DE69027329T2

DE69027329T2 - Analog-digitaler spannungsumsetzer mit feineinstellung

Info

Publication number: DE69027329T2
Application number: DE69027329T
Authority: DE
Inventors: Roger L. Eden Prairie Mn 55346-3521 Frick; John P. Eden Prairie Mn 55347 Schulte
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: RU2137145C1; CA2065843A1; PL167348B1; EP0493528A4; JPH05500716A; BR9007787A; DE69027329D1; EP0493528A1; CN1050615A; US5119033A; EP0493528B1; JP2998989B2; WO1991005267A1; ATE139033T1; US5155445A; CA2065843C; PL287106A1; CN1027469C

Description

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Spannungs/Digital- Wandler für das Erzeugen einer digitalen Wiedergabe eines Spannungseingangssignals. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Feineinstellung, die die Auflösung des Spannungs/Digital-Wandlers ändert

2. Beschreibung des Standes der Technik

Spannungs/Digital-Wandler werden gemeinhin verwendet, um einen erfaßten Parameter zur umgehenden Analyse und zur Übertragung an eine entfernte Stelle in eine Digitalwiedergabe des erfaßten Parameters umzuwandeln. In Steuersystemen wird ein erfaßter Parameter gemessen und ausgewertet, um geeignete Steuerschleifen-Einstellungen festzulegen.
Typischerweise sind Geschwindigkeit und Genauigkeit für einen wirksamen Betrieb der Steuerschleife kritisch. Jedesmal, wenn die Geschwindigkeit und die Genauigkeit verbessert werden können, sind die Vorteile beträchtlich. Das U.S.-Patent 4 791 352 von Frick mit dem Titel "Transmitter with Vernier Measurement" und die parallele Anmeldung mit dem Aktenzeichen 07/175,627, angemeldet am 30. März 1988 und veröffentlicht am 21. Januar 1992 als US-A-5 083 091 mit dem Titel "Measurement Circuit" schaffen beträchtliche Verbesserungen der Geschwindigkeit und der Auflösung von Parameter/Digital-Wandlern, indem Umwandlungen mit einer Mehrzahl von Ladungspaketen vorgenommen werden, die in einem Integrator gesammelt werden. Die Ladungsmenge in jedem Paket gibt einen erfaßten Parameter wieder. Die gesammelte Ladung wird mit einem Referenzpegel verglichen und das sich ergebende Ausgangssignal wird als Rückkoppelsignal verwendet, um das Akkumulieren von Ladungspaketen in dem Integrator zu steuern. Die Anzahl von Ladungspaketen, die während eines Meßzyklus erzeugt werden, gibt den erfaßten Parameter wieder. Eine digitale Wiedergabe des erfaßten Parameters wird aus der gezählten Anzahl festgelegt.
Eine verbesserte Genauigkeit wird in dem Patent von Frick et al dadurch erreicht, daß eine Feineinstellung zu jedem Meßzyklus hinzugefügt wird. Eine Feineinstellung ist eine Einstellung, die die Auflösung des Spannungs/Digital-Wandlers ändert. Während eines ersten Teils des Meßzyklus wird eine Mehrzahl von ersten Ladungspaketen durch ein erstes Anregungspotential erzeugt und schafft eine "Grob"-Einstellung der in dem Integrator akkumulierten Ladung. Während eines zweiten Teils des Meßzyklus wird eine Mehrzahl von zweiten Ladungspaketen durch ein zweites Anregungspotential erzeugt, das kleiner als das erste ist. Die Ladungsmenge in jedem Ladungspaket wird mit dem Anregungspotential geändert, und daher schafft eine Mehrzahl von zweiten Ladungspaketen eine "Fein"-Einstellung der Ladung auf dem Integrator. Die Feineinstellung schafft ein beträchtlich genaueres digitales Ergebnis als die "Grob"- Einstellung.
Die Feineinstell-Anordnung des Patents von Frick et al schafft eine verbesserte Kombination der Geschwindigkeit und Auflösung, erzeugt jedoch grobe und feine Anregungspotentiale (indem entweder Widerstands- oder Kapazitäts-Spannungsteiler, operationsverstärker mit programmierbarer Verstärkung oder andere Spannungsteiler verwendet werden), fügt jedoch dem Schaltkreis ein beträchtliches Ausmaß an Komplexität und Einstellerfordernisse hinzu. Um ein einfaches Zählen von Ladungspaketen zu erzeugen, müssen die Verhältnisse des Widerstands-Spannungsteilers auf eine ganze Zahl N eingestellt werden und ferner müssen die gleichen Zahlen N in beiden Teilern übereinstimmen. Es besteht daher ein Bedürfnis, eine Feineinstellanordnung zu schaffen, die die erwünschten Geschwindigkeits- und Auflösungseigenschaften hat, jedoch nicht einen komplexen Schaltkreis erfordert, der Grob- und Fein-Anregungspotentiale erzeugt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Meßwertgeber erfaßt einen Parameter wie beispielsweise Druck und erzeugt ein Ausgangssignal, das den erfaßten Parameter wiedergibt. Der Meßwertgeber umfaßt einen Spannungs/Digital-Wandler mit einer Feineinstellung, um die Geschwindigkeit und die Auflösung einer Wandlung zu erhöhen. Die Wandlung schließt einen oder mehrere Meßzyklen ein, die digitale Ausgangssignale erzeugen, die die Spannungseingangssignale wiedergeben. Die Spannungseingangssignale geben den erfaßten Parameter wieder.
Der Spannungs/Digital-Wandler weist einen Speicherschaltkreis auf, der mit den Spannungseingangssignalen zur Erzeugung einer Speicherkapazität mit einer Mehrzahl von auswählbaren Größen gekoppelt ist. Die Spannungseingangssignale werden wahlweise an die Speicherkapazität gelegt, um periodisch die Speicherkapazität zu laden und zu entladen, und um ein Ladungsausgangssignal zu erzeugen, das die angelegten Spannungseingangssignale und die ausgewählte Kapazitätsgröße wiedergibt.
Ein Ladungakkumulationsschaltkreis ist mit dem Ladungsausgang verbunden, um die Ladung aus dem Speicherschaltkreis zu akkumulieren. Die gesamte akkumulierte Ladung ist proportional dem Integral der Ladungsmenge, die von dem Speicherschaltkreis entladen wurde. Der Ladungsakkumulationsschaltkreis erzeugt ein Gleichgewichtsausgangssignal, das einen Vergleich der akkumulierten Ladung und einer Referenzladung wiedergibt.
Ein Zeitgeberschaltkreis ist mit einem Gleichgewichtsausgang verbunden, um Rückkopplungssignale als eine Funktion des Gleichgewichtsausgangssignals zu schaffen, das die Ladung und Entladung der Speicherkapazität steuert, um auf dem Ladungsausgang Folgen von Ladungspaketen zu erzeugen. Eine erste Folge von Ladungspaketen nähert die Ladungsakkumulation der Referenzladung in einem ersten Satz von Grenzen an, wenn eine erste Kapazitätