DE2308788A1 - CURRENT METER - Google Patents

CURRENT METER

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DE2308788A1
DE2308788A1 DE19732308788 DE2308788A DE2308788A1 DE 2308788 A1 DE2308788 A1 DE 2308788A1 DE 19732308788 DE19732308788 DE 19732308788 DE 2308788 A DE2308788 A DE 2308788A DE 2308788 A1 DE2308788 A1 DE 2308788A1
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DE19732308788
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Alan John Borer
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Taylor Servomex Ltd
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Taylor Servomex Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von elektrischem Strom und anderer Variabler, die auf einen Strom bezogen oder in Stromwerten ausgedrückt werden können. Das Strommeßgerät der vorliegenden Erfindung ist zwar allgemein anwendbar, ist jedoch zur Messung sehr kleiner Ströme besonders geeignet. Die Messung umfaßt die Erzeugung einer Ausgangsvariablen, die direkt proportional ist zu einem Eingangsstrom. Die Ausgangsvariable ist geeicht oder wird direkt in Stromeinheiten angezeigt. Das erfindungsgemäße Meßgerät kann ferner zur Anzeige, Messung oder Regelung von Variablen entsprechend Stromänderungen und zur Erzeugung von Strömen bekannter oder gewünschter Größe verwendet werden.The invention relates to a device for measuring electrical current and other variables which can be related to a current or expressed in current values. Although the current meter of the present invention is generally applicable, it is particularly suitable for measuring very small currents. The measurement involves the generation of an output variable that is directly proportional to an input current. The output variable is calibrated or is displayed directly in current units. The measuring instrument according to the invention may further comprise known or desired size are used for display, measurement or control of variables corresponding to changes in current and to generate currents.

Nach einem Verfahren zur Messung elektrischer Ströme, das in einem weiten Bereich von Stromwerten anwendbar ist, erfclgt die Messung mittels eines Integrators. Der Strom wird dem Integrator zugeführt. Nach Ablauf einer Zeitspanne wird derAccording to a method for measuring electrical currents which can be used in a wide range of current values the measurement by means of an integrator. The current is fed to the integrator. After a period of time, the

309835/0542309835/0542

Wert des integrierten Stroms geprüft und der Stromwert kann aus dem Ergebnis dieser Prüfung bestimmt werden. Beispielsweise läßt man den Integrationsstrom einen vorher bestimmten Wert erreichen. Dann ist der mittlere Strom eine Funktion der Zeit, die zum Erreichen dieses Wertes notwendig ist. Alternativ ist der mittlere Strom eine Punktion der Zeit, die zur Verringerung des integrierten Stroms auf null bei einem Bezugsstrom notwendig ist.The value of the integrated current is checked, and the current value can be determined from the result of this test. For example the integration current is allowed to reach a predetermined value. Then the mean current is a function of time, which is necessary to achieve this value. Alternatively, the mean current is a puncture of the time it takes to decrease of the integrated current to zero at a reference current is necessary.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät können insbesondere sehr kleine Ströme, beispielsweise in der Größenordnung von einigen pA durch Integration des Stroms angezeigt werden, wobei der integrierte Strom einem Differentiator zugeführt wird. Die gewünschte Anzeige wird vorzugsweise vorn Ausgangssignal des Differentiators erzeugt, und zwar mittels Einrichtungen zur periodischen Verringerung des Ausgangssignals des Integrators auf null. Das Ausgangssignal kann jedoch auch vom Integrator erzeugt werden, wobei das Ausgangssignal des Differentiators rückgekoppelt ist, um das Eingangssignal auszugleichen und am Eingang ein im wesentlichen konstantes Eingangssignal aufrechtzuerhalten.With the measuring device according to the invention, in particular very small currents, for example in the order of magnitude of some pA can be displayed by integrating the current, the integrated current being fed to a differentiator. The desired indication is preferably generated from the output signal of the differentiator by means of devices for periodically reducing the output signal of the integrator to zero. The output signal can, however, also from the Integrator are generated, the output signal of the differentiator being fed back in order to equalize the input signal and maintain a substantially constant input signal at the input.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strommeßgerät zu schaffen, mit dem sehr niedrige Ströme sehr genau angezeigt werden können.The present invention has for its object to provide an ammeter with the very low Currents can be displayed very precisely.

Das erfindungsgemäße Strommeßgerät zur Messung oder Anzeige des Werts eines kleinen Eingangsstroms enthält einen Integrator, Einrichtungen zur Zufuhr des Stroms zum Integrator, auf das Ausgangssignal des Integrators ansprechende Neigungs-Meßeinrichtungen zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das den Wert des Eingangssignals darstellt, und Einrichtungen zur periodischen Rückstellung des Ausgangssignals des Integrators.The current meter according to the invention for measuring or displaying the value of a small input current includes a Integrator, devices for supplying the current to the integrator, inclination measuring devices responsive to the output signal of the integrator for generating an output signal representing the value of the input signal, and means for periodic resetting of the output signal of the integrator.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Ee zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments shown in the accompanying drawing. Ee show:

-3 -309835/0542-3 -309835/0542

Fig.Fig. 1, 2,1, 2, und 4and 4 Fig.Fig. 55 Fig.Fig. 66th Fig.Fig. 77th Fig.Fig. 88th Fig.Fig. 99 Fig.Fig. 1010 Fig.Fig. 1111 Fig.Fig. 1212th Fig.Fig. 1313th

Teilschaltbilder der auf den Strom ansprechendenSub-circuit diagrams of the current responsive

Einrichtung;Facility;

das Schaltbild einer Differentiationseinrichtung;the circuit diagram of a differentiation device;

das Schaltbild einer Integrator-Differentiator-the circuit diagram of an integrator-differentiator

Anordnung;Arrangement;

ein Schwingungsverlauf sdiagramm;a waveform diagram;

das Schaltbild einer Schaltanordnung;the circuit diagram of a circuit arrangement;

den Schwingungsverlauf bei der Schaltung der Fig. 8;the waveform in the circuit of FIG. 8;

ein detaillierteres Schaltbild;a more detailed circuit diagram;

das Blockschaltbild einer Schaltung zur Vervollständigung der Schaltung der Fig. 10;the block diagram of a circuit to complete the circuit of FIG. 10;

ein Schwingungsverlaufsdiagramm;a waveform diagram;

ein detaillierteres Schaltbild einer Einheita more detailed circuit diagram of a unit

eines auf eine Differenz ansprechenden Systems; Fig. 14 das Blockschaltbild eines auf eine Stromdifferenza difference responsive system; 14 shows the block diagram of a current difference

ansprechenden Systems; und
Fig. 15 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels
responsive system; and
15 shows the circuit diagram of a further exemplary embodiment

des Differentiators.of the differentiator.

Fig. 1 zeigt einen sogenannten Operationsverstärker A1 mit hoher Verstärkung beginnend bei der Frequenz 0, mit einem invertierenden und direkten Eingang - bzw. +. Der an . einer Klemme 10 auftretende, zu messende Eingangsstrom i wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers A1 über einen Widerstand R zugeführt. Zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers ist ein Kondensator C1 geschaltet, so daß der Verstärker integrierend wirkt. Der Kondensator C1 kann mittels eines Schalters S1 entladen werden.Fig. 1 shows a so-called operational amplifier A1 with high gain starting at frequency 0, with a inverting and direct input - or +. The on. input current i to be measured occurring at a terminal 10 fed to the inverting input of the amplifier A1 via a resistor R. Between the output and the inverting A capacitor C1 is connected to the input of the amplifier, so that the amplifier has an integrating effect. The capacitor C1 can be discharged using a switch S1.

