Измерительная схема

 

Измерительная схема обеспечивает выходной сигнал, являющийся функцией входного сигнала. Измерительная схема включает генератор зарядов 18, выдающий пакеты зарядов, являющиеся функцией входного сигнала измерительного элемента 34. Входной измерительный элемент 34 измеряет поступивший заряд и выдает сигнал измерения, являющийся функцией полученного заряда. Сигнал измерения 28 подается в цепь обратной связи 9, подключенную к переключателям генератора зарядов 18, для управления выдачей пакетов зарядов. Цепь обратной связи 9 выдает по крайней мере один выходной сигнал, отражающий количество или число поступивших пакетов зарядов. Технический результат: точное уравновешивание электрического заряда, который может быть аккумулирован точно за несколько циклов. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к измерительной схеме для измерения входного сигнала.

Изобретение относится к измерительной схеме, обеспечивающей выходной сигнал, являющийся функцией входного сигнала. Входной сигнал подается на генератор, включающий реактивный элемент для формирования определенного количества или числа пакетов зарядов. Генератор выдает генераторный сигнал, который включает пакеты зарядов и является зависимым от входного сигнала. Генераторный сигнал подается на измерительное устройство, которое измеряет генераторный сигнал предпочтительно путем аккумулирования пакетов зарядов с помощью реактивного устройства. Измерительное устройство выдает измерительный сигнал, являющийся функцией генераторного сигнала. Измерительный сигнал подается на устройство обратной связи, которое выдает сигнал обратной связи, являющийся в свою очередь функцией измерительного сигнала. Сигнал обратной связи подается на генератор для управления генерацией пакетов зарядов. Устройство обратной связи далее выдает выходной сигнал, который отображает количество и число пакетов зарядов. Измерительное устройство предпочтительно включает выходное устройство, которое считает количество или число пакетов зарядов для выдачи аналогового выходного сигнала, цифрового выходного сигнала или комбинированного аналогового и цифрового выходного сигнала в зависимости от сигнала на входе.

Фиг. 1 - схема первого воплощения датчика по настоящему изобретению; Фиг. 2 - схема второго воплощения датчика, используемого с емкостным датчиком; Фиг. 3 - временная диаграмма, соответствующая воплощению по фиг. 2; Фиг. 4 - схема первого воплощения выходного устройства по настоящему изобретению; Фиг. 5 - схема второго воплощения выходного устройства по настоящему изобретению; Фиг. 6 - схема третьего воплощения датчика, используемая с датчиком, выполненным в виде моста сопротивлений; Фиг. 7 - схема четвертого воплощения датчика по настоящему изобретению; Фиг. 8 - временная диаграмма, соответствующая воплощению, изображенному на фиг. 7; Фиг. 9 - схема третьего воплощения выходного устройства по настоящему изобретению; Фиг. 10 - схема цепи измерения напряжения по настоящему изобретения;
Фиг. 11 - временная диаграмма, соответствующая воплощению, изображенному на фиг. 10.

На фиг. 1 первое воплощение измерительной схемы обозначено ссылочной позицией 10. Входное устройство 14 выдает в линию сигнал, который может быть представлен потенциалом, током, давлением, температурой, потоком, значением pH или другой переменной величиной, подлежащей определению. Линия 16, которая может включать ряд каналов сигнала, соединяет входное устройство 14 с генератором 18 для подачи на генератор 18 сигнала или сигналов, представляющих измеряемую переменную величину. Линия 16 на фиг. 1 может включать набор электрических проводников, оптоволоконную линию, канал передачи давления или другое соединительное устройство.

Генератор 18 включает реактивное устройство 11, подключенное к входному устройству 14, и переключатель 13, управляемый сигналом обратной связи, подаваемым по линии 19 от устройства обратной связи 9. Реактивное устройство 11 пфигоединено к выключателю 13 для подачи определенного количества или числа пакетов электрических зарядов, представляющих измеряемый параметр, к измерительному устройству 34 по линии 35. Термин "пакет" означает дискретное количество электрического заряда, которое протекает по направлению к емкости или от нее, когда она заряжается от первого потенциала до второго потенциала, который отличается от первого. Количество заряда в пакете пропорционально емкости и разнице между вторым и первым потенциалами. Генератор 18 подает первые пакеты зарядов, имеющие первую полярность, и вторые пакеты зарядов, имеющие вторую полярность, противоположную первой полярности, по линии 35 к измерительному устройству 34. Измерительное устройство 34 аккумулирует заряды путем вычитания вторых пакетов зарядов из первых пакетов зарядов. Когда аккумулированный заряд в измерительном устройстве достигает заданного уровня, вырабатывается измерительный сигнал 28, который подается от измерительного устройства 34 по линии 28 А к устройству обратной связи 9 для управления подачей сигнала обратной связи в линию 19. Подача первого и второго пакетов зарядов в линию 35 и по ней к измерительному устройству 34 и подключение через обратную связь измерительного сигнала по линии 28 А и сигнала обратной связи по линии 19 к генератору 18 вызывает циклическое срабатывание измерительного сигнала 28. В ответ на подачу измерительного сигнала по линии 28А устройство обратной связи 9 подает сигнал обратной связи в линию 19, что, в свою очередь, приводит в действие переключатель 13, подающий пакет (или пакеты) зарядов, отображающий измеряемый параметр, к измерительному устройству 34 по линии 35. Первые пакеты зарядов, поступающие по линии 35, увеличивают аккумулированный заряд в измерительном устройстве 34. Последующие пакеты зарядов, поступающие по линии 35, уменьшают аккумулированный заряд в измерительном элементе 34. Вторые пакеты зарядов могут иметь практически постоянную амплитуду или в альтернативном решении могут представлять измеряемый параметр. Когда аккумулированный в измерительном устройстве 34 заряд со временем приводится таким образом к заданному уровню, измерительное устройство 34 вновь выдает измерительный сигнал 28. Количество или число пакетов зарядов, необходимое для возвращения аккумуляции к заданному уровню, и является представителем измеряемого параметра. Имеется уравновешивающее заряды взаимодействие между генератором 18, измерительным устройством 34 и устройством обратной связи 9. Количество или число пакетов зарядов первой полярности нарушает равновесие аккумулирования заряда в измерительном устройстве 34, после чего количество или число пакетов зарядов второй полярности подается на измерительный элемент 34 до тех пор, пока заряд в измерительном устройстве не будет вновь сбалансирован на заданном уровне, при достижении которого выдается измерительный сигнал 28. Количества или цифры пакетов зарядов первой и второй полярности и являются представителями измеряемого параметра. Аккумулирование заряда в измерительном устройстве 34 предпочтительно происходит непрерывно и не обнуляется периодически. Таким образом аккумулирование пакетов зарядов, которое превосходит количество, необходимое для балансирования аккумулирования в измерительном элементе 34, производится до следующего интервала измерения. Такое наращивание заряда повышает точность нескольких измерительных циклов. Долгосрочное среднее значение числа пакетов зарядов стремится к точному значению, представляющему измеряемый параметр, потому что малое аккумулирование пакетов зарядов в измерительном элементе 34 не обнуляется и не теряется в конце измерительного периода, а наоборот увеличивается для осуществления последующего измерительного интервала.

Выходной сигнала, указывающий на количество пакетов зарядов первого и второго рода, поданных за прошедшее время, подается по линии 8 к выходному устройству 38, которое подключает сигнал, представляющий измеряемый параметр, к считывающему устройству 43 по линии 42. Управление выходным устройством 38 осуществляется таким образом в зависимости от количества или числа пакетов зарядов, которое представляет измеряемый параметр. Выходное устройство 38 может просто подсоединять выходной сигнал через линию 18 к считывающему устройству 43, подавая таким образом в линию 42 сигнал, представляющий измеряемый параметр. Альтернативно выходное устройство 38 может получать выходной сигнал по линии 8 и представлять собой устройство для выдачи аналогового сигнала, набора цифровых сигналов или комбинации аналогового и цифрового сигналов.

На фиг. 2 изображено воплощение передатчика сигнала от емкостного датчика давления, соответствующего тому, который изображен на фиг. 1. Ссылочные позиции на фиг. 2, являющиеся теми же, что и ссылочные позиции на фиг. 1, относятся к соответствующим признакам.

В воплощении, изображенном на фиг. 2, емкостной датчик давления 14А реагирует на давление Р, обозначенное ссылочной позицией 14, с помощью предусмотренных переменного конденсатора 15, имеющего емкость CH, и переменного конденсатора 13, имеющего емкость CL, причем каждое из значений емкости соответствует определенному давлению. Генератор 18 получает сигналы E1 и E2 от схемы обратной связи 9 для управления переключателями 100 и 102 для приведения в действие датчика 14А.

Вход 14 пфигоединен к генератору 18 линией 121 для подачи сигнала, представляющего давление P, к генератору 18. Логическая схема возбуждения 104, логическая схема смещения 108 и логическая сенсорная схема 114 получают сигнал измерения 28. Схемы 104, 108 и 114 выдают сигналы E1, E2, B, S1 и S2 на входы управления или вентили переключателей 100, 102, 106, 116 и 118 соответственно, причем эти переключатели предпочтительно выполнены в виде передающих вентильных структур металл-окисел-полупроводник (МОП-структур). Эти МОП-передающие вентили устроены таким образом, что их структуры обеспечивают очень малый ток утечки, когда они разомкнуты, и минимальное количество передаваемого паразитного заряда от вентиля, когда замкнуты. Предпочтительными характефигтиками МОП-структурных передающих вентилей являются следующие: ток утечки менее одного пикоампера в выключенном состоянии и передача заряда менее чем 0,05 пКл при включении. Каждый из переключателей замыкается для передачи сигналов путем подачи высокого или единичного уровня и отключается для прекращения подачи сигналов подачей низкого или нулевого уровня на управляющий вход или вентиль переключателя. Переключатели 100 и 102 замыкаются последовательно и не перекрываются во времени для подачи опорных потенциалов +V и -V к датчику 14А, подавая на него желаемый уровень возбуждения. Переключатель 106 периодически замыкается для подсоединения линии 17 к общему опорному постоянному потенциалу 110 через сопротивление 112, что позволяет подстраивать постоянное смещение на усилителе 120 до желаемого уровня. Усилитель 120 воспринимает сигнал датчика на высокоимпедансном входе, подсоединенном к линии 17 и подает сигнал, соответствующий измеряемому параметру, с низкоимпедансного выхода 121 на конденсатор 117, имеющий емкость C1. Сенсорная логическая схема 114 в устройстве обратной связи 9 управляет переключателями 116 и 118, подавая пакет импульсов, представляющий измеряемый параметр с конденсатора 117 в линию 32А. Один такой пакет зарядов генерируется в линию 32А в ответ на каждое появление сигнала измерения 28. Таким образом поток заряда по линии 32А пропорционален определенному датчиком давлению P, числу случаев приведения в действие измерительного выхода 28, опорному потенциалу, поданному на датчик 14 и емкости C1.

В устройстве обратной связи 9 опорная логическая схема 150 выдает сигналы R1 и R2 для управления переключателями 152, 154, 156 и 158 как это изображено на фиг. 2. Во-первых, переключатели 154 и 158 замкнуты и подсоединяют таким образом конденсатор 153 в точке между опорным потенциалом +V и общим источником постоянного тока, благодаря чему конденсатор 153, имеющий емкость C2, заряжается, причем переключатели 152 и 156 остаются отключенными. Во-первых переключатели 152 и 156 замыкаются и подключают конденсатор 153 между опорным потенциалом 2V и линией 36 в то время как переключатели 154 и 158 остаются выключенными. При этом пакет зарядов передается в линию 36А. Такая последовательность переключений постоянно повторяется для обеспечения среднего потока заряда или тока по линии 36 А, пропорционального опорному потенциалу, емкости C2 конденсатора 153 и частоте переключения переключателей 154 и 158.

Первый сигнал в линии 32А и второй сигнал в линии 36А на фиг. 1B имеют противоположную полярность таким образом, что первый сигнал заряжает интегратор 160 в первом направлении, а второй сигнал заряжает интегратор 160 во втором направлении, противоположном первому. Два сигнала в линиях 32А и 36А вычитаются в интеграторе 160 поскольку имеют противоположные полярности. Интегратор 160 включает усилитель 162, имеющий высокоимпедансные входы 163 и 165 и интегрирующий конденсатор 164, включенный между выходом 168 усилителя 162 и инвертирующим входом 163 того же усилителя 162. Шунтирующий шумовой сигнал конденсатор 166 включен между инвертирующим входом 163 и неинвертирующим входом 165 усилителя 162, который подключен также к общей цепи постоянного тока 110. Интегратор 160 аккумулирует пакеты зарядов, поступающие по линии 32A и 36A, и подает интегрирующий сигнал на интегральный выход 168, который представляет аккумулированный заряд. Интегральный сигнал 168 подается на инвертирующий вход 169 компаратора 170, неинвертирующий вход которого подсоединен к источнику опорного потенциала - предпочтительно общей схеме постоянного тока 110. Компаратор 170 сравнивает уровень интегрального сигнала 168 с опорным потенциалом 110 и выдает сигнал измерения 28 в линию 28A, указывающий на полярность интегрального сигнала 168 относительно опорного потенциала 110. Поток заряда Q 1 в первом сигнале 32 по линии 32A равен

где Q1 - общий поток заряда по линии 32 A за интервал времени T;
N1 - количество или число пакетов зарядов в линии 32A в интервал времени T;
C1 - емкость конденсатора 117;
VR - разность потенциалов между опорными потенциалами + V и - V, поданными на переключатели 100 и 102;
CH - емкость конденсаторного датчика давления 15;
CL - емкость конденсаторного датчика давления 13.

