Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика

Авторы патента:

G01R27/00 - Устройства для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или электрических характеристик, производных от них

Владельцы патента RU 2552749:

Вострухин Александр Витальевич (RU)
Вахтина Елена Артуровна (RU)

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. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика содержит: (см. чертеж) резистор 1 (R₁), резистор 2 (R₂), резистор 3 (R₃) резистор 4 (R₄), т.е. резистивный датчик, резистор 5 (R₅) и микроконтроллер 6. Резисторы 1 и 2 первыми выводами подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, резисторы 3 и 4 первыми выводами подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, второй вывод резистора 4 и первый вывод резистора 5 подключены к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 1 и 3 подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 2 и 5 подключены ко второму цифровому выходу микроконтроллера 6. Выход аналогового мультиплексора микроконтроллера 6 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), встроенного в микроконтроллер 6. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Уровень техники

Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее первый и второй генераторы, микроконтроллер и цифровой индикатор, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторы и резисторы, один из цифровых выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к микроконтроллеру через последовательный интерфейс (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).

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

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 при разбалансе моста.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым авторами за прототип является энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков, содержащий четыре резистора, включенных по схеме моста Уитстона, и микроконтроллер, причем первая диагональ моста подключена между первым и вторым цифровыми выходами микроконтроллера, вторая диагональ моста подключена к первому и второму входам аналогового мультиплексора, встроенного в микроконтроллер, в качестве одного из резисторов моста включен резистивный датчик.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению точности микроконтроллерного измерительного преобразователя с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика.

Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, резистивный датчик, первый, второй и третий резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, первые выводы резистивного датчика и третьего резистора подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, вторые выводы первого и третьего резисторов подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера, введен четвертый резистор, причем первый вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу резистивного датчика и к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика.

Осуществление изобретения

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика содержит: (см. чертеж) резистор 1 (R₁), резистор 2 (R₂), резистор 3 (R₃), резистор 4 (R₄), т.е. резистивный датчик, резистор 5 (R₅) и микроконтроллер 6. Резисторы 1 и 2 первыми выводами подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, резисторы 3 и 4 первыми выводами подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, второй вывод резистора 4 и первый вывод резистора 5 подключены к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 1 и 3 подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера 6, вторые выводы резисторов 2 и 5 подключены ко второму цифровому выходу микроконтроллера 6. Выход аналогового мультиплексора микроконтроллера 6 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (на фигуре не показан), встроенного в микроконтроллер 6.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика работает следующим образом.

Микроконтроллер 6 выводит на первый цифровой выход высокий уровень напряжения (логическую 1), а на второй цифровой выход низкий уровень напряжения (логический 0), при этом к цепям последовательно включенных резисторов 1, 2 (R₁, R₂) и 3, 4, 5 (R₃, R₄, R₅) будет приложено измерительное напряжение, которое определяется выражением:

$U_{и з м} = U_{П} - 2 \cdot U_{R_{S}}, (1)$

где U_П - напряжение питания микроконтроллера 6; $U_{R_{S}}$ - напряжение, падающее на выходном сопротивлении транзисторного ключа цифрового выхода микроконтроллера 6. Так как измерительный ток течет через оба транзисторных ключа первого и второго цифровых выходов микроконтроллера 6, то потери напряжения на сопротивлениях транзисторных ключей удваиваются, что отражено в выражении (1) умножением $U_{R_{S}}$ на 2.

Затем микроконтроллер 6 с помощью аналогового мультиплексора подключает общую точку первых выводов резисторов 1 и 2 ко входу АЦП и измеряет напряжение U₁, падающее на резисторе 2 относительно общего провода. Так как R₁=R₂ и $U_{R_{S}}$ обоих транзисторных ключей равны, то U₁=U_П/2. По результатам данной операции микроконтроллер 6 диагностирует параметры измерительного канала, например функционирование АЦП. Если U₁≠U_П/2, то микроконтроллер 6 не выполняет дальнейшие действия или вносит поправку в результат измерения с учетом отклонения U₁ от U_П/2.