Die Ausgangsspannung V1 des Verstärkers A1 wird einem weiteren und ähnlichen Verstärker A2 zugeführt, der mit einem Eingangskondensator C2 und einem Rückkopplungswiderstand R1, der variabel ist, als Differentiator arbeitet. Der Kondensator" C2 ist mittels eines Schalters S2 geshuntet, der mit dem Schalter S1 gekuppelt ist.The output voltage V1 of the amplifier A1 is fed to a further and similar amplifier A2, which is equipped with a Input capacitor C2 and a feedback resistor R1, which is variable, works as a differentiator. The capacitor " C2 is shunted by means of a switch S2 which is coupled to the switch S1.

_ 4 ~ 309835/0542_ 4 ~ 309835/0542

-Μ--Μ-

Die Ausgangsspannung V1 des Verstärkers A1 ergibt sich aus der Gleichung _The output voltage V1 of the amplifier A1 results from the equation _

V1 = j^/i.dt. (1) Die Spannung V2 ergibt sich aus der GleichungV1 = j ^ / i.dt. (1) The voltage V2 is given by the equation

V2 = R1 C2 (2)V2 = R1 C2 (2)

damit ist d(1 fidt) so d (1 f idt)

V2 = -R1 C2 C1 7 V2 = -R1 C2 C1 7

dtGerman

= - (C2R1/C1) (3)= - (C2R1 / C1) (3)

Auf diese Weise kann ein Strom gemessen werden, dessen Größe durch die Spannung V2 bestimmbar ist.In this way, a current can be measured, the magnitude of which can be determined by the voltage V2.

Die Integration kann nicht unendlich fortgesetzt werden. Daher werden die Schalter S1 und S2 periodisch betätigt, so daß die Arbeitszyklen immer wieder von neuem beginnen. In der Praxis können beispielsweise die Schalter mit einer Schaltfrequenz von 10 Hz arbeiten. Bei geöffneten Schaltern fiieut ein kontinuierlicher Strom. Wenn die durch das Schließen der Schalter bewirkte Diskontinuität vernachlässigt werden kann, brauchen die Schalter nur für eine sehr kurze Zeit während jedes Zyklus geschlossen zu werden. Dies ist unter bestimmten Bedingungen günstig.Integration cannot go on indefinitely. Therefore, switches S1 and S2 are operated periodically, see above that the work cycles start over and over again. In practice, for example, the switches with a switching frequency working from 10 Hz. When the switches are open, there is a continuous current. If by closing the Switch caused discontinuity can be neglected, the switches only need during a very short time to be closed every cycle. This is beneficial under certain conditions.

Eine alternative Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der die Spannung V1 über einen Kondensator C2 einem Schalter S3 zugeführt wird, der mit dem Schalter S1 gekuppelt ist. Der Schalter S3 führt das Signal entweder zum Ausgang oder nach Masse. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein kontinuierliches Ausgangssignal, während der Schalter S1 offen ist, und ein Signal null, wenn der Schalter geschlossen ist.An alternative arrangement is shown in Fig. 2, in which the voltage V1 across a capacitor C2 a Switch S3 is supplied, which is coupled to switch S1. The switch S3 either leads the signal to the output or by mass. With this arrangement there is a continuous output signal, while the switch S1 is open and a signal zero when the switch is closed.

Bei einer Rückstellfrequenz von 10 Hz kann die Schließzeit der Schalter S1 und S3 1 ms betragen, d.h., es ergibt sich für die Integration ein Signal: Lückenverhältnis von 99:1.With a reset frequency of 10 Hz, the closing time of switches S1 and S3 can be 1 ms, i.e. it results in a signal: gap ratio of 99: 1 for the integration.

- 5 -309835/0542- 5 -309835/0542

Es können jedoch auch andere Verhältnisse angewendet werden. Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Stroms mit einem Signal: LUckenverhältnis von 1:1.However, other ratios can also be used. Fig. 3 shows a circuit for generating a continuous Current with a signal: l corner ratio of 1: 1.

Bei der Schaltung der Fig. 3 wird an der Klemme 11 eine Eingangs-Gleichspannung einer Stufe zugeführt, die einen Verstärker A2 mit einer Rückkopplung zum invertierenden Eingang enthält. Der invertierende Eingang - ist je an einen Widerstand R3 und R4 angeschlossen, so daß zwei Ausgangssignale +ν und -v erzeugt werden. Diese Ausgangssignale sind mittels eines Schalters S5 wählbar und werden dem aus einem Widerstand R5, einem Verstärker A3 und einem Kondensator C3 bestehenden Integrator zugeführt, dessen Ausgangssignal einen dreieckigen Verlauf hat. Dieses Signal wird über den Kondensator C4 direkt einem Schalter S6 und über den Inverter R6, R7, A4 und einen Kondensator Cf> dem Schalter S6 zugeführt. Durch Kombination der Ausgangssignale kann ein kontinuierlicher Ausgangsstrom erzielt werden.In the circuit of FIG. 3, an input DC voltage is fed to a stage at terminal 11, which is a Includes amplifier A2 with feedback to the inverting input. The inverting input - is each to one Resistors R3 and R4 connected so that two output signals + ν and -v are generated. These output signals can be selected using a switch S5 and are derived from a resistor R5, an amplifier A3 and a capacitor C3 existing integrator, the output signal of which is a triangular Has course. This signal is sent via the capacitor C4 directly to a switch S6 and via the inverters R6, R7, A4 and a Capacitor Cf> fed to switch S6. By combination of the output signals, a continuous output current can be achieved.

Die Schaltung der Fig. 1 kann verschiedenerweise abgewandelt werden. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, eine regelbare Zwischen-Dämpfungsstufe (Fig.4) vorzusehen. Die Ausgangsspannung V1 des Verstärkers A1 wird einer Stufe zugeführt, die einen Eingangswiderstand R8, einen Verstärker A5 und einen variablen Rückkopplungswiderstand R9 enthält. Bei dieser Anordnung ist die Verstärkung der Zwischenstufe gleich dem Verhältnis von R9/R8. V2 ergibt sich zuThe circuit of FIG. 1 can be modified in various ways. For example, it may be useful to have a adjustable intermediate damping stage (Fig. 4) to be provided. The output voltage V1 of the amplifier A1 is fed to a stage which has an input resistor R8, an amplifier A5 and a variable feedback resistor R9. In this arrangement, the gain of the intermediate stage is the same the ratio of R9 / R8. V2 results in

V2 = (i R1 C2 R9) / (C1 R8) (4)V2 = (i R1 C2 R9) / (C1 R8) (4)

Zur Vermeidung von Fehlfunktionen infolge Störungen oder Interferenzen kann die in Fig. 5 gezeigte, in der Praxis bessere AusfUhrungsforra des Differentiators verwendet werden, bei der der RUckkopplungswiderstand R1 durch einen kleinen Kondensator C6 geshuntet ist. Ein Eingangskondensator C2 liegt in Reihe mit einem Widerstand R1O.To avoid malfunctions due to disturbances or interference, the one shown in FIG. 5 can be used in practice Better execution form of the differentiator can be used in which the feedback resistor R1 is replaced by a small Capacitor C6 is shunted. An input capacitor C2 is in series with a resistor R1O.