Поток заряда Q2 по линии 36A определяется выражением
Q2 = (N2)(C2)(VR)
где Q2 - это общий поток заряда по линии 36A за временной интервал T;
N2 - количество или число пакетов заряда в линии 36 за временной интервал T;
F2 - частота, с которой схема 150 приводит в действие переключатели 152 и 156;
C2 - емкость конденсатора 153;
VR - разность потенциалов между опорными потенциалами + V и - V, поданными на переключатели 152 и 154.

Интегратор 162 периодически вновь настраивается в баланс таким образом, что свободный заряд не аккумулируется в интеграторе в течение серии циклов измерительного сигнала 28 за временной интервал T. Следовательно заряд Q1 управляется таким образом, чтобы поддерживаться практически равным заряду Q2. Комбинируя вышеприведенные уравнения 1 и 2 для Q1 и Q2 и учитывая равенство Q1 = Q2 получаем следующую зависимость:

Полученное уравнение 3 показывает, что N2 практически зависит только от емкостей и числа пакетов зарядов N1. Количество N1 может поддерживаться постоянным путем подсчета числа импульсов N2 относительно постоянного количества N1 импульсов, превращающих N2 в функцию емкостей CH и CL. Оба сигнала 32 и 36 пропорциональны одному и тому же опорному потенциалу VR, однако указанный опорный потенциал VR исключен из вышеприведенного уравнения 3, определяющего число пакетов зарядов, которое практически не зависит от опорного потенциала во всем рабочем диапазоне. Емкости C1 и C2 могут быть выбраны такими, что их температурные характефигтики окажутся практически совмещающими, так что температурные изменения C1 в числителе сокращаются с такими же температурными изменения C2, стоящими в знаменателе вышеприведенной формулы, что делает количество импульсов N2 независящим от температуры схемы датчика. Количество импульсов N2 практически не зависит также от выбранного уровня, поданного на компаратор во всем рабочем диапазоне. Следовательно, выбранный уровень может быть опорным потенциалом - V, а не общим источником постоянного напряжения, показанным на схеме, если усилители 120, 162 и компаратор 170 спроектированы с условием работы при уровнях, близких к значению - V опорного потенциала. Выражение (CH - CL):(CH + CL) в вышеприведенной формуле пропорционально давлению P, поданному на датчик 14A. Следовательно, можно видеть, что количество N2 не зависит от величины давления P и может быть практически независящим от опорных потенциалов и окружающей датчик температуры во всем рабочем диапазоне.

На фиг. 3 показано временное соотношение между сигналом 168 интегратора, измерительным сигналом 28 и сигналами E1, E2, V, C1 и C2 фиг. 2. Временное соотношение показано на временной диаграмме 178. По оси 180 отложено время, начиная с момента TO, показанного позицией 182. По второй оси, обозначенной позицией 184, отложен уровень 186 сигнала интегратора 168, а также выбранный уровень 188, подаваемый на неинвертирующий вход 171 компаратора 170. Подача пакетов зарядов из линии 36A на интегратор 160 заставляет уровень сигнала интегратора ступенчато изменяться в сторону уменьшения до тех пор, пока уровень 186 сигнала интегратора не достигнет заданного порогового значения 188 в момент времени TO, обозначенный ссылочной позицией 182. Компаратор 170 фиксирует достижение сигналом интегратора 186 заданного порогового уровня 188 и приводит в действие сигнал измерения в линии 28A, что обозначено ссылочной позицией 192 на фиг. 3. Измерительный сигнал в линии 28A приводит в действие схемы 104, 108 и 114, выдающие сигналы E1, E2, B, S1 и S2, как это показано на фиг. 3. Вначале выдается сигнал E2, как показано ссылочной позицией 194, замыкающий переключатель 102 для разряда включенных последовательно конденсаторов 13 и 15, образующих датчик давления. Пока выключатель 102 замкнут, сигнал B выдается как показано ссылочной позицией 193 для замыкания переключателя 106, подстраивающего смещение в точке соединения конденсаторов 13 и 15 до уровня 110 общего источника постоянного напряжения. Сигнал S2, показанный ссылочной позицией 198, удерживает переключатель 118 в замкнутом состоянии в течение времени заряда конденсатора 117 до первого уровня сигнала в линии 121. После того как переключатели 102, 106 и 118 размыкаются, подается сигнал E1, показанный ссылочной позицией 196, для зарядки последовательно соединенных конденсаторов 13 и 15 датчика давления до уровня опорного потенциала. Последовательное соединение конденсаторов 13 и 15 действует как емкостной делитель потенциала и потенциал, подаваемый датчиком 14A на проводник 17, определяется значениями чувствительных к давлению емкостей CH и CL, поскольку потенциал на проводнике 17 отображает значение давления. Усилитель 120 выдает буферный выход на конденсатор 117 практически равный потенциалу на проводнике 17. Наконец сигнал C1 замыкает переключатель 116, как это показано ссылочной позицией 202, и пакет зарядов, представляющий параметр, поступает по линии 32A к интегратору 160 от конденсатора 117. Поток заряда по линии 32A может рассматриваться как поток положительного заряда от интегратора 160 к емкости 117 или наоборот может рассматриваться как поток отрицательного заряда от конденсатора 117 к интегратору 160. Уровень выхода интегратора увеличивается, как показано ссылочной позицией 204, при подаче пакета зарядов по линии 32A. Эта подача заряда по линии 32A затем уравновешивается подачей заряда по линии 36A до момента времени T1, показанного ссылочной позицией 206, когда измерительный сигнал генерируется вновь, как показано ссылочной позицией 208, при этом цикл повторяется.

На фиг. 4 показано воплощение выходного устройства 38, соответствующего схеме, изображенной на фиг. 2. Выходное устройство 38 получает сигналы по линии 8, представляющие числа N1 и N2, и передает выходной сигнал датчика на выходную шину 42, сопоставимую со стандартизованной последовательной шиной цифровых данных. В воплощении, изображенном на фиг. 4, схема обратной связи 9 выдает импульсный сигнал, представляющий количество или число (N1+N2) пакетов зарядов обоих полярностей, в линию 8B, а также импульсный сигнал, представляющий число N1 пакетов зарядов первой полярности, в линию 8B.

