Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика
Владельцы патента RU 2309415:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет (RU)
Предложенное изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости конденсаторных датчиков, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин конденсаторными датчиками. Технический результат, достигаемый от реализации данного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а именно в формировании на выходе устройства цифрового и аналогового сигналов. Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика содержит микроконтроллер, цифровой индикатор, генератор, во времязадающую цепь которого включен конденсаторный датчик измеряемой емкости, выход генератора подключен к счетному входу счетчика микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора. При этом в состав устройства дополнительно введены преобразователь коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код и интегрирующее RC-звено, причем к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключены входы интегрирующего RC-звена и преобразователя коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код, к выходу которого подключен цифровой индикатор. 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости конденсаторных датчиков, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин конденсаторными датчиками.
Уровень техники
Известно устройство для измерения электрической емкости, содержащее два одновибратора, включенных по схеме кольцевого автогенератора, два интегрирующих RC-звена, подключенных к выходам соответствующих одновибраторов, блок индикации, включенный между выходами интегрирующих RC-звеньев, во времязадающие цепи одновибраторов включены конденсаторы, соответственно образцовой емкости и измеряемой. На выходе устройства формируется постоянное напряжение, значение которого зависит от изменения измеряемой емкости и которое отражается блоком индикации (см. пат. РФ №2156472, кл. G01R 27/26).
Недостатки известного решения - ограничены функциональные возможности - на выходе устройства формируется только аналоговый сигнал и отсутствует цифровой.
Известно цифровое устройство для измерения емкости и ее отклонения от номинала, которое содержит первый и второй генераторы, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторы, соответственно измеряемой емкости и образцовой, выходы генераторов соединены с устройством, формирующим импульсы с частотой повторения, равной разности частот указанных генераторов, импульсы разностной частоты поступают на ключ, который управляется делителем частоты импульсов, поступающих от первого генератора, импульсы с выхода ключа поступают на счетчик для формирования двоичного кода, пропорционального измеряемой емкости (см. авт. св. №331340, кл. G01R 27/26).
Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности - на выходе устройства формируется только цифровой сигнал и отсутствует аналоговый.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор и два генератора, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, выходы генераторов подключены к счетным входам, соответственно, первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к одному из портов микроконтроллера (см. пат. РФ №2214610, кл. G01R 27/26).
Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности - на выходе устройства формируется только цифровой сигнал и отсутствует аналоговый.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей устройства, а именно на выходе устройства формируются цифровой и аналоговый сигналы.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения емкости конденсаторного датчика, содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор, генератор, во времязадающую цепь которого включен конденсаторный датчик измеряемой емкости, выход генератора подключен к счетному входу счетчика микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора, введены преобразователь коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код и интегрирующее RC-звено, причем к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключены входы интегрирующего RC-звена и преобразователя коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код, к выходу которого подключен цифровой индикатор.
В качестве устройства с аналоговым входом может использоваться или автоматический регулятор с унифицированным аналоговым входом по напряжению или аналогокодовый преобразователь для управления линейной шкалой на полупроводниковых светоизлучающих диодах.
На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения емкости конденсаторного датчика.
Осуществление изобретения
Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика содержит генератор 1, микроконтроллер 2, интегрирующее RC-звено 3, преобразователь 4 коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код и цифровой индикатор 5. Выход генератора 1 подключен к счетному входу счетчика микроконтроллера 2, один из выходов микроконтроллера 2 подключен к входу разрешения генерирования генератора 1. Во времязадающую цепь генератора 1 включен конденсаторный датчик Cx, емкость которого необходимо измерить. К выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера 2 подключены интегрирующее RC-звено 3 и преобразователь 4, к выходу которого подключен цифровой индикатор 5.
Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика работает следующим образом.
Микроконтроллер 2, в начале каждого цикла измерения, устанавливает на разрешающем входе генератора 1 логический уровень напряжения, разрешающий генерирование, и запускает два внутренних счетчика, первый из которых предназначен для счета импульсов генератора 1, второй счетчик - для счета тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 2. При переполнении первого счетчика микроконтроллер 2 останавливает второй счетчик, в котором к этому моменту формируется двоичный код N. Двоичный код N пропорционален изменению емкости Cx конденсаторного датчика и определяется следующим образом:
N=mT1/T2,
где m - количество периодов генератора 1, подсчитанных первым счетчиком, задается программным способом, что позволяет управлять разрешающей способностью данного измерительного устройства; Т1 - период следования прямоугольных импульсов генератора 1, определяется выражением Т1=кСх, где к - коэффициент, характеризующий свойства конкретной схемы генератора и имеющий размерность сопротивления; Сх - измеряемая емкость конденсаторного датчика; Т2 - период следования тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 2, работающего от кварцевого резонатора.
Микроконтроллер 2 выводит на вход интегрирующего RC-звена 3 и на вход преобразователя 4 сигнал широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Коэффициент заполнения сигнала ШИМ пропорционален значению кода N. С выхода преобразователя 4 на вход цифрового индикатора 5 поступает код для отображения значения измеряемой емкости в десятичной форме. Напряжение на выходе интегрирующего RC-звена 3 пропорционально коэффициенту заполнения сигнала ШИМ, а следовательно, и изменению измеряемой емкости Сх.
Конденсаторный датчик, генератор 1 и микроконтроллер 2 можно разместить в одном корпусе, непосредственно вблизи объекта контроля. Информационный сигнал с выхода ШИМ может быть передан, по одному сигнальному проводу, на большие расстояния, несколько десятков метров.
К выходу интегрирующего RC-звена можно подключить или автоматический регулятор, на вход которого требуется подавать унифицированный сигнал (напряжение или ток), или аналоговый индикатор, или линейный светодиодный индикатор, для управления которым используется микросхема, например К1003ППЗ.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет следующие преимущества:
- заложена возможность одновременного получения сигналов аналоговой и цифровой формы;
- информация может быть передана на большие расстояния только по одному сигнальному проводу.
Устройство для измерения емкости конденсаторного датчика, содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор, генератор, во времязадающую цепь которого включен конденсаторный датчик измеряемой емкости, выход генератора подключен к счетному входу счетчика микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входу разрешения генерирования генератора, отличающееся тем, что в него введены преобразователь коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код и интегрирующее RC-звено, причем к выходу широтно-импульсного модулятора микроконтроллера подключены входы интегрирующего RC-звена и преобразователя коэффициента заполнения сигнала широтно-импульсного модулятора в цифровой код, к выходу которого подключен цифровой индикатор.
