результат заключается в повышении чувствительности. 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 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

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления в двоичный код с генератором, управляемым напряжением, содержит (чертеж) первый резистор 1 (R1), второй резистор 2 (R2), третий резистор 3 (R4), четвертый резистор 4 (R4), 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.

Допустим, резисторы 1, 2 и 4 являются образцовыми, резистор 3 - датчик, например термосопротивление, причем R2=R4.

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 ТO. Значение ТO зависит от образцового напряжения UO на управляющем входе генератора 5. Напряжение UO, в свою очередь, зависит от соотношения сопротивлений образцовых резисторов 2 и 4 и определяется выражением

где UH - напряжение высокого уровня, незначительно меньше (на 0,02 В) напряжения источника питания МК 6. МК 6 измеряет образцовый интервал времени, определяемый выражением: tO=NO·ТO, где NO - количество образцовых периодов, подсчитываемых счетчиком МК 6. Количество NO задается программным способом, что позволяет управлять чувствительностью преобразователя. Интервал времени tO (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 tO в памяти и переходит к следующему режиму.

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 UX, снимаемое с измеряемого сопротивления резистора 3 и которое определяется выражением

В этом случае генератор 5 начинает генерировать прямоугольные импульсы с периодом TX. МК 6 измеряет интервал времени, определяемый выражением: tX=NO·TX и сохраняет значение данного интервала времени tX в памяти.

Затем МК 6 определяет разность временных интервалов в соответствии с выражением Δt=tX-tO. Значение Δt зависит от значения разности напряжений, определяемого выражением ΔU=UX-UO. Так как в выражение (2) входит сопротивление R3, которое является сопротивлением датчика, а в выражение (1) - образцовые сопротивления R2 и R4, значения которых известны, то Δt является функцией изменения R3. 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.

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, отличающийся тем, что в него 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к СВЧ технике, а именно к способам определения коэффициента потерь tgδ диэлектриков методом объемного резонатора. Образец измеряемого диэлектрика помещают в область максимального электрического поля резонатора, возбужденного на моде Е010, измеряют добротность резонатора с образцом и без образца и по результатам измерений судят о значении tgδ диэлектриков.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного двигателя или трансформатора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения сопротивления и индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения эквивалентных параметров CG-двухполюсников. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при физических исследованиях механизмов затухания акустических волн в твердых телах и в технике при разработке и производстве акустических ВЧ и СВЧ резонаторов и фильтров.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. .