На фиг. 4 сигнал в линии 8A подается на счетчик 250, выполняющий деление на N, который в свою очередь выдает вентильный сигнал 252, имеющий период больший, чем сигнал в линии 8B. Вентильный сигнал 252 подается на вентильный вход 256 счетчика 254 для стробирования счета сигнала в линии 8B, поданного на синхронизованный вход 258 счетчика 254. Счетчик 254 выдает многобитовое цифровое слово на параллельную шину данных 260, которое и представляет измеряемое давление. Цифровое слово в шине данных 260 воспринимается первым параллельным входным терминалом 262 сдвигового регистра 264. Управляющая логическая схема 266 воспринимает хронирующий сигнал данных в линии 268 и сигнал выбора чипов CS в линии 270 с выходной шиной 42. Память 272 представляет собой лазерно-программируемую память, которая программируется для удержания данных, описывающих датчик 14A и передатчик 10. Такие описательные данные могут включать линейные постоянные, идентификационные номера, а также температурные коэффициенты расширения датчика 14A. Информация, хранимая в памяти 272, передается по параллельной шине 274 на второй параллельный входной канал 276 регистра сдвига 264. При приведении в действие сигналом выбора чипов 270 управляющая логическая схема управляет памятью 272 через линию и счетчиком 254 через линию 282 для выдачи параллельных данных, представляющих измеряемый параметр, а также описательных данных на сдвиговый регистр 264. Управляющая логическая схема 266 затем управляет сдвиговым регистром 264 через линию 284 для сдвига данных в сдвиговом регистре последовательно в линию 286 и синхронно с сигналом хронирования данных в линии 268. Последовательное слово данных подается в линию 286 и содержит данные, характеризующие измеряемый параметр, и данные, описывающие характефигтические постоянные, хранимые в памяти 272.

Линии 288 и 290 подают питание напряжением в пять вольт и опорный потенциал от шины данных к датчику. Полосовой опорный источник 292 получает питание по линиям 288 и 290 и выдает общий опорный постоянный потенциал 110 на схему датчика 10. Практически вся схема датчика 10 выполнена как интегральная МОП-структура, что обеспечивает ее низкое энергопотребление. Датчик 10 предпочтительно получает питание по двухпроводной линии 4-20 мА, представляющей собой промышленную управляющую сеть. Линии 268, 270, 286, 288 и 290 включают пятипроводную выходную шину 42, совместимую с управляемым микропроцессором устройством, получающим промышленное питание.

На фиг. 5 показана схема 300, которая по линиям 270, 268, 286, 288 и 290 может быть соединена с пятипроводной выходной шиной 42, показанной на фиг. 4. Схема 300 вместе со схемой, изображенной на фиг. 4, могут образовывать выходное устройство для выдачи аналогового сигнала или комбинированного аналогового и цифрового сигнала. Соединительное устройство 302, предпочтительно включающее микроконтроллер типа СОР4444С производства фирмы Нешнл Семикондактер Корпорейшн, получает последовательное слово данных на последовательном ходе 34 из линии 286 шины данных 42 в ответ на приведение в действие линии 270 выборки чипов компьютерным устройством 302 и синхронно с сигналом хронирования данных в линии 268. Хронирующее устройство 306, память 308 и таймлер 310 подключены к компьютерному устройству 302 для обеспечения работы этого компьютерного устройства. Память 308 включает нестираемые хранимые в памяти константы переменного значения, которые управляют такими характефигтиками датчика как диапазон и нулевая точка или сенсорными характефигтиками, получаемыми из памяти 272 на фиг. 4. Таймер 310, который также называют "сторожем", реагирует на прекращение выдачи компьютерным устройством 302 сигнала, свидетельствующего о нормальной работе, в течение заданного интервала времени и выдает восстановительный сигнал на компьютерное устройство 302 в случае, когда такое нарушение происходит. Переключатель 302 может быть приведен в действие вручную для выдачи сигнала на компьютерное устройство 302, устанавливающего выходные характеристикм датчика на нулевой уровень. Переключатель 314 также может быть приведен в действие вручную для выдачи сигнала на компьютерное устройство 302, устанавливающего выходные характефигтики датчика на полный диапазон, называемый "уровнем разброса". Дисплей 360 может подключаться к компьютерному устройству 302 для получения демонстрации данных, в частности текущего значения измеряемого параметра 12. Хронирующее устройство 306 предпочтительно включает кфигталлический вибратор синхронизации работы компьютерного устройства 306 и остальных частей выходной схемы.

Слово данных, представляющее измеряемый параметр и полученное из линии 286, а также константы, хранимые в памяти 308, представляют собой входные данные компьютерного устройства 302, образующего выходное слово данных, представляющее измеряемый параметр. Выходное слово, представляющее измеряемый параметр, подается компьютерным устройством с последовательного выхода 316 на цифроаналоговый преобразователь 318 через линию 320. Компьютерное устройство 302 выбирает преобразователь 318 для приема выходного слова данных путем приведения в действие выхода выбора чипов в линии 322. Хронатор 306 подключен к преобразователью 318 через линию 324, при этом сигнал хронирования данных из компьютерного устройства 302 также подается на преобразователь 318 по линии 368 для обеспечения работы преобразователя 318. Преобразователь 318 предпочтительно включает элемент типа 9706, изготовленный фирмой "Феарчайлд Семикондактер". Преобразователь 318 включает аналоговый выход, представляющий измеряемый параметр в виде сигнала по линии 326 к регуляторной схеме 330. Регуляторная схема 330 воспринимает входной аналоговый сигнал, представляющий измеряемый параметр и поступающий по линии 326, и осуществляет управление выходным током, изменяющимся в пределах от 4 до 20 мА и представляющим измеряемый параметр на терминалах 332 и 334. Регулирующая схема 330 возбуждается указанным выходным током и выдает напряжение, регулируемое в пределах пяти вольт и опорный потенциал на проводники 228 и 290 для энергоснабжения схемы 300, в также схем, показанных на фиг. 2 и 4.

Выходной ток, имеющийся в пределах от 4 до 5 мА, на терминалах 332 и 334 появляется в результате энергоснабжения от источника 336, включенного параллельно с указателем значения тока 338, как это показано на фиг. 5.