Затем микроконтроллер 6 подключает второй вход аналогового мультиплексора, т.е. общую точку первых выводов резисторов 3 и 4 ко входу АЦП, и измеряет напряжение U₂, падающее на последовательно включенных резисторах 4 и 5 относительно общего провода.

Затем микроконтроллер 6 подключает третий вход аналогового мультиплексора, т.е. общую точку резисторов 4 и 5 ко входу АЦП, и измеряет напряжение U₃, падающее на резисторе 5 относительно общего провода. Так как сопротивление R₅ резистора 5 известно, то микроконтроллер 6 определяет измерительный ток I_изм, протекающий по цепи последовательно включенных резисторов 3, 4 и 5 из выражения I_изм=U₃/R₅. Затем микроконтроллер 6 определяет сопротивление резистора 4, т.е. сопротивление датчика из выражения

$R_{4} = (U_{2} - U_{3}) / I_{и з м} . (2)$

Микроконтроллер 6 вычисляет значение измеряемого параметра, например температуру по известному выражению с использование измеренного значения сопротивления R₄ резистивного датчика 4, и сохраняет это значение в памяти, например, для вывода на цифровой индикатор (на фигуре цифровой индикатор не показан).

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество - преобразовательная характеристика линейна, что в свою очередь приводит к повышению точности микроконтроллерного измерительного преобразователя.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь с функцией измерения тока в цепи резистивного датчика, содержащий микроконтроллер, резистивный датчик, первый, второй и третий резисторы, первые выводы первого и второго резисторов подключены к первому входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, первые выводы резистивного датчика и третьего резистора подключены ко второму входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, вторые выводы первого и третьего резисторов подключены к первому цифровому выходу микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера, отличающийся тем, что в него введен четвертый резистор, причем первый вывод четвертого резистора подключен ко второму выводу резистивного датчика и к третьему входу аналогового мультиплексора микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен ко второму цифровому выходу микроконтроллера.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу.

Способ для измерения характеристик резонансных структур и устройство для его реализации // 2550593

Техническое решение относится к технике резонансных радиотехнических измерений для вычисления и мониторинга комплексной диэлектрической проницаемости материалов.

Устройство для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом тракте // 2548392

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом зеркальном тракте большой мощности (1-500 кВт) при длительности импульса СВЧ 1-100 мс, в диапазоне частот 30-80 ГГц.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь емкости и сопротивления в двоичный код // 2546713

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления. Сущность изобретения заключается в снижении погрешности определения емкости и сопротивления за счет применения нескольких измерений с последующей их статистической обработкой.

Датчик для контроля процесса пропитки наполнителя полимерным связующим // 2540934

Изобретение относится к устройствам для контроля процесса пропитки наполнителя полимерным связующим, в частности преформ, преимущественно в процессе инфузии, и может найти применение при изготовлении изделий из полимерных композиционных материалов как простой, так и сложной геометрической формы и различных размеров, в которых в качестве наполнителя могут быть использованы, например, преформы из стекло- или углеволокна.

Способ измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью // 2536332

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией сетей постоянного оперативного тока.

Устройство для измерения израсходованного срока службы электрической изоляции // 2535656

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быть использовано для измерения израсходованного ресурса электрической изоляции электрооборудования.

Многофункциональное устройство проверки рабочих параметров лопастей винтов вертолета // 2529451

Изобретение относится к контролю электрических параметров и может быть применено в авиационной технике. Устройство состоит из основного блока и универсального соединителя.

Устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока // 2509314

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока. Устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока содержит фильтр низкой частоты, вход которого подключен к контролируемой сети, источник опорного напряжения, индикатор и компараторы аварийной и предупредительной сигнализации.

Измеритель параметров rc-двухполюсников // 2503020

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров RC-двухполюсников и может использоваться при физико-химических исследованиях жидкостей, в системах контроля диэлектрических характеристик веществ и материалов с большим удельным сопротивлением, а также при создании измерительных средств контроля качественных показателей моторных масел.

Устройство диагностирования контактных соединений в электрооборудовании автомобиля // 2553835

Изобретение относится к области эксплуатации автомобильной техники и может быть использовано для диагностирования работоспособности электрической проводки автомобильной техники и поиска неисправностей при ремонте. Устройство для диагностирования разъемных электрических контактных соединений содержит мост сопротивлений, одним плечом которого является диагностируемое сопротивление, измерительный прибор, источник электрического тока, соединенный к двум вершинам моста, дополнительно содержит два конденсатора, два ключа, дифференциальный усилитель. При этом конденсаторы соединяют входы усилителя с вершинами моста, ключи соединены параллельно с конденсаторами, а измерительный прибор соединен с выходом дифференциального усилителя. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет возможности диагностирования флуктуации переходного сопротивления контактов по шумовой составляющей тока, а также в повышении чувствительности устройства. 1 ил.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код // 2565813

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, емкости и напряжения. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код содержит четыре резистора, два генератора, управляемые напряжением и снабженные входами разрешения генерирования, и микроконтроллер; первые выводы резисторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к входу управления напряжением первого генератора, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к входу управления напряжением второго генератора, выходы генераторов подключены к счетным входам встроенных в микроконтроллер первого и второго двоичных счетчиков. Техническим результатом является повышение точности преобразования сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения параметров прибора свч // 2566647

Способ определения параметров прибора СВЧ, включающий измерение в n точках рабочей полосы частот его комплексных параметров рассеяния, моделирование его в рабочей полосе частот в виде эквивалентной схемы, содержащей активные и реактивные элементы, каждый из которых описывают соответствующим параметром, не зависящим от частоты, определение собственно параметров посредством математической процедуры. Причем эквивалентную схему прибора СВЧ представляют в виде Т-образного соединения трех комплексных сопротивлений Z1, Z2, Z3, при этом комплексное сопротивление Z3 включают параллельно, а комплексные сопротивления Z1 и Z2 включают последовательно входу и выходу прибора СВЧ слева и справа относительно комплексного сопротивления Z3 соответственно, каждое из трех комплексных сопротивлений представляют последовательным соединением активного элемента - сопротивления, которое описывают параметром Ri, и двух реактивных элементов - индуктивности, которую описывают параметром Li, и емкости, которую описывают параметром Ci, а определение собственно параметров осуществляют посредством двух математических процедур, при этом в первой определяют три комплексных сопротивления в n точках рабочей полосы частот, во второй - собственно параметры прибора СВЧ Ri, Li и Ci из соответствующих математических формул. Технический результат заключается в существенном упрощении способа и повышении точности определения. 1 з.п. ф-лы.

Способ цифрового измерения электрических величин // 2567441

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины. При этом возбуждают открытый резонатор электромагнитными колебаниями, воздействуют преобразованной электрической величиной на открытый резонатор, измеряют резонансную частоту открытого резонатора и по измеренной частоте открытого резонатора, производят отсчет величины измеряемой электрической величины. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения электрической величины. 1 ил.

Способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве // 2573623

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано в различных областях наноиндустрии. Заявлен способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве. Для нагрева пленочного образца и измерения его электрического сопротивления образец помещают в кварцевый реактор, содержащий корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель, а в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца. Причем образец внутри корпуса устанавливают в С-образных зажимах с плоскими губками, которые выполняют из вольфрамовой проволоки. С-образные зажимы раскрепляют на растяжках, которые выполняют в виде пружин из вольфрамовой проволоки меньшего диаметра. После чего при помощи резистивного подогревателя, размещенного на поверхности корпуса, производят нагрев образца до заданной температуры. Через С-образные зажимы и растяжки на образец подают измерительный ток и определяют напряжение. Необходимое расстояние от поверхности образца до измерительного элемента термопары и его центрирование по отношению к термопаре осуществляют при помощи упомянутых растяжек. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 1 ил.

Кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электросопротивления высокорезистивных объектов // 2573624

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Заявленный кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электрического сопротивления высокорезистивных объектов, преимущественно, пленочных образцов из нанокомпозиционных материалов, содержит корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель; внутри корпуса на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки, установлены C-образные зажимы с плоскими губками для размещения исследуемого образца, выполненные из вольфрамовой проволоки, причем в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца, размещаемого в C-образных зажимах. 1 ил.