- 6 309835/0542 - 6 309835/0542

Bei konstantem Eingangssignal besteht die Ausgangsspännung V1 der Schaltung der Fig. 1 aus einer Reihe von schrägen oder sägezahnförmigen Impulsen, deren Neigung eine Funktion des Eingangsstroms ist. Die Spannungsänderung,die innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls während der Periode des Anstiegs oder Abfalls stattfindet, kann auch als Anzeige für den Eingangsstrom verwendet werden.If the input signal is constant, the output voltage exists V1 of the circuit of FIG. 1 from a series of oblique or sawtooth-shaped pulses, the inclination of which is a Function of the input current. The change in voltage that occurs within a given time interval during the period of the rise or fall taking place can also be used as an indication of the input current.

Wenn sehr kleine Ströme gemessen werden sollen, enthält unter Umständen der Eingangsstrom zwei Komponenten, deren eine konstant ist oder verhältnismäßig langzeitigen Änderungen unterworfen ist, während die andere, bedeutendere Komponente schnelleren Änderungen unterworfen ist. Unter diesen Umständen ist es möglich, eine Anordnung zur Verringerung oder Unterdrückung der ersten Komponente mittels eines hohen Widerstandes zwischen dem Ausgang und dem Eingang dieser Schaltung zu verwenden, obwohl dies bestimmte Nachteile hat.If very small currents are to be measured, the input current may contain two components, their one is constant or subject to relatively long-term changes, while the other, more important component is subject to faster changes. Under these circumstances it is possible to use an arrangement to reduce or Suppression of the first component by means of a high resistance between the output and the input of this circuit to use, although it has certain disadvantages.

Fig. 6 zeigt eine mögliche Anordnung der Integrator-Differ ent iatorschaltung. Bei dieser Schaltung ist der Eingang 12 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers A6 verbunden, der einen Kondensator C7 zur negativen Rückkopplung aufweist. Der Ausgang des Verstärkers ist an eine Verstärkerstufe angeschlossen, die aus Widerständen R11 und R12, einem Kondensator C8 und einem Verstärker A7 besteht.Fig. 6 shows a possible arrangement of the integrator differ Ent iator circuit. In this circuit, input 12 is connected to the inverting input of amplifier A6 connected, which has a capacitor C7 for negative feedback. The output of the amplifier is to an amplifier stage connected, consisting of resistors R11 and R12, a Capacitor C8 and an amplifier A7.

Der Ausgang 13 dieser Verstärkungsstufe ist auf den Eingang 12 rückgekoppelt und zwar über eine Rückkopplungsstrecke, die einen Integrator R13, C9, A8 aufweist, der, in die Rückkopplungsstrecke geschaltet,als Differentiator arbeitet. In der einen Stellung eines Schalters S6, der wirksamen Stellung, wird die Rückkopplung durch einen Kondensator C1O vervollständigt, während in der anderen Stellung des Schalters, der Rücksetzstellung, der Integrator abgeschaltet und der Kondensator C10 mit Masse verbunden ist. Die Schaltung Fig. 6 kann auch so ausgebildet sein, daß anstelle des Stromgenerators der Fig. 2 ein Stromgenerator der in Fig. 3 gezeigten Art verwendet wird.The output 13 of this amplification stage is fed back to the input 12 via a feedback path, which has an integrator R13, C9, A8, which, in the feedback path switched, works as a differentiator. In one position of a switch S6, the effective position, the feedback is completed by a capacitor C1O, while in the other position of the switch, the reset position, the integrator is switched off and the capacitor C10 is connected to ground. The circuit of FIG. 6 can also be designed in such a way that instead of the current generator of FIG a power generator of the type shown in Fig. 3 is used.

• - 7 -• - 7 -

309835/0542309835/0542

Anstelle der üblichen hohen Widerstände können die Stromgeneratoren der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Art zur Zufuhr eines Steueranschluß-Leck-Vorstroms herkömmlicher Feldeffekttransistor-Elektrometer verwendet werden.Instead of the usual high resistances, the current generators of the type shown in Figs. 2 and 3 for supplying a control terminal leakage bias current is more conventional Field effect transistor electrometers can be used.

Auch können andere Verfahren in Verbindung mit einem Eingangsstrom-Integrator zur Bestimmung der Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals des Integrators und damit des Werts des Eingangsstroms verwendet werden. Beispielsweise gibt es viele Methoden, nach denen das Ausgangssignal zu bestimmten Zeiten abgefragt werden kann, wobei die Neigung der Kurve direkt oder indirekt bestimmt wird.Other methods can also be used in conjunction with an input current integrator to determine the rate of change the output signal of the integrator and thus the value of the input current can be used. For example There are many methods by which the output signal can be queried at certain times, with the slope of the Curve is determined directly or indirectly.

Fig. 7 zeigt im Diagramm ein Beispiel eines Ausgangs-Spannungsverlaufs, wie er vom Integrator gewonnen werden kann. Bei einem über die Integrationszeit konstanten Eingangsstrom - die Integrationszeit kann beispielsweise einige ms oder einige 10 ms betragen - hat beispielsweise das Signal zwischen den Zeiten tQ und t,. eine Spannungshöhe e,.. Zwischen der Zeiten t* und tp liegt eine Spannungsstufe von e* nach e . Von tp über t-, und tr bis t,- steigt die Spannung linear über die Werte βρ, e,, e^ und er an. Zwischen den Zeiten te bis t/- liegt ein Spannungsabfall e,- nach eg (die gleich e* sein kann) und der Zyklus wiederholt sich mit den Werten e„, e8, e~ zu den Zeiten t7, to und tg usw. Die Zeiten t^ bis tp und te bis tg sind sehr kurz.Fig. 7 shows in a diagram an example of an output voltage curve as it can be obtained by the integrator. In the case of an input current that is constant over the integration time - the integration time can be a few ms or a few 10 ms, for example - the signal has, for example, between times tQ and t 1. a voltage level e, .. Between the times t * and tp there is a voltage level from e * to e. From tp through t-, and tr to t, - the voltage increases linearly over the values βρ, e ,, e ^ and er. Between the times te to t / - there is a voltage drop e, - to eg (which can be equal to e * ) and the cycle repeats itself with the values e ", e 8 , e ~ at times t 7 , to and tg, etc. The times t ^ to tp and te to tg are very short.