Изобретение относится к технической диагностике агрегатов машин, имеющих замкнутую систему смазки, и предназначено для анализа содержания продуктов загрязнения в работающем масле и экспресс-диагностики технического состояния машин.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения скорости потока газа или жидкости резистивными подогреваемыми датчиками. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества. В способе измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидких и сыпучих тел в широком диапазоне частот в одной ячейке, используемой в диапазоне частот выше 100 МГц как отрезок коаксиальной линии, а в диапазоне ниже 1 МГц как цилиндрический конденсатор, при этом в диапазоне частот выше 100 МГц диэлектрическая проницаемость вычисляется через измеренные значения комплексного коэффициента передачи электромагнитной волны (параметра матрицы рассеяния S12), а в диапазоне частот ниже 1 МГц - через измерение полной проводимости, новым является то, что для измерений в диапазоне частот 0,3-100 МГц используется дополнительный отрезок коаксиальной линии волновым сопротивлением 50 Ом сечения, большего, чем у ячейки, внутренний диаметр внешнего проводника которой определяют по формуле D 1 = d 1 exp ( Z 01 60 ) , где d1 - внешний диаметр корпуса ячейки; Z01 - волновое сопротивление дополнительного отрезка коаксиальной линии, в которой размещена ячейка, при этом ячейку включают как цилиндрический конденсатор в разрыв внутреннего проводника дополнительного отрезка коаксиальной линии, имеющего два СВЧ разъема, к центральным проводникам которых подключены с одной стороны центральный проводник ячейки, а с другой стороны - корпус ячейки через согласующий переходник в виде отрезка конической линии волновым сопротивлением 50 Ом, и производят его калибровку, для чего определяют параметры эквивалентной схемы дополнительного отрезка коаксиальной линии с расположенной в ней пустой ячейкой, затем заполняют ячейку исследуемым веществом и в диапазоне частот 0,3-100 МГц измеряют комплексный коэффициент передачи (параметр матрицы рассеяния S12) и по формулам, связывающим КДП с параметром S12, определяют КДП. Данный способ измерения КДП обеспечивает ее измерение в одной ячейке с низкой погрешностью во всем частотном диапазоне от 1 кГц до 6000 МГц. 9 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 Уитстона методом широтно-импульсной модуляции содержит первый резистор 1, второй резистор 2 (он же резистивный датчик), третий резистор 3, четвертый резистор 4, пятый резистор 5, шестой резистор 6, RC-фильтр 7 и микроконтроллер 8. Резисторы 1 и 2 первыми выводами подключены к входу RC-фильтра 7, выход которого подключен к первому входу АК микроконтроллера 8, первый вывод резистора 5 подключен ко второму выводу резистора 2 и к первому выводу резистора 6, второй вывод резистора 5 подключен к выходу ШИМ микроконтроллера 8, первые выводы резисторов 3 и 4 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 8, вторые выводы резисторов 1, 3, 4 и 6 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 8. Технический результат заключается в повышении точности микроконтроллерного измерительного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения. Устройство для измерения свойства диэлектрического материала содержит генератор электромагнитных колебаний, первый развязывающий элемент, соединенный выходом со входом фазовращателя, передающую и приемную антенны, детектор, подключенный выходом к блоку обработки информации, и аттенюатор. Для достижения технического результата введены первый и второй волноводные тройники и второй развязывающий элемент, причем выход генератора электромагнитных колебаний соединен с первым плечом первого волноводного тройника, второе плечо которого подключено к входу первого развязывающего элемента, выход фазовращателя через аттенюатор соединен с первым плечом второго волноводного тройника, второе плечо которого подключено к приемной антенне, третье плечо второго волноводного тройника соединено со входом детектора, третье плечо первого волноводного тройника через второй развязывающий элемент соединен с передающей антенной. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для измерения электрофизических параметров материалов. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности до порядка 1 микрометра, а также повышении чувствительности до уровня, достаточного для определения параметров материалов с диэлектрической проницаемостью в диапазоне 1.5÷400 и проводимостью в диапазоне 2·10-2 Oм-1·м-1÷107 Ом-1·м-1.Заявленное устройство содержит СВЧ-генератор с подключенным к нему прямоугольным волноводом, имеющим измерительное устройство с волноводной резонансной системой в качестве оконечного устройства, причем оконечное устройство содержит емкостную металлическую диафрагму, согласно решению на емкостную металлическую диафрагму наложен плоскопараллельный образец диэлектрика с площадью, равной площади фланца волновода, а на образец диэлектрика наложен зонд в виде металлической проволоки с длиной от 12 до 20 мм и диаметром от 0,1 до 0,5 мм с заостренным концом, изогнутым под прямым углом, отрезок зонда большей длины расположен на диэлектрической пластине перпендикулярно щели в диафрагме, отрезок зонда с заостренным концом меньшей длины перпендикулярен плоскости образца диэлектрика, при этом толщина плоскопараллельного образца диэлектрика t выбрана из условия t ε 〈 〈 λ в , где λв - длина волны основного типа в волноводе, ε - диэлектрическая проницаемость пластины. 3 ил., 1 прим. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров диссипативных CG-двухполюсников - эквивалентов емкостных измерительных преобразователей. Устройство содержит первый и второй источники образцового напряжения, электронный коммутатор, измеряемый CG-двухполюсник. Новым является использование для измерения параметров CG-двухполюсников электронного ключа, интегратора, переменного резистора R, операционного усилителя, инвертирующего триггера Шмидта, измерителя временных интервалов и измерителя напряжения. Технический результат заключается в повышении чувствительности к малым емкостям измерительного преобразователя на низких частотах. 3 ил.