Компьютерное устройство 302 может быть также подключено к асинхронному адаптеру интерфейса связи (сокращено АСIА) 304 через линию 342 для обеспечения двухсторонней цифровой связи между компьютерным устройством 302 и цифровым устройством связи 344, которое может быть подключено к токовой петле 4 - 20 мА, как показано на фиг. 5. Устройство ACIА предпочтительно включает элемент НД6350, изготовленный фирмой "Хитачи". Устройство ACIА 340 подключает последовательное слово данных через линию 346 к модулятору, который выдает частотно сдвинутый ключевой последовательный выход (FSK) через линию 350 на регулирующую схему 330. Регулирующая схема накладывает сигнал FSK на выход 4 - 20 мА на терминалах 332 и 334. FSK последовательный сигнал подается затем по линиям 352 и 354 к устройству 344, которое демодулирует и декодирует его для получения читаемых данных на компьютере 302. FSK сигнал, наложенный на выходную петлю тока, выбирается таким чтобы иметь достаточно высокую частоту модуляции и достаточно низкую амплитуду по сравнению с сигналом 4 - 20 мА и таким образом практически не влияет на измерение тока в токовой петле.

Устройство 334 может также подавать FSK последовательно сигнал данных, представляющий команду, с устройства связи 334 по линиям 352 и 354 на регулятор 330. Это сигнальное представление команды с регулятора 330 затем подается на демодулятор 360 по линии 362. Демодулятор 360 демодулирует командный сигнал и выдает последовательный командный сигнал на устройство ACIA 340 по линии 364. Устройство ACIA 340 получает командный сигнал из линии 364 и передает эту команду на компьютерное устройство 302 по шине 342. Командный сигнал, полученный от устройства 344, может использоваться компьютерным устройством 342 для изменения работы датчика 10.

На фиг. 6 показано альтернативное воплощение схемы, изображенной на фиг. 2. Ссылочные позиции на фиг. 6, совпадающие с ссылочными позициями на фиг. 2, относятся к одним и тем же элементам. На фиг. 6 датчик 14 включает чувствительную схему 380 в виде моста сопротивления обычной конструкции, реагирующего на изменение измеряемого параметра 12. Схема моста сопротивления 380 может включать датчик давления, реагирующий на возникающее в устройстве напряжение для регистрации давления в процессах, которое может быть либо монометрическим давлением, либо абсолютным давлением, либо дифференциальным давлением. В другом воплощении мостовая схема 380 может включать термочувствительный резистор для регистрации температуры процессов. Мостовая схема 380 приводиться в действие переключателями 382, 384, 386 и 388, которые соединяют ее с источниками напряжения + V и - V через проводники 390 и 392. Мост 380 выдает сигнал, соответствующий измеряемому параметру, в линии 394 и 396 и к усилителю 120. Резистор обратной связи 398, управляющий коэффициентом усиления усилителя 120, подключен к нему через линии 396 и 400. Резистор обратной связи 398 предпочтительно располагать рядом с мостом 380 так, что сам резистор и по крайней мере часть моста поддерживались бы при равной температуре и имели соответствующие температурные коэффициенты сопротивления для снижения нежелательных воздействий окружающей температуры на мост сопротивления.

Другие части схемы, изображенной на фиг. 6, работают аналогично тому как это описывалось в связи с воплощениями, изображенными на фиг. 2 и 3. В линии 32A генерируется первый сигнал и обеспечивается пакет зарядов, представляющий измеряемый параметр, в ответ на каждое появление измеряемого сигнала 28. Второй генерируемый в линии 36A сигнал вызывает появление пакета импульсов заряда под управлением схемы обратной связи 9. Измерительное устройство 34 на фиг. 6 аккумулирует заряд из линии 32A и 36A и выдает измерительный сигнал в линию 28A, представляющий измеряемый параметр 12. Измерительный сигнал 28 подается в линию 28A и по ней к схеме обратной связи для управления генерацией пакетов зарядов в линии 32A
На фиг. 7 показанное воплощение датчика обозначено общей ссылочной позицией 50. Измеряемый параметр 52, например давление, по соответствующему каналу 56 подается датчику 54. Датчик 54 может располагаться вместе со всем устройством 50 или может быть расположен на удалении от него для обеспечения измерений на заданном расстоянии.

Генераторное устройство 58 выдает первый сигнал 72 в линию 72A, который представляет параметр 52. Первый сигнал 72 в линии 72A вызывает появление пакетов зарядов, включающих такой суммарный заряд, который представляет параметр 52 в течение первого временного интервала, определяемого схемой обратной связи 59. Генератор 58 выдает также второй сигнал в линию 76A, также представляющий параметр 52. Второй сигнал в линии 76A вызывает появление пакетов зарядов, включающих такое суммарное количество зарядов, которое представляет параметр 52 во время второго временного интервала, отличного от первого временного интервала, управляемого схемой обратной связи 59. Первый пакет зарядов, вызванный первым сигналом 72, имеет первую полярность, а количество зарядов в первом пакете увеличивается с увеличением измерительного параметра 52. Второй пакет зарядов, вызванный вторым сигналом 76, имеет вторую полярность, противоположную первой полярности, а количество заряда в этом втором пакете уменьшается с уменьшением измеряемого параметра 52.

Измерительное устройство 74 аккумулирует заряды сигналов в линиях 72A и 76A. Когда аккумулирование заряда от первого сигнала в линии 72A измерительным устройством 74 увеличивается до первого заданного уровня в течение первого временного интервала, измерительный сигнал 68 в линии 68A возбуждается в первом направлении. Измерительный сигнал 68 подается в схему обратной связи 59, причем сама схема 59 отвечает на такое воздействие прерыванием первого временного интервала и началом второго временного интервала. Во время второго временного интервала измерительное устройство 74 аккумулирует заряд второго сигнала 76 до тех пор, пока аккумулирование заряда не снизится до второго заданного уровня, отличного от первого заданного уровня. При достижении второго заданного уровня измерительный сигнал 68 вновь возбуждается во втором направлении противоположном первому направлению. Возбуждение во втором направлении регистрируется схемой обратной связи 59, которая реагирует на такое возбуждение прерыванием второго временного интервала и началом другого первого временного интервала.

Подача сигналов по линиям 72A и 76A от генераторного устройства 58 к измерительному устройству 74 и обратная подача измерительного сигнала 68 к цепи обратной связи 59 и генераторному устройству 58 вызывает циклическое срабатывание измерительного сигнала 68. Генераторное устройство 58 и цепь обратной связи 59. а также измерительное устройство 74 срабатывают вместе, образуя конфигурацию замкнутой петли для обеспечения количества или числа пакетов зарядов, которое представляет измеряемый параметр.

На фиг. 7 устройство обратной связи 59 включает цифровую схему, которая получает измерительный сигнал 68 и выдает импульсные сигналы в линии 60 и 61, которые представляют количество или число пакетов зарядов, выданное генераторным устройством 58. Импульсный сигнал 60 представлен импульсами в течение первого временного интервала, импульсный сигнал 61 представлен импульсами в течение второго временного интервала. Выходное устройство 78 получает импульсные сигналы 60 и 61 и фиксирует количество импульсов, полученных от импульсного сигнала 60 в течение измерительного временного интервала, управляемого общим числом импульсов, полученных от обоих сигналов 60 и 61. Количество подсчитанных таким образом импульсов представляет измеряемый параметр и выходное устройство 78 выдает выходной сигнал 82 в линию 82A, включающий сигнальное представление этого счета импульсов и следовательно измеряемый параметр. Выходной сигнал 82 подает на считывающее устройство 83, которое указывает текущее значение измеряемого параметра 52.

На фиг. 7 емкосной датчик 54 включает емкости 53 и 57, зависимые от приложенного давления P, как показано ссылочный позицией 62. Цепь обратной связи 59 включает цифровую логическую схему, выполненную в виде МОР-структуры, которая воспринимает измерительный сигнал 68 и управляет переключателями 421 и 423 для подачи сигнала возбуждения СКО на датчик 54 по линии 410. Сигнал возбуждения СКО из линии 410 генерируется переключателями 421 и 423, подсоединенными к опорным потенциалам + V и -V как показано на временной диаграмме, изображенной на фиг. 8, и имеет амплитуду, практически равную опорному потенциалу, обозначенному ссылочной позицией 412. Инвертор 414 получает сигнал СКО по линии 410 и выдает инвертированный сигнал СКО, который поступает на конденсатор 415 и 417 линейной коррекции по линии 416. На фиг. 7 и 8 схемы обратной связи 59 также выдает синалы СК1, СК2, СК3 и СК4 для управления срабатыванием переключателей 422, 424, 418 и 420 соответственно, причем эти переключатели предпочтительно выполняются в виде МОП-структур как это описано выше.

В то время как сигнал возбуждения СКО находится в самом низком уровне, как показано ссылочной позицией 426 на фиг. 8, а сигнал возбуждения находится на высоком уровне, как показано ссылочной позицией 427, сигнал СК3 возбуждается на определенное время, как показано ссылочной позицией 428, для того чтобы замкнуть переключатель 418 в проводящее положение для аккумулирования желаемого заряда на конденсаторе датчика 57 и конденсаторе линейной коррекции 417.

В то время как сигнал возбуждения СКО имеет высокий уровень, показанный ссылочной позицией 430, сигнал возбуждения имеет низкий уровень, показанный ссылочной позицией 431, сигнал СК4 возбуждается на период времени, как показано ссылочной позицией 432, для замыкания выключателя 420. При этом происходит накопление желаемого заряда на конденсаторе датчика 53 и конденсаторе 415 линейной коррекции. Хронирование сигналов СК3 и СК4 практически независимо от измерительного сигнала 68.

Конденсаторы 53 и 57 датчика давления возбуждаются сигналом СК0, который сдвинут по фазе на 180 градусов относительно сигнала который в свою очередь возбуждает конденсаторы линейной коррекции 415 и 417. Такое фазовое отношение обеспечивает компенсацию нежелательной случайной емкости, связанной с конденсаторами 53 и 57 датчика давления. Конденсатор 415 имеет подобранную емкость CL1 и возбуждается для отбора заданного количества заряда от конденсатора 53. Конденсатор 417 имеет подобранную емкость CL2 и возбуждается для отбора заданного заряда от конденсатора 57. Суммарная емкость CL2 - CL1 подстраивается таким образом, чтобы сократить нелинейность второго порядка между определяемым давлением и величиной (CH - CL):(CH+CL). Величина CL2 + CL1 настраивается для сокращения нелинейности третьего порядка между определяемым давлением и величиной (CH-CL):(CH+CL). Таким образом удается увеличить линейность выхода датчика.

Группа кривых 448, отражающих зависимость от времени на диаграмме фиг. 8, представляет пример, когда приложенное давление P практически равно нулю, а емкость CH практически равна емкости CL. В то время как измерительный сигнал 68 приложен к схеме обратной связи 59 на первом уровне 434 во время первого временного интервала, схема 59 периодически возбуждает сигнал СК1, как показано ссылочной позицией 436, для замыкания переключателя 422 и подачи пакетов импульсов от измерительного конденсатора 53 с коррекцией линейным корректирующим конденсатором 415 в линию 72 А. В то время как измерительный сигнал подается в схему обратной связи 59 на втором уровне и во время второго временного интервала, как показано ссылочной позицией 438, схема 59 периодически возбуждает сигнал СК2, как показано ссылочной позицией 440, для замыкания переключателя 424 и подачи пакетов зарядов от измерительного конденсатора 57 с линейной коррекцией корректирующим конденсатором 417 в линию 76 А.

Измерительное устройство 74 включает интегратор 442, который аккумулирует заряды первого и второго сигналов во время первого и второго временных интервалов соответственно и выдает интегрированный сигнал 444, представляющий аккумулированный заряд. Интегрированный сигнал 444 подается на вход триггера Шмидта компаратора 446. Триггер Шмидта 446 имеет запаздывание между выбранным верхним и нижним триггерными уровнями. Триггер Шмидта 446 обеспечивает измерительный сигнал 68 в линию 68 А, которая подает его в управляющее устройство обратной связи 59 и устройство генератора зарядов 58.

На фиг. 8 уровень 441 выхода интегратора 444 показан повышающимся по мере того, как пакеты зарядов первой полярности первого сигнала 72 поступают во время первого временного интервала до прохождения первого выбранного уровня 443, оканчивающего первый временной интервал, и начала второго временного интервала. Уровень 441 понижается по мере того, как пакеты зарядов второй полярности, противоположной первой полярности, подаются на интегратор 442 во время второго временного интервала.

Когда значение емкости CL примерно равно трем значениям емкости CH, как это показано другим примером в группе кривых зависимостей от времени 450, успевают пройти втрое большее число импульсов 352 по линии 61 чем успевают пройти по линии 60. Сигналы в линиях 60 и 61 вычитаются из измерительного сигнала 68 путем срабатывания схемы обратной связи 59.

Поток заряда от первого сигнала 72 на один цикл измерения составляет
Q1=(N1)(CH-CL1)(V) (4)
где
Q1 - количество заряда, подаваемое первым выходом заряда во время одного цикла измерения 68;
N1 - счет или число пакетов зарядов, поданных первым сигналом во время одного цикла измерения;
CH - емкость измерительного конденсатора CH;
V - опорный потенциал.

