Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста

Авторы патента:

G01R27/02 - для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или других производных от них характеристик, двухполюсника, например постоянной времени (для измерения только фазового угла G01R 25/00)

Владельцы патента RU 2506599:

Вострухин Александр Витальевич (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. 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.

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 неэлектрических величин резистивными датчиками.

Уровень техники

Известно устройство для измерения неэлектрических величин емкостными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены емкостные и резистивные элементы, один из дискретных выводов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к микроконтроллеру. На выходе устройства формируется код, который зависит от изменения емкости и/или сопротивления времязадающих цепей генераторов (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная погрешностью, вносимой генераторами, параметры которых зависят от внешних факторов, например температуры.

Известно устройство - мостовая схема (мост Уитстона) для измерения сопротивления резистивных датчиков, содержащая два резистивных делителя, крайние выводы которых подключены к источнику питания, между средними выводами резистивных делителей включен измерительный прибор (см. Яковлев В. Структура измерительной системы на базе пассивных датчиков / В.Яковлев // Современные технологии автоматизации. - 2002, №1).

Недостаток известного решения - низкая точность, обусловленная нелинейностью характеристики преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора (АК) микроконтроллера, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу АК микроконтроллера, второй вывод первого резистора подключен к выходу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) микроконтроллера, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены к минусовой клемме источника питания, первый вывод третьего резистора подключен к плюсовой клемме источника питания (см. пат. РФ №2449299, кл. G01R 27/26).

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения сводится к повышению точности.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста, содержащий микроконтроллер, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу АК микроконтроллера, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу АК микроконтроллера, введен пятый резистор, причем первый вывод пятого резистора подключен к входу RC-фильтра, второй вывод пятого резистора подключен к выходу ШИМ микроконтроллера, вторые выводы первого, второго, третьего и четвертого резисторов подключены, соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера, в качестве второго резистора включен резистивный датчик.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя с уравновешиванием резистивного моста.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста содержит (см. чертеж) 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.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста работает следующим образом.

Выход ШИМ микроконтроллера 7 представляет собой ключ, построенный на полевых транзисторах. С помощью этого ключа ШИМ микроконтроллера 7 подключает второй вывод резистора 5 к внутренним, или к плюсовой клемме, или к минусовой клемме питания микроконтроллера 7. Таким образом, резистор 5 периодически подключается параллельно или к резистору 1, или к резистору 2. Среднее значение сопротивления параллельно включенных резисторов 1 и 5, а также резисторов 2 и 5 изменяется в зависимости от коэффициента заполнения G ШИМ, что позволяет программным способом уравновешивать мост, состоящий из резисторов 1, 2, 3 и 4 и таким образом повысить точность микроконтроллерного измерительного преобразователя.

К инвертирующему входу АК микроконтроллера 7 приложено опорное напряжение U_r, снимаемое с резистивного делителя 3, 4. К неинвертирующему входу АК микроконтроллера 7 приложено напряжение, формируемое на выходе RC-фильтра 6, среднее значение которого определяется: U_М=(U_H-U_L)·G+U_L, где U_H и U_L - напряжения, соответственно, высокого и низкого уровней на входе RC-фильтра. Напряжение U_H будет сформировано, когда резистор 5 будет подключен к плюсовой клемме питания микроконтроллера, напряжение U_L будет сформировано, когда резистор 5 будет подключен к минусовой клемме питания микроконтроллера 7; G=t_H/T_M - коэффициент заполнения ШИМ-сигнала; Т_M=t_H+t_L- период ШИМ-сигнала; t_Hи t_L - соответственно, длительности высокого и низкого логических уровней ШИМ-сигнала.

Микроконтроллер 7 непрерывно следит за напряжением U_M. Если это напряжение станет меньше опорного напряжения U_r, то на выходе АК формируется логический ноль, по этому событию микроконтроллер 7 увеличивает на единицу коэффициент заполнения G и проверяет выход АК. Как только напряжение U_M станет больше опорного напряжения U_r микроконтроллер 7 уменьшает коэффициент заполнения G. Таким образом, коэффициент заполнения G зависит от напряжения U_M, формируемого на выходе RC-фильтра 6, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления резистивного датчика 2, так как сопротивления резисторов 1, 3, 4 и 5 - величины постоянные, т.е. являются образцовыми. Результат преобразования - двоичный код, пропорциональный коэффициенту заполнения G, а следовательно, и сопротивлению резистора 2, формируется в регистре сравнения встроенным в микроконтроллер 7 таймером/счетчиком, работающим в режиме ШИМ.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: повышена точность преобразования методом программно-управляемого уравновешивания резистивного моста.

1. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста, содержащий микроконтроллер, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к входу RC-фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен пятый резистор, причем первый вывод пятого резистора подключен к входу RC-фильтра, второй вывод пятого резистора подключен к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, вторые выводы первого, второго, третьего и четвертого резисторов подключены, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера.

2. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивного датчика с уравновешиванием моста по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго резистора включен резистивный датчик.

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

Измеритель параметров двухполюсных rlc цепей // 2499269

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

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления с управляемой чувствительностью // 2491558

Устройство для контроля качества электрической изоляции // 2490652

Устройство для контроля качества электрической изоляции // 2483312

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

Мостовой преобразователь сопротивления пленок // 2478214

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

Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение // 2473919

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

Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности // 2464580

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.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников // 2463614

Устройство измерения активного сопротивления диссипативных cg-двухполюсников // 2461841

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.

Цифровой способ преобразования параметров индуктивных датчиков с использованием временной инверсии сигнала // 2507522

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.

Способ для измерения импеданса во многих точках объекта и устройство для его осуществления // 2510032

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.

Способ определения укрупненных первичных параметров трехпроводной линии электропередачи // 2518576

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.

Цифровой измерительный преобразователь индуктивного типа с повышенным быстродействием // 2521761

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 определения укрупненных вторичных параметров трехпроводной линии электропередачи методом восьмиполюсника // 2521784

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 // 2522829

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 // 2522836

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.

Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов // 2528588

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов. Устройство содержит источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора (ПСТ) подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки ПСТ. К резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора. Первичная обмотка ПСТ подключена к промышленному источнику напряжения переменного тока. Через контактные клеммы тестируемый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки ПСТ. Эталонный трансформатор тока (ЭТТ) размещен между тестируемым шунтом и контактными клеммами. Блок регистрации и обработки сигнала содержит первый АЦП, к которому подключен первый блок быстрого преобразования Фурье (ББПФ). Второй АЦП соединен со вторым ББПФ. Вычислительное устройство, первый ББПФ, блок функционального преобразования и дисплей связаны через общую шину данных. Первый АЦП подключен к выходу тестируемого шунта, а второй АЦП соединен с выходом ЭТТ. В блоке регистрации и обработки сигнала к первому ББПФ подключен первый блок умножения, а ко второму ББПФ подключен второй блок умножения, соединенный с первым блоком функционального преобразования. В первом блоке определения идеализированных коэффициентов обратной передачи аналого-цифровых преобразователей третий ББПФ соединен с третьим блоком умножения. Четвертый ББПФ соединен со вторым блоком функционального преобразования, который соединен с третьим блоком умножения, который соединен с первым блоком умножения. Во втором блоке определения идеализированных коэффициентов обратной передачи аналого-цифровых преобразователей пятый ББПФ соединен с четвертым блоком умножения. Шестой ББПФ соединен с третьим блоком функционального преобразования, который соединен с четвертым блоком умножения, который соединен со вторым блоком умножения. Первый блок функционального преобразования сигнала, первый блок умножения, второй, третий, четвертый, пятый и шестой ББПФ связаны через общую шину данных. Технический результат заключается в снижении влияния погрешности квантования АЦП при определении АЧХ И ФЧХ токовых шунтов. 2 ил.

Устройство контроля аккумуляторной батареи // 2531062

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к контролю выходного напряжения и сопротивления изоляции аккумуляторных батарей. Устройство контроля аккумуляторной батареи содержит аккумуляторную батарею, преобразователь постоянного напряжения, выполненный по схеме автогенератора с трансформаторной обратной связью, источник тока, сдвоенный транзисторный оптрон, операционный усилитель, два резистора и дополнительный индикатор, причем величина сопротивления R первого резистора установлена равной R=E/2J, где E - номинальное напряжение аккумуляторной батареи J - величина тока, вырабатываемого источником тока. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем контроля изоляции шин питания аккумулятора на корпус, измерения выходного напряжения аккумулятора и полной гальванической развязкой индикаторов от шин питания и корпуса аккумулятора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство и способ измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи // 2536780

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Устройство измерения внутреннего сопротивления для пакетированной батареи включает в себя компонент источника питания переменного тока для подачи переменного тока на батарею, состоящую из множества пакетированных элементов генерирования энергии, посредством подключения к объекту измерения. Компонент регулирования переменного тока для регулирования переменного тока таким образом, чтобы разность потенциалов переменного тока положительного электрода, которая представляет собой разность потенциалов, полученную посредством вычитания потенциала на среднем участке из потенциала на участке, подключенном к нагрузочному устройству на положительной стороне объекта измерения, совпадала с разностью потенциалов переменного тока отрицательного электрода, которая представляет собой разность потенциалов, полученную посредством вычитания потенциала на среднем участке из потенциала на участке, подключенном к нагрузочному устройству на отрицательной стороне объекта измерения. Компонент вычисления сопротивления для вычисления сопротивления батареи на основе регулируемого переменного тока и разности потенциалов переменного тока. Технический результат заключается в возможности измерения внутреннего сопротивления батареи без нагрузки. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 21 ил.