Die Neigung der Integrationskurve kann durch Messung und Ableitungen der Differenzspannungen bestimmt werden:The slope of the integration curve can be determined by measuring and deriving the differential voltages:

e5 ~ e7 e 5 ~ e 7

e4 e8 e 4 e 8

e5 ~ e8
e4 ~e7
e 5 ~ e 8
e 4 ~ e 7

oder weniger genau:or less accurate:

309835/0542309835/0542

e5~ e6 e 5 ~ e 6

e5~ eO e5 ~ e2 e 5 ~ e O e 5 ~ e 2

eK ^ e,e K ^ e,

e5 - βι e4 ~e6 e 5 - βι e 4 ~ e 6

e4 - e3 e4 ~ e2 β/. ^ e^e 4 - e 3 e 4 ~ e 2 β /. ^ e ^

Eine Schwierigkeit bei praktischen Ausführungsformen der beschriebenen Schaltung hat ihren Grund in der Tatsache, daß die Einrichtung zur Prüfung oder zum anderweitigen Ansprechen an die Integratorspannung oder andere bedeutsame Spannungen Schaltungen mit hoher oder extrem hoher Impedanz aufweist, durch die unerwünschte Änderungen der Meßspannung eintreten. Bei Verwendung einer Schalteinrichtung, beispielsweise eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate, bildet der Transistor selbst eine Eingangskapazität, die, obwohl extrem gering, von Einfluß sein kann.A difficulty with practical embodiments of the described Circuit has its reason in the fact that the device for testing or other response to the integrator voltage or other significant voltages circuits with high or extremely high impedance has, through which undesired changes in the measurement voltage occur. When using a switching device, for example of an insulated gate field effect transistor, the transistor itself forms an input capacitance which, though extremely small, can be of influence.

Diese Schwierigkeit sei anhand des in Fig. 8 und gezeigten Beispiels erläutert. Fig. 8 zeigt eine Schaltung mit einem Integrator A1, C1 und einem daran angeschlossenen Transistor Q1, der dem Schalter S1 entspricht. Dem Gate dieses Transistors Q1 wird ein Steuersignal zugeführt, wie es in dem Schwingungsverlauf W1 gezeigt ist. Das Schaltimpulssignal kann in der Praxis eine Amplitude von -10 V aufweisen.This difficulty will be explained with the aid of the example shown in FIGS. Fig. 8 shows a circuit with an integrator A1, C1 and one connected to it Transistor Q1, which corresponds to switch S1. The gate of this A control signal is applied to transistor Q1 as shown in waveform W1. The switching pulse signal can in practice have an amplitude of -10V.

Wenn der Impuls auftritt, schließt der Schalter Q1 und der Kondensator C1 wird entladen. Die Ausgangsspannung fäljt aufWhen the pulse occurs, switch Q1 closes and capacitor C1 is discharged. The output voltage falls on

- 9 309835/0542 - 9 309835/0542

einen Wert in der Nähe von null. Der Schalter öffnet dann und startet einen neuen Integrations-Meßzyklus. Hat C1 eine Kapazität von 1pF und der geschlossene Schalter eine Kapazität von beispielsweise 0,7 pF, so wird ein Impuls von -7 V am Integratorausgang erzeugt (Fig.9). Die eingestellte Periode des Integrationszyklus beträgt beispielsweise 100 ms. Darauf wird der Zyklus wiederholt.a value near zero. The switch then opens and starts a new integration measuring cycle. Does C1 have a Capacity of 1pF and the closed switch has a capacity of 0.7 pF, for example, a pulse of -7 V am Integrator output generated (Fig. 9). The set period of the integration cycle is, for example, 100 ms. Thereon the cycle is repeated.

Dieser Effekt kann überwunden oder vermieden werden, indem einer bestimmten Stelle der Schaltung ein Kompensationsimpuls der entgegengesetzten Polarität zugeführt wird, und zwar über eine entsprechende Kapazität C11. Die Kapazität des Kondensators kann, gleich der Kapazität des Schalters sein, also beispielsweise 0,7 pF. Diesem Kondensator wird eine geeignete Steuersignalspannung entgegengesetzter Polarität zugeführt. This effect can be overcome or avoided by applying a compensation pulse of opposite polarity to a specific point in the circuit, and although it has a corresponding capacity C11. The capacity of the Capacitor can be equal to the capacitance of the switch, for example 0.7 pF. This capacitor becomes a suitable one Control signal voltage of opposite polarity supplied.

Vorzugsweise wird die Kompensationsimpulsamplitude automatisch gesteuert, so daß die unerwünschte Spannungsstufe genau eliminiert wird.The compensation pulse amplitude is preferably controlled automatically, so that the undesired voltage level is exactly eliminated.

Eine andere Möglichkeit, die Schwierigkeit zu vermeiden, besteht darin, zur Vermeidung der Stufe während der Integrationsperiode ein geeignetes Vorsignal vorzusehen. Hierdurch wird während der RUcksetzperiode ein Ausgangssignal mit sehr hoher Spannung erzeugt, dessen Auswirkung Jedoch durch gleichzeitige Schaltung des Widerstands R2 der Figur 8 vermindert werden kann. Die Schwierigkeit wird auch durch Verwendung einer Schalteinrichtung überwunden, beispielsweise mittels eines Reed-Relaisschalters, der die Ladung nicht überträgt, oder mittels eines lichtempfindlichen Unterbrechers.Another way to avoid the difficulty is to avoid the stage during the Integration period to provide a suitable distant signal. This creates an output signal during the reset period generated with a very high voltage, the effect of which, however, by simultaneous switching of the resistor R2 of FIG can be reduced. The difficulty is also overcome by using a switching device, for example by means of a reed relay switch that does not transfer the charge, or by means of a photosensitive interrupter.

Ein Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Meßgeräts ist in Fig. 10 gezeigt, wobei der Wert der einzelnen Elemente jeweils neben denselben vermerkt ist. Der Verstärker im oberen Teil der Figur, der die Transistoren Q1 bis Q9 enthält und einen invertierenden Eingang A und einen nichtinvertierenden Eingang B aufweist, erzeugt an einer Klemme C ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal C speist den Hauptrück-An embodiment of the measuring device according to the invention is shown in FIG. 10, the value of the individual Elements are noted next to the same. The amplifier in the upper part of the figure containing transistors Q1 to Q9 and having an inverting input A and a non-inverting input B, a terminal C generates Output signal. This output signal C feeds the main return

309835/0542309835/0542

- 10 -- 10 -

kopplungskondensator C12, der zurück zum Eingang A geschaltet ist. Das Ausgangssignal wird von der Ausgangsklemme C zu Einrichtungen zur weiteren Verstärkung und Differentiation geleitet. Der Ausgang C ist ferner an einen insgesamt rait A9 bezeichneten Verstärker angeschlossen, der die Transistoren Q10, Q11 und Q 12 enthält und an der Klemme D einen konstanten Strom erzeugt. Ferner sind vier aus Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate "bestehende Schalter S7, S8, S9 und S1O vorgesehen. Während der Rücksetzperiode verbindet der Schalter S7 den Eingang A mit Masse und der Schalter S8 ist geschlossen, so daß er die Klemme D mit dem direkten Eingang B des Verstärkers verbindet. Die geeigneten Steuerspannungen werden bei CA, CB und CC zugeführt.coupling capacitor C12, which is switched back to input A. is. The output signal is passed from output terminal C to devices for further amplification and differentiation. The output C is also connected to an amplifier, generally designated as A9, which the transistors Q10, Q11 and Q 12 contains and at terminal D a constant Generates electricity. Four switches S7, S8, S9 and S1O consisting of "insulated gate" field effect transistors are also provided. During the reset period, switch S7 connects input A to ground and switch S8 is closed, so that it connects terminal D to the direct input B of the amplifier. The appropriate control voltages are at CA, CB and CC supplied.

Am Ende der Rücksetzperiode werden die Schalter S7 und S8vgeöffnet, wobei der Verstärker im ausgeglichenen Zustand verbleibt. Die Klemme D ist dann über den Schalter S9 mit einem weiteren Integrator verbunden. Hat die dem Schalter S7 zugeführte Steuerapannung den Ausgleich des Verstärkers kapazitiv gestört, so ändert sich das Ausgangssignal, so daß an der Klemme D ein Strom entsteht. Dieser Strom fließt über den Schalter S9 zum Integrator und ändert die Ausgangsspannung am Ausgang F. Während der Rücksetzperiode ist der mit der positiven Schiene (+12 V) verbundene Schalter S1O geschlossen. Am Ende der Rücksetzperiode, wenn der Schalter S7 öffnet, wird auch der Schalter S10 geöffnet. Die Spannungsänderung über den Kondensator C1A neutralisiert die Spannungsänderung aufgrund des Gates S7. Ist die Neutralisation unvollständig, so ergibt sich eine weitere Verbesserung vom Ausgang der Konstantstroraquelle A9 und durch den Schalter S9 in den Integrator.At the end of the reset period, switches S7 and S8v are opened, with the amplifier in the balanced state remains. Terminal D is then connected to another integrator via switch S9. Has the switch S7 supplied Control voltage disturbed the compensation of the amplifier capacitively, the output signal changes, so that at the Terminal D creates a current. This current flows via switch S9 to the integrator and changes the output voltage am Output F. During the reset period, switch S1O connected to the positive rail (+12 V) is closed. At the end of the reset period, when switch S7 opens, switch S10 is also opened. The change in voltage across the Capacitor C1A neutralizes the voltage change due to of the gate S7. If the neutralization is incomplete, there is a further improvement in the output of the constant current source A9 and through switch S9 into the integrator.

Angesichts der in Fig. 10 im einzelnen aufgeführten Werte der Bauteile dürfte sich eine weitere Beschreibung erübrigen. In view of the component values detailed in FIG. 10, a further description is unnecessary.

- 11 -- 11 -

309835/0542309835/0542

Fig. 11 zeigt die Schaltung eines Differentiators. Der Klemme 14 wird ein sägezahnförmiges Eingangssignal zugeführt. Es gelangt über einen Schalter S11 zum direkten Eingang des Verstärkers A1O, der eine einstellbare Rückkopplung mit Widerständen R15, R16, R17 und R18 aufweist. Der gleiche Verstärkereingang kann über einen Schalter S12 mit Masse verbunden werden. Der Ausgang des Verstärkers ist an eine variable Dämpfungsstufe mit einem Verstärker A11, V/iderständen R19, R20, R21 und R22 und Schaltern S13t S14 und S15 angeschlossen.Fig. 11 shows the circuit of a differentiator. A sawtooth-shaped input signal is fed to terminal 14. It reaches the direct input of the amplifier A1O via a switch S11, which has an adjustable feedback with resistors R15, R16, R17 and R18. The same amplifier input can be connected to ground via a switch S12. The output of the amplifier is connected to a variable attenuation stage with an amplifier A11, V / iderständen R19, R20, R21 and R22 and switches S13 and S14 connected t S15.

Der Differentiator enthält einen Eingangskondensator C16, einen Verstärker A 12 mit einem Eingangswiderstand R23 und wählbaren Rückkopplungswiderständen R24 bis R28, sowie einen Wählschalter1 S16. Das Eingangssignal wird ferner einem Verstärker A13 zugeführt. Ein Kondensator C17 kann mittels eines Schalters S17 geschaltet werden, der während eines Sägezahn-Eingangssignals als Eingangskondensator und während der Rückstellung P1S Rückkopplungskondensator dient.The differentiator contains an input capacitor C16, an amplifier A 12 with an input resistor R23 and selectable feedback resistors R24 to R28, and a selector switch 1 S16. The input signal is also fed to an amplifier A13. A capacitor C17 can be switched by means of a switch S17 which serves as an input capacitor during a sawtooth input signal and a feedback capacitor during the reset P 1 S.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Integrators ist in Fig. 13 dargestellt. Die Schaltung enthält Eingänge M und N, das zu integrierende Signal wird dem Eingang M zugeführt. Eine Stufenkorrekturspannung kann über einen Kondensator C18 einem Eingang P zugeführt werden.Another embodiment of the integrator is shown in FIG. The circuit includes inputs M and N, the signal to be integrated is fed to the M input. A step correction voltage can be applied via a capacitor C18 are fed to an input P.

Das Eingangssignal wird vom Eingang M dem direkten Eingang des Verstärkers A 13 zugeführt. Der invertierende Eingang ist über einen Kondensator C21 und einen Widerstand R30 an Masse angeschlossen. Der Verstärkereingang wird mittels eines Schalters S 21 geschaltet. Das durch Schalter S22 und S23 geschaltete Ausgangssignal wird einem Verstärker A14 zugeführt, der über einen Kondensator C22 und einen Widerstand R31 invertierend rückgekoppelt ist. Der Kondensator C22 ist mittels eines Schalters S24 überbrückbar. Als Rückkopplungskondensator · dient ein Kondensator C23.The input signal is fed from input M to the direct input of amplifier A 13. The inverting input is connected to ground via a capacitor C21 and a resistor R30. The amplifier input is controlled by a Switch S 21 switched. The output signal switched by switches S22 and S23 is fed to an amplifier A14, which is fed back inverting via a capacitor C22 and a resistor R31. The capacitor C22 is by means of a switch S24 can be bridged. A capacitor C23 serves as a feedback capacitor.

- 12 309835/0542 - 12 309835/0542

Der Eingang M ist ferner an einen Verninderungsregler angeschlossen. Die Spannung von einem Verminderungs- oder Dämpfungspotentiometer R32 wird einem Sägezahngenerator R23, C24, A15 zugeführt, der durch einen Schalter S25 geschaltet wird. Die Sägezahnspannung wird über einen Kondensator C25 zugeführt. Der Meßzyklus des Meßgeräts ist folgender:The input M is also to a reduction controller connected. The voltage from a decrease or attenuation potentiometer R32 is fed to a sawtooth generator R23, C24, A15 supplied, which is switched by a switch S25 will. The sawtooth voltage is fed in via a capacitor C25. The measuring cycle of the measuring device is as follows:

Betriebsweise Dauer S21 S22 S2£ S24 S25 Operating mode Duration S21 S22 S2 £ S24 S25

Rücksetzen 0,001 s EIN EIN AUS EIN EINReset 0.001 s ON ON OFF ON ON

Anstieg 0,099 s AUS AUS EIN AUS AUSIncrease 0.099 s OFF OFF ON OFF OFF

Rücksetzen 0,001 s EIN EIN AUS EIN EINReset 0.001 s ON ON OFF ON ON

Anstieg 0,099 s AUS AUS EIN AUS AUSIncrease 0.099 s OFF OFF ON OFF OFF

und so weiter.and so forth.

Entsprechend dem dem Eingang M zugeführten, zu messenden Signalstrom wird am Ausgang N eine Sägezahnspannung erzeugt, die nachfolgend verstärkt und differenziert wird, beispielsweise mittels der in Fig. 11 gezeigten Schaltiing bei der der Differentiationskondensator mittels eines Schaltsystems synchron zur Rücksetzung des Systems der Fig. 13 periodisch rückgesetzt wird.According to the input M to be measured Signal current, a sawtooth voltage is generated at output N, which is subsequently amplified and differentiated, for example by means of the circuit shown in FIG. 11 in the case of the Differentiation capacitor is periodically reset by means of a switching system in synchronism with the resetting of the system of FIG will.