Способ измерения физической величины // 2579359

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте. При изменении начальной собственной частоты резонатора в фиксированных пределах [ f p 1 , f p 2 ] определяют его амплитудно-частотную характеристику, вычисляют площадь под ней, по которой судят о значении измеряемой физической величины. Причем в качестве резонатора применяют волноводный резонатор с оконечной нагрузкой с реактивным сопротивлением Хн, площадь под амплитудно-частотной характеристикой находят согласно соотношению , где - начальное, при номинальном значении измеряемой физической величины, значение Хн, [Хн1, Хн2] - фиксированные пределы изменения Хн0, соответствующие фиксированным пределам [ f p 1 , f p 2 ] , - амплитуда колебаний в волноводном резонаторе при величине Хн0 оконечной нагрузки. Технический результат заключается в упрощении процесса измерения. 2 ил.

Устройство для измерения электрического сопротивления земли // 2584923

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли. Для измерений электрического сопротивления земли в котловане предложена упрощенная конструкция измерительного устройства, состоящего из двух симметрично изогнутых штанг, соединенных шарниром. На штангах закрепляются измерительные электроды, штепсельные разъемы и провода, соединяющие их. Для измерений устройство устанавливается в котлован, подключаются измерительные приборы, с помощью рукояток штанги разводятся к стенкам котлована, электроды внедряются в землю, производятся измерения. Техническим результатом является повышение точности измерений электрического сопротивления земли, снижение массы измерительного устройства и времени, затрачиваемого на измерения. При этом предлагается измерять электрическое сопротивление непосредственно в котловане перед установкой опоры, а результаты измерений использовать при монтаже заземляющего устройства. 2 ил.

Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов // 2585326

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов. Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов содержит источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора (СТ) подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего СТ. К резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора. Первичная обмотка повышающего СТ подключена к источнику напряжения переменного тока. Через контактные клеммы тестируемый токовый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки повышающего СТ. Эталонный трансформатор тока размещен между тестируемым токовым шунтом и контактными клеммами. Блок регистрации и обработки сигнала содержит первый и второй АЦП, первый и второй блоки быстрого преобразования Фурье (ББПФ), блок функционального преобразования, вычислительное устройство, дисплей, которые подключены к общей цифровой шине данных. Первый АЦП подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта и к первому ББПФ. Второй АЦП подключен к выходу эталонного трансформатора тока и к второму ББПФ, который соединен с блоком функционального преобразования. Блок регистрации и обработки сигнала дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса и блок сравнения спектров, которые подключены к общей цифровой шине данных. Блок формирования треугольного импульса подключен к входам первого и второго АЦП, а блок сравнения спектров подключен к выходам первого и второго ББПФ. Технический результат заключается в снижении влияния искажения спектра преобразуемых сигналов на определяемые амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики тестируемого шунта и уменьшение погрешности численных преобразований над спектрами на частотах, соответствующих высоким гармоникам спектров. 2 ил.

Способ измерения сопротивления изоляции и устройство его реализующее // 2585965

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли». Согласно заявленному способу цикл измерения состоит из двух полуциклов. В начале первого полуцикла к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, по двум измеренным значениям напряжения вычисляют эквивалентную емкость и длительность интервала времени, необходимого для окончания переходного процесса. В соответствии с этим устанавливают временные интервалы процесса измерения. В конце первого полуцикла запоминают значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети. В начале второго полуцикла изменяют направление тока источника регулируемого постоянного тока, производят аналогичные действия и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети. Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей реализует указанный способ. Устройство содержит блок управления, первый блок управляемого тока, второй блок управляемого тока, блок подсоединения, регулируемый источник напряжения, блок фильтрации, блок измерения тока, блок измерения напряжения, блок вычисления емкости, блок формирования интервалов времени и выходное устройство. Технический результат заключается в уменьшении времени измерения сопротивления изоляции при наличии в контролируемой сети малых емкостей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.