Поток заряда второго зарядового выхода 76 на один цикл измерительного сигнала составляет
Q2 = (N2)(CL-CL2)(V) (5)
где
Q2 - количество заряда, подаваемое вторым сигналом во время одного измерительного цикла 68;
N2 - это счет или число пакетов зарядов, полученное от второго сигнала во время одного цикла измерения;
CL - емкость конденсатора датчика CL;
V - опорный потенциал.

Уравнения 4 и 5 для количеств заряда Q1 и Q2 представляют собой аппроксимации, которые не принимают в расчет ошибку последнего счета при подсчете импульсов. Однако при большом числе измерительных циклов такие ошибки последнего счета стремятся аннулировать одна другую. Интегратор никогда не онуляется и, следовательно, части пакетов зарядов, которые выводят интегратор за заданный уровень триггера Шмидта, переносятся на следующий временной интервал. С таким переносом заряда суммирование зарядов Q1 практически эквивалентно суммированию зарядов Q2 в течение длительного интервала T, включающего много измерительных циклов и следовательно (M1) · (CH') = (M2) · (CL') (6)
где:
CH' - откорректированная емкость (CH - CL1);
CL' - откорректированная емкость (CL - CL2);
M1 - количество импульсов в линии 60, которое равно количеству пакетов зарядов, генерированных первым сигналом во время временного интервала T;
M2 - количество импульсов в линии 61, которое равно количеству пакетов зарядов, генерированных вторым сигналом во время временного интервала T.

Условия уравнения 6 могут быть преобразованы для того, чтобы выразить первое выходное уравнение (7):

Условия по уравнению (6) могут также быть преобразованы для выражения второго выходного уравнения (8):

Уравнение (7) или уравнение (8) могут использоваться для расчета выходной схемы 78 как это поясняется ниже.

На фиг. 9 показана выходная схема 78, соответствующая тому, что изображено на фиг. 7. Выходная схема 78 включает счетную управляющую логическую схему 460, которая получает вышеописанные импульсы по линиям 60 А и 61 А и подсоединена к счетчику 466 для управления счетом импульсов этим счетчиком. Счетчик 466 имеет вентильную схему для счета импульсов за временной интервал, в течение которого выбранное число импульсов (M1 + M2), соответствующее выбранному интервалу времени T, поступают из линий 60 и 61.

В одном предпочтительном воплощении счетчик 466 подсчитывает количество импульсов M2, полученное из линии 61 A за временной интервал. Количество импульсов (M1 + M2) устанавливается на заданном уровне (например, 200000 импульсов) счетной управляющей логической схемой 460 и следовательно количество M2 соотносится с измеряемым давлением уравнением 7. Такой счет предпочтителен для получения подсчета, представляющего переменное давление, например давление, изменяющееся от нуля до полной величины.

В еще одном предпочтительном воплощении счетчик 466 представляет собой устройство, считающее вперед и назад и может подсчитывать разность в счетах (M2 - M1) за время интервала T. Количество (M2 + M1) устанавливается на заданной величине, например 50000, счетной управляющей логической схемой 460 и следовательно разность (M2 - M1) связана с измеряемым давлением уравнением 8. Такой расчет предпочтителен для получения счета, представляющего исследуемое давление или другую переменную величину, которая изменяется от отрицательного полного значения до положительного полного значения.

Счет в счетчике 466 представляет измеряемый параметр и передается по параллельной шине 468 в сдвиговый регистр 470. Сдвиговый регистр 470 также получает данные от параллельной шины 472, описывающие сенсор 54, которые были предварительно загружены в память 474. Пятипроводная выходная шина данных 82 подает сигнал выбора чипа в линию 476 и подает сигнал хронирования данных в линию 478. Обе операции выполняются для управления логическим устройством 480, которое управляет подачей параллельных данных из памяти 474 и счетчика 466 на сдвиговый регистр 470. Управляющее логическое устройство 480 управляет сдвиговым регистром 470 для выдачи последовательного набора данных в сдвиговый регистр по линии 482 выходной шины синхронно с хронированием данных в линии 478.

Выходная шина 82 подает опорное напряжение в пять вольт к датчику по линиям 484 и 486, а делитель напряжения 488, выполненный на базе МОП-структуры, обеспечивает общий опорный уровень 490 постоянного сигнала на датчик. Пятипроводная выходная шина на фиг. 9 может подключаться к схеме, например схеме изображенной на фиг. 5, для подачи 4-20 мА аналогового выхода и цифрового выхода на двухпроводную петлю.

Схема датчика предпочтительно включает обычные МОП интегрированные структуры для обеспечения устройству компактности и желаемого снижения цены.

На фиг. 10 показано воплощение измерительной схемы 500. Измерительная схема 500 воспринимает входной сигнал от потенциального источника 510 и выдает сигнал в линию 512 для считывания устройством 514, причем сигнал является функцией определенного потенциала в линии 514. Потенциальный источник 510 пфигоединен к генераторному устройству 520. Генератор 520 включает емкость 522, представляющую собой реактивное устройство, имеющее конденсатор C. Конденсатор 522 связан с входным сигналом в линии 514 через переключатель 524. Переключатель 526 подключает конденсатор 522 к опорному потенциалу 528, а переключатели 530 и 531 подсоединяют конденсатор 522 к источнику второго опорного потенциала 110, который может быть общим уровнем питания постоянным током. Переключатель 534 подключает конденсатор 522 к линии 536 для подачи генераторного сигнала, зависящего от измеряемого входного сигнала. Переключатели 524, 526, 530, 532 и 534 управляются цифровыми сигналами CK2, CK3, CK5, CK4 и CK1 соответственно, которые являются сигналами обратной связи, подаваемыми устройством обратной связи 538. Измерительное устройство 540 получает и измеряет генераторный сигнал, подаваемый в линию 536. Интегратор 542 аккумулирует заряд, полученный из линии 536, и выдает интеграторный сигнал в линию 544, которая соединена с компаратором 546. Компаратор 546 сравнивает сигнал интегратора с опорным потенциалом 110 и подает сигнал измерения в линию 548, выполняя это в зависимости от уровня заряда в измерительном сигнале в линии 548, который является функцией заряда, подаваемого в измерительное устройство по линии 536. Линия 548 пфигоединена к устройству обратной связи 538 для управления этим устройством. Устройство 538 генерирует цифровые сигналы обратной связи CK1, CK2, CK3, CK4 и CK5 и подает их на генератор 520. Устройство обратной связи 538 подает также цифровые сигналы CK6 и CK7 со своего выхода в линии 550, 552 соответственно на выходное устройство 554, которое считает импульсы в линиях 550 и 552 для выдачи сигнала в линию 512, который является функцией измеряемого напряжения в линии 514.