Während der Rücksetzung liegt das Ausgangssignal auf null (einem Bezugspotential entsprechend null) und der Schalter S21 ist mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers A13 ist gleich null oder gleich einem Bezugspotential.During the reset, the output signal is at zero (a reference potential corresponding to zero) and the switch S21 is connected to ground. The output signal of the amplifier A13 is equal to zero or equal to a reference potential.

Am Ende der Rücksetzung wird der aus einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate bestehende Schalter S21 durch das Gatepotential abgeschaltet, das von -15 V auf 0 V ansteigt. Die kapazitive Kopplung im Feldeffekttransistor führt zu einer Übertragung der Ladung in die Meßschaltung. Ein ähnlicher Spannungßverlauf entgegengesetzter Polarität wird dem Kondensator C16 zugeführt. Ist die Amplitude genau eingestellt, so wird durch die nächste Ladungsübertragung in die Meßschaltung die in-At the end of the reset, switch S21 consisting of an insulated gate field effect transistor turns on the gate potential is switched off, which rises from -15 V to 0 V. The capacitive coupling in the field effect transistor leads to a Transfer of the charge to the measuring circuit. A similar voltage waveform of opposite polarity appears in the capacitor C16 supplied. If the amplitude is set precisely, the next charge transfer into the measuring circuit will cause the internal

- 13 309835/05A2 - 13 309835 / 05A2

folge der Kapazität des Feldeffekttransistors genau ausgeglichen. Ist die Einstellung unvollkommen, so wird über den Kondensator C23 eine Restladung zugeführt, was zu einer Stufe führt. Hierdurch ergeben sich Signalverläufe, wie sie in den Fig. 12a oder 12b gezeigt sind, und nicht der gewünschte Signalverlauf der Fig. 12c.follow the capacitance of the field effect transistor exactly balanced. If the setting is imperfect, the A residual charge is fed to capacitor C23, which leads to a stage. This results in signal curves as they are in the 12a or 12b are shown, and not the desired waveform of Fig. 12c.

Während der Anstiegsperiode führt der Verminderungs-Sägezahngenerator A15 dem Kondensator C25 ein sägezahnförmiges Signal zu, so daß eine Absenkung des durch den Kondensator C25 in die Meßschaltung fließenden Stroms erfolgt. Dieser Strom wird dem Eingangssignalstrom hinzuaddiert. Der Gesamtstroin fließt durch den Kondensator C23, geregelt durch die Verstärker A13 und A 14. Das Ausgangssignal ist damit ein schräg ansteigendes (Sägezahn-) Signal, dessen Steigung proportional ist dem Eingangsstrom und dem Verminderungs- oder Zusatzstrom. Die Verminderungs- oder Ausgleichsregelung kann ferner zur Neutralisation eines ständigen Detektorstroms verwendet werden, der beispielsweise infolge eines überlagerten Gleichstromsignals ergibt.During the rise period the diminution sawtooth generator conducts A15 the capacitor C25 a sawtooth Signal to, so that a decrease in the current flowing through the capacitor C25 into the measuring circuit takes place. This stream will added to the input signal stream. The entire stream flows through capacitor C23 regulated by amplifier A13 and A 14. The output signal is thus a sloping (sawtooth) signal, the slope of which is proportional to the input current and the reduction or additional flow. The reduction or compensation regulation can also be used for neutralization a constant detector current can be used, which results for example as a result of a superimposed direct current signal.

Nach der Anstiegsperiode folgt eine weitere Periode, während der die verschiedenen Kondensatoren auf die vorher beschriebenen Spannungen zurückgebracht werden. Die Spannungsänderungen an den Kondensatoren führen zu Änderungen der gespeicherten Ladung Jedes Kondensators. Durch die gesamte Änderung der Ladung der Kondensatoren C23, C18, C25 und C19 ergibt sich eine Ladungsbewegung durch den Schalter S21.The rise period is followed by another period during which the various capacitors react to those previously described Tensions are brought back. The voltage changes on the capacitors lead to changes in the stored ones Charge of each capacitor. By changing the overall charge on capacitors C23, C18, C25 and C19 there is a movement of the charge through switch S21.

Der Schalter S22 und der Kondensator C21 dienen zur Rückstellung des Verstärkers A 13 auf null, während die Integratorkondensatoren rückgesetzt werden. Zur Ersparnis des Schalters S22 und des Kondensators C21 kann ein Idealverstärker verwendet werden, der keine automatische Null-Regelung benötigt, um Eingangsstrom und Eingangsspannung auf null zu bringen. Geeignete Einrichtungen, beispielsweise vibrierende Kondensator-Elektrometer, sind jedoch teurer.The switch S22 and the capacitor C21 are used to reset the amplifier A 13 to zero, while the Integrator capacitors are reset. To save the switch S22 and the capacitor C21, an ideal amplifier which does not require an automatic zero control to measure the input current and input voltage to bring to zero. However, suitable devices, such as vibrating capacitor electrometers, are more expensive.

309835/0542309835/0542

-K--K-

Soll die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen Ax und Ay gemessen werden, so werden zwei ähnliche oder gleiche Einheiten 16 und 18 gemäß Fig. 14 verwendet. Das Signal Ax wird dem Eingang M der Einheit 16 zugeführt, die ein entsprechendes Sägezahn-Ausgangssignal abgibt. Der zweite Eingang N kann mit Masse verbunden werden.If the difference between two input signals Ax and Ay is to be measured, two are similar or identical Units 16 and 18 according to FIG. 14 are used. The signal Ax is fed to the input M of the unit 16, which has a corresponding Emits sawtooth output signal. The second input N can be connected to ground.

Das zweite Signal Ay wird dem ersten Eingang M. der Einheit 18 zugeführt, dessen zweiter Eingang N^ an den Ausgang der Einheit 16 angeschlossen ist. Das gewünschte Ausgangssignal wird vom Ausgang der Einheit 18 abgegriffen.The second signal Ay is the first input M. Unit 18 supplied, the second input N ^ to the output the unit 16 is connected. The desired output signal is tapped from the output of the unit 18.

Beträgt beispielsweise das Eingangssignal Ax der Einheit 16 64 pA, so kann sich das Ausgangssignal der Einheit 16 in 0,1 s um 5 V ändern. Dieses Signal wird dem Eingang N^ der Einheit 18 zugeführt, so daß 64 pA durch den Kondensator C19 in den Eingang des Verstärkers A13 fließen. Beträgt beispielsweise das Eingangssignal Ay der Einheit 18 80 pA, so ergibt sich eine Differenz von 80 - 64 = 16 pA und am Ausgang der Einheit 18 wird ein Ausgangssignal abgegriffen, das sich in 0,1 s um 1,25 V ändert. ,For example, if the input signal Ax of the unit 16 is 64 pA, the output signal of the unit Change 16 by 5 V in 0.1 s. This signal is fed to the input N ^ of the unit 18, so that 64 pA through the Capacitor C19 flow into the input of amplifier A13. For example, if the input signal Ay of the unit 18 80 pA, there is a difference of 80 - 64 = 16 pA and an output signal is tapped at the output of the unit 18, which changes by 1.25 V in 0.1 s. ,

Das Ausgangssignal wird verstärkt, je nach Wahl invertiert oder direkt weitergeleitet, differenziert/rückgesetzt, verstärkt oder auf einem Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet. Die beiden Verstärkungsstufen werden so gesteuert, daß die Verstärkung genau gewählt werden kann. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel sind Binärschritte von 1 bis 28 vorgesehen, d.h., 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.The output signal is amplified, inverted or forwarded directly, differentiated / reset, depending on the choice, amplified or recorded on a recording device. The two gain levels are controlled in such a way that that the gain can be chosen precisely. In a practical embodiment, binary steps are from 1 to 28, i.e., 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.