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нагреве в диапазоне температур до 2000°C. Устройство содержит цилиндрический резонатор, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны подвижным поршнем со штоком, загрузочное окно для установки образца исследуемого материала, измеритель температуры, подвод защитного газа, механизм перемещения поршня со штоком. При этом торцевая стенка волновода СВЧ выполнена водоохлаждаемой, а нагреватель содержит ряд трубчатых элементов из графита с односторонним выводом на токоподводы. Поршень установлен на полом составном штоке, нагреваемая часть которого выполнена в виде тонкостенной трубы из термостойкого материала, а другая в виде трубы с водяным охлаждением и снабжена фланцем с уплотнительной прокладкой. Причем к водоохлаждаемой части штока герметично подсоединен оптический пирометр, а шток закреплен на платформе модуля линейного перемещения. Механизм перемещения поршня со штоком включает два последовательно работающих модуля линейных перемещений с электромеханическими приводами, совмещенных с единым датчиком измерения перемещений, а подвод защитного газа размещен в зоне окуляра пирометра. Технический результат заключается в повышении точности измерения параметров диэлектриков при температурах до 2000°C и автоматизации процесса измерения. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нормальной температуре. Устройство содержит волновод СВЧ, резонатор с цилиндрической частью, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны короткозамыкающим поршнем с возможностью осевого перемещения внутри резонатора, механизм перемещения поршня и блок радиоизмерительного оборудования. При этом волновод СВЧ, цилиндр резонатора и механизм перемещения установлены в едином цилиндрическом корпусе. Цилиндр резонатора установлен внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и снабжен зажимами для фиксации в корпусе, а поршень посредством штока закреплен на платформе модуля осевого перемещения с приводом от серводвигателя, совмещенного с измерителем линейного перемещения. Серводвигатель оснащен системой автоматического управления, связанной с радиометрическим блоком фиксации резонансного положения поршня. Технический результат заключается в повышении точности измерения параметров диэлектриков и автоматизации процесса измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках. Способ измерения заключается в том, что периодически на вход резонатора подают колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в прямом и обратном направлении по симметричному закону в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты. При этом формируют случайный сигнал, которым модулируют колебания, подаваемые на вход резонатора, фиксируют в каждом полупериоде этих изменений экстремум АЧХ резонатора и соответствующую этому экстремуму частоту и определяют резонансную частоту как среднее значение зафиксированных частот экстремумов за n-ое количество периодов указанных изменений, которое рассчитывают по формуле n≥(Δf/δa)2/8, где Δf - шаг перестройки частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора; δa - требуемая абсолютная погрешность определения резонансной частоты. При этом модулируют случайным сигналом амплитуду колебаний, подаваемых на вход резонатора. Технический результат - повышение точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного или синхронного двигателя. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя содержит (фиг.) МК 1, делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый управляемый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8 и образцовую индуктивность 9. Первый вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам индуктивностей 7 (диагностируемая обмотка электродвигателя) и 9 (образцовая индуктивность), вторые выводы которых подключаются ко второму выводу второго ключа, который может находиться либо в «верхнем» (подключается индуктивность 7), либо в «нижнем» (подключается образцовая индуктивность 9) положении. Первый вывод второго ключа подключен ко вторым выводам первого управляемого ключа и делителя напряжения. Вывод управления первого ключа подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора (на фиг. не показан) МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора (на фиг. не показан) МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод делителя напряжения 2 подключен к первым выводам первого управляемого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1. Технический результат заключается в повышении точности устройства за счет организации сравнения ЭДС самоиндукции образцовой и диагностируемой обмоток. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения характеристик материалов и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости изоляционных композитных и других материалов. Способ основан на измерении комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн от отрезка линии передачи, на конце которого устанавливают калибровочные меры и испытуемый образец материала, с последующей обработкой материалов. На входе отрезка линии передачи с волновым сопротивлением Zв параллельно ему подключают резистивный элемент с сопротивлением R=(0,1-0,2)Zв, по результатам калибровочных измерений определяют параметры рассеяния цепи, соединяющей плоскость измерения коэффициента отражения с плоскостью подключения испытуемого участка линии с испытуемым образцом. Обрабатывая массив данных, находят диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь испытуемого материала. Предложено устройство для осуществления способа. Технический результат заключается в повышении точности определения диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Наверх