На фиг. 11 изображена временная диаграмма 580, показывающая временные соотношения между сигналом измерения, который управляет устройством обратной связи 538, и сигналами обратной связи CK1, CK2, CK3, CK4 и CK5, которые выдаются устройством обратной связи. На фиг. 11 также показаны временные соотношения между сигналами обратной связи, интеграторным сигналом VI и сигналом измерения VS. Перед началом временной последовательности, показанной на фиг. 11, переключатели 530 и 532 были замкнуты для разряда конденсатора 522 до практически нулевого уровня. На фиг. 11 в ссылочной позиции 528 сигналы CK1 и CK2 возбуждены для подключения конденсатора 522 к входному потенциалу на линии 514 и выходу генератора в линии 536, благодаря чему пакет зарядов, представляющий измеряемое напряжение, подается в измерительное устройство 542. Интегратор 542 получает этот пакет зарядов и при этом выход интегратора VI повышается над опорным потенциалом VT, как показано ссылочной позицией 584. Следующие сигналы CK3 и CK5 возбуждаются, как показано ссылочной позицией 586, для замыкания переключателей 526 и 530, благодаря чему конденсатор 522 заряжается до опорного потенциала +V в позиции 528 на фиг. 10. Сигналы CK1 и CK4 возбуждаются затем, как показано ссылочной позицией 588, для подачи пакета зарядов, являющегося функцией опорного потенциала 528, к измерительному устройству 540 на линии 536. Сигналы CK3 и CK5 вновь возбуждаются, как показано ссылочной позицией 590, для зарядки конденсатора 522 до опорного потенциала, а сигналы CK1 и CK4 вновь возбуждается, как показано ссылочной позицией 592, для выдачи другого пакета зарядов, являющегося функцией опорного сигнала 528, в измерительное устройство на линии 536. Процесс зарядки конденсатора 522 до опорного потенциала и затем выдачи пакета зарядов в линию 536 повторяется до тех пор, пока выход интегратора не опустится ниже опорного потенциала VT, как показано ссылочной позицией 594. После этого сигнал интегратора падает ниже уровня опорного потенциала VT, измерительный выход меняется, как показано ссылочной позицией 496, запуская при этом устройство обратной связи, которое разряжает конденсатор 522 (ссылочная позиция 598) и подает следующий пакет зарядов, представляющий измеряемый параметр, в измерительное устройство 540, как показано ссылочной позицией 600 на фиг. 11.

Количество пакетов зарядов, представляющих измеряемый параметр, поступающих в линию 536, представлено числом импульсов N1, которые пфигутствуют в сигнале CK6 в линии 550. Количество пакетов зарядов, являющееся функцией опорного потенциала и поступающее в линию 536, представлено рядом импульсов N2, которые образованы в сигнале CK7 в линии 552. Количества N1 и N2 связаны одно с другим поскольку (N1)(C)(V) = (N2)(C)(VR) следующим образом
V= (N2)(N1)(VR)
где
V - входной потенциал в линии 514;
VR - опорный потенциал 528;
N1 - число импульсов в линии 550 за временной интервал;
N2 - число импульсов в линии 552 за временной интервал.

Таким образом можно видеть, что счет импульсов в линиях 550 и 552 выходным устройством, таким как то, которое описано в связи с фиг. 9, может обеспечить выход 512, представляющий измеряемый потенциал в линии 514. Схема 500 может использоваться как аналогоцифровой преобразователь для передачи аналогового сигнала в цифровое считывающее устройство 514.

Формула изобретения

1. Измерительное устройство для выдачи выходного сигнала, являющегося функцией входного сигнала, содержащее генерирующее средство, на вход которого подается входной сигнал, и содержащее реактивное средство и переключающее средство для выдачи генераторного сигнала, зависящего от входного сигнала, измерительное средство, которое вырабатывает измерительный сигнал, содержащее усилитель и интегрирующий конденсатор, включенный между выходом усилителя и инвертирующим входом этого усилителя, а также включающее в себя компаратор, сравнивающий уровень интегрального сигнала с опорным потенциалом и вырабатывающий измерительный сигнал, указывающий на полярность интегрального сигнала относительно опорного потенциала, средство обратной связи, подключенное к измерительному средству и предназначенное для выдачи сигнала обратной связи, управляющего переключающим средством генерирующего средства и являющегося функцией измерительного сигнала, и предназначенное для выдачи выходного сигнала, отличающееся тем, что реактивное средство и переключающее средство формируют ряд первых пакетов зарядов, имеющих первую полярность, и ряд вторых пакетов зарядов, имеющих вторую полярность для формирования генераторного сигнала, измерительное средство аккумулирует заряд путем вычитания вторых пакетов зарядов из первых пакетов зарядов и подает интегральный сигнал, представляющий аккумулированный заряд, на инвертирующий вход компаратора и по достижении заданного уровня аккумулированного заряда вырабатывает измерительный сигнал, а выходной сигнал средства обратной связи отображает количество пакетов зарядов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сигнал обратной связи управляет переключающим средством для того, чтобы изменить полярность пакетов зарядов в генераторном сигнале.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что реактивное средство содержит по меньшей мере один конденсатор.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходной сигнал средства обратной связи отображает количество пакетов зарядов первой полярности.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходной сигнал средства обратной связи отображает количество пакетов зарядов первой и второй полярности.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что генерирующее средство содержит по меньшей мере один опорный потенциал, подключенный к переключающему средству.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что реактивное средство содержит первый и второй конденсаторы С1 и С2, причем устройство содержит выходное средство, предназначенное для выдачи выходного сигнала, по существу соответствующего уравнению
N1 · C1 · V = N2 · C2 · V,
где N1 - количество пакетов зарядов первой полярности;
N2 - количество пакетов зарядов второй полярности;
С1 и С2 являются функцией входного сигнала;
V - опорный потенциал.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что реактивное средство содержит конденсатор, а выходное средство предназначено для выдачи выходного сигнала, по существу соответствующего уравнению
N1 · C · V1 = N2 · C · V2,
где N1 - количество пакетов зарядов первой полярности;
N2 - количество пакетов зарядов второй полярности;
по меньшей мере один из потенциалов V1 и V2 является функцией выходного сигнала.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что реактивное средство включает в себя первый и второй конденсаторы С1 и С2, а выходное средство предназначено для выдачи выходного сигнала, по существу соответствующего уравнению
N1 · C1 · V = N2 · C2 · V,
где N1 - количество пакетов зарядов первой полярности;
N2 - количество пакетов зарядов второй полярности;
С1 является функцией входного сигнала;
С2 - фиксированная емкость;
V - опорный потенциал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11