Bei diesem Ausführungsbeispiel war die Kapazität des Kondensators C19 gleich 1,28 pF, der Endausschlag des Instruments wurde in Binärschritten zwischen 128 und 1 pA gewählt, d.h.In this embodiment, the capacitance of capacitor C19 was 1.28 pF, the full scale of the instrument was chosen in binary steps between 128 and 1 pA, i.e.

Endausschlag (pA) 1 Verstärkung (G) 128Full scale deflection (pA) 1 gain (G) 128

Für größere Stromwerte kann der Kondensator umgeschaltet werden, beispielsweise auf 163,84 pF (256 pA auf X64 und 16384 pA auf XI) oder 20971,52 pF (32768 pA auf X64 undThe capacitor can be switched for higher current values, for example to 163.84 pF (256 pA on X64 and 16384 pA on XI) or 20971.52 pF (32768 pA on X64 and

- 15 309835/0542 - 15 309835/0542

22 44th 88th 1616 3232 6464 128128 6464 3232 1616 88th 44th 22 11

2 097 152 pA auf XI).2 097 152 pA on XI).

Auf ähnliche Weise kann der Kondensator C25 von 0,6 pF auf 10 pF, 150 pF oder 2400 pF für größere Verminderungs- oder Überlagerungströme geschaltet werden.Similarly, the capacitor C25 can be changed from 0.6 pF to 10 pF, 150 pF or 2400 pF for greater reduction or superimposed currents are switched.

Zur Einspeisung des Stroms kann anstelle des den Verstärkungsteil A15 und die zugehörigen Bauteile enthaltenden Schaltungsteils die Schaltung von Fig. 2 oder Fig. 3 verwendet, werden. Für den Kondensator mit der Kapazität von 20 971,52 pF ist es zweckmäßig, einen Kondensator von etwa 0,022 μF und zur Dämpfung der Spannungsrückkopplung zum Kondensator ein voreingestelltes Abstimmpotentiometer zu verwenden, so daß die wirksame Kapazität etwa 20 971,52 pF beträgt. Sämtliche wichtigen Kondensatoren können auf diese Weise eingestellt werden.To feed in the current, the amplification section can be used instead of A15 and the circuit part containing the associated components uses the circuit of Fig. 2 or Fig. 3, will. For the capacitor with the capacitance of 20 971.52 pF, it is advisable to use a capacitor of approximately 0.022 μF and to use a preset tuning potentiometer to dampen the voltage feedback to the capacitor, so that the effective capacitance is about 20,971.52 pF. All important capacitors can be used on this Way to be set.

Der Verstärker A13 hat einen Ausgang mit hoher Impedanz, so daß er als Konstantstromquelle arbeitet. Je 1 mV Eingangsspannung gibt er eine Ladung von 40 μΑ über einen Frequenzbereich von 0 bis 5 kHz ab, worauf bei 2 MHz während der Rücksetzung eine Verminderung um 20 dB je Dekade auf 0,1 μΑ pro mV bei 2 MHz und einer Verstärkung von 1 eintritt. The amplifier A13 has a high impedance output so that it operates as a constant current source. Ever With an input voltage of 1 mV, it emits a charge of 40 μΑ over a frequency range from 0 to 5 kHz, whereupon at 2 MHz a reduction of 20 dB per decade during the reset occurs to 0.1 μΑ per mV at 2 MHz and a gain of 1.

Der direkte Eingang des Verstärkers A13 war bei diesem Ausführungsbeispiel bei sämtlichen Frequenzen 25mal empfindlicher. Da die Verstärkungseigenschaften des Verstärkers A14 durch den Widerstand R31 und den Kondensator C22 gesteuert werden, betrug während der Anstiegs- und der Sägezahnperiode die Frequenz, bei der eine Verstärkung von 1 eintritt, ebenfalls 2 MHz.The direct input of amplifier A13 was on this one Embodiment 25 times more sensitive at all frequencies. Since the gain characteristics of amplifier A14 controlled by resistor R31 and capacitor C22 was during the rise and sawtooth periods the frequency at which a gain of 1 occurs is also 2 MHz.

Bei den beschriebenen Instrumenten wurde ein Frequenz-Ansprechverhalten von 0 bis 1 Hz bei einer Schaltfrequenz von 10 Hz gewählt. Es können jedoch auch andere Frequenzen ange- · wendet werden. Es wurde festgestellt, daß bei einem sinus-The instruments described have a frequency response from 0 to 1 Hz with a switching frequency of 10 Hz. However, other frequencies can also be used. be turned. It was found that with a sinusoidal

- 16 309835/0542 - 16 309835/0542

f öirmigen Eingangssignal von 1 Hz das Ausgangs signal des Differentiators sinusförmig und das Ausgangssignal des Integrators kosinusförmig ist.f irm input signal of 1 Hz is the output signal of the Differentiator is sinusoidal and the integrator output is cosine.

In der beschriebenen Weise können sehr kleine Ströme erzeugt und durch Integration und Differentiation sehr kleine Ströme gemessen werden, gewünschtenfalls unter automatischer zyklischer Wiederholung. Die integrierte Sägezahnspannung kann hinsichtlich der Änderungsgeschwindigkeit nach anderen Methoden gemessen werden als beschrieben, beispielsweise durch eine Analog/Digital-Umwandlung bei Digitalmessung, oder durch Abtastung und Speicherung.In the manner described, very small currents can be generated and, through integration and differentiation, very small currents Currents are measured, if desired with automatic cyclical repetition. The integrated sawtooth tension can be measured with regard to the rate of change by other methods than described, for example through an analog / digital conversion for digital measurement, or through sampling and storage.

Es ist auch möglich, in der beschriebenen Weise eine automatische Null-Stellung des Systemeingangs vorzusehen, so daß auch bei einer Drift des Vergleichsverstärkereingangs die Potentialdifferenz zwischen dem den Signaleingangsstrom führenden Leiter und der Masseverbindung auf einem niedrigen Wert und konstant gehalten werden kann. Das gleiche gilt für das Potential an den Rücksetzschaltern.It is also possible to provide an automatic zero setting of the system input in the manner described, see above that even with a drift of the comparison amplifier input, the potential difference between the one carrying the signal input current Conductor and the ground connection can be kept at a low value and constant. The same goes for that Potential at the reset switches.

Die Einrichtung zur Neutralisation der Auswirkung der Kondensatorladungen auf die Schaltung ist ebenfalls vorteilhaft. The facility to neutralize the impact of the Capacitor charges on the circuit is also beneficial.

Fig. 15 zeigt eine Differentiatorschaltung, die anstelle des rechten Teils der Fig. 11 verwendet werden kann. Der Widerstand R4O ergibt ähnlich wie der Widerstand R23 in Fig. 11 das gewünschte Frequenzverhalten. Die Einheiten oder Bauteile innerhalb der gestrichelt dargestellten Kästchen sind einander gleich. Mit der Anordnung der Fig. 15 kann bei einem Eingangssignal von bis zu 10 V pro 100 ms eine vollständige Ladung von etwa 10 μΑ erreicht werden. Mit einem Rückkopplungswiderstand von 1 ΜΩ ergibt sich an der Klemme F ein Ausgangssignal von 10 V.Fig. 15 shows a differentiator circuit which instead of of the right part of Fig. 11 can be used. The resistance R4O gives this, similar to resistor R23 in FIG. 11 desired frequency behavior. The units or components within the boxes shown in dashed lines are identical to one another. With the arrangement of FIG. 15, with an input signal of up to 10 V per 100 ms, a complete charge of approximately 10 μΑ can be achieved. With a feedback resistance of 1 ΜΩ, the output signal at terminal F is 10 V.

Bei der Schaltung der Fig. 11 wird über den Kondensator C16 dem Verstärker ein Strom von 100 μA bei einem Rückkopplungε-widerstand von 100 kn bei einem Ausgangssignal von 10 V zuge-In the circuit of FIG. 11, a current of 100 μA is supplied to the amplifier via the capacitor C16 with a feedback resistor of 100 kn with an output signal of 10 V

- 17 309835/0542 - 17 309835/0542

führt.leads.

Eine mögliche Ungenauigkeitsquelle in den beschriebenen Schaltungen kann darin bestehen, daß infolge dielektrischer Absorption, beispielsweise im Feldeffekttransistor-Schalter mit isoliertem Gate, Verzerrungen auftreten. Zur Vermeidung dieser Ungenauigkeit kann in der Korrekturspannung und/oder der Speisespannung eine kompensierende Verzerrungsänderung herbeigeführt werden. Eine geeignete Kompensationsverzerrung kann dadurch herbeigeführt werden, daß dem Schalter eine Rechteck-Steuerspannung zugeführt wird, wobei die Rechteck-Spannung zur Korrektur eine Absenkung aufweist. Auch kann zur Korrektur eine Rechteckwelle mit einer Übersteuerung als Steuerspannung für den Schalter verwendet werden. Ebenso sind Kombinationen dieser Korrekturen möglich.A possible source of inaccuracy in the circuits described can be that due to dielectric Absorption, for example in the field effect transistor switch with insulated gate, distortion will occur. To avoid this inaccuracy, the correction voltage and / or a compensating distortion change can be brought about in the supply voltage. Appropriate compensation distortion can be brought about that the switch is supplied with a square-wave control voltage, the square-wave voltage has a lowering for correction. A square wave with an overload can also be used for correction can be used as control voltage for the switch. as well combinations of these corrections are possible.

PatentansprücheClaims

309835/0542309835/0542

Claims (7)

PATENTANSPRtJ CHEPATENT APPLICATION 1.yStrommeßgerät , insbesondere zur Anzeige kleiner Eingangsströme, gekennzeichnet durch einen Integrator, durch eine Einrichtung zur Zufuhr des Stroms zum Integrator, durch eine auf das Ausgangssignal des Integrators ansprechenden Neigungsmeßeinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das den Wert des Eingangsstroms darstellt, und durch eine Einrichtung zur periodischen Rückstellung des Integrator- Ausgangssignals.1.y current measuring device, especially for the display of small input currents, characterized by an integrator, by a device for supplying the current to the integrator, by a device responsive to the output signal of the integrator Inclination measuring device for generating an output signal which represents the value of the input current, and by means for periodically resetting the integrator output signal. 2. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Differentiationseinrichtung, deren Eingang das Ausgangssignal des Integrators zugeführt wird, und durch Einrichtungen zur Abgabe eines Ausgangssignals vom Differentiator.2. Measuring device according to claim 1, characterized by a differentiation device, the input of which is supplied with the output signal of the integrator, and by Means for providing an output signal from the differentiator. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mit dem Eingang des Integrators verbundene Schalteinrichtungen, die ein ungewolltes Eingangssignal zum Integrator erzeugen, und durch Einrichtungen zur Erzeugung eines Korrektursignals, dessen Auswirkung gleich und entgegengesetzt dem des unerwünschten Signals ist und die im Betrieb der Schalteinrichtung das Korrektursignal dem Eingang zuführt. 3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized by switching devices connected to the input of the integrator, which send an unwanted input signal to the integrator generate, and by means for generating a correction signal, the effect of which is equal and opposite that of the undesired signal and which supplies the correction signal to the input during operation of the switching device. -'19 309835/0542 -'19 309835/0542 -Vi--Vi- 4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem Feldeffekttransistor besteht, wobei das unerwünschte Signal aufgrund der Kapazität des Transistors entsteht,und daß die Einrichtung zur Erzeugung des Korrektursignals einen Kondensator und eine weitere Schalteinrichtung enthält, durch die dem Integratoreingang ein aus der Ladungsänderung des Kondensators herrührender Strom zugeführt wird.4. Measuring device according to claim 3, characterized in that that the switching device consists of a field effect transistor exists, the undesired signal arises due to the capacitance of the transistor, and that the device a capacitor to generate the correction signal and contains a further switching device, through which the integrator input from the change in charge of the Condenser deriving current is supplied. 5. Keßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Integrator mit einer Einrichtung zur Zufuhr des zu messenden Stroms, wobei vom Ausgang des Integrators ein Ausgangssignal erzeugt wird, durch eine Rückkopplung von einem Ausgang des Integrators zum Eingang des Integrators, wobei die Rückkopplung einen zweiten Integrator enthält, der am Eingang des ersten Integrators eine Signalkomponente erzeugt, die entgegengesetzt dem zu messenden Eingangsstrom zugeführt wird, wobei der die beiden Integratoren enthaltende Schaltungsweg eine solche Verstärkung aufweist, daß das Eingangssignal zum ersten Verstärker im wesentlichen konstant bleibt, und wobei das Ausgangssignal des Geräts vom Ausgang des ersten Integrators abgegriffen wird.5. Keßgerät according to claim 1, characterized by an integrator with a device for supplying the current to be measured, with the output of the integrator an output signal is generated by a feedback from an output of the integrator to the input of the integrator, wherein the feedback contains a second integrator which has a signal component at the input of the first integrator generated, which is supplied opposite to the input current to be measured, the one containing the two integrators Circuit path has such a gain that the input signal to the first amplifier substantially remains constant, and wherein the output signal of the device is tapped from the output of the first integrator. 6. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur ständigen Zufuhr eines Vorstroms6. Measuring device according to claim 1, characterized by a device for the constant supply of a bias current - 20 309835/0542 - 20 309835/0542 zum Eingang des Integrators.to the input of the integrator. 7. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines invertierten Stroms gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität aus dem Eingangsstrom, wobei der Eingangs- und der invertierte Strom alternativ dem Integrator zugeführt werden, durch eine Phasenumkehrverbindung zum Ausgang des Integrators, und durch eine Wähleinrichtung zur Wahl des Signals am Eingang oder Ausgang der Phasenumkehrstufe.7. Measuring device according to claim 1, characterized by means of generating an inverted current of equal amplitude and opposite polarity from the input current, whereby the input and the inverted current are fed alternatively to the integrator, through a phase reversal connection to the output of the integrator, and by a selection device for selecting the signal at the input or output of the phase reversing stage. 309835/0542309835/0542 L e e r s e i t eL e r s e i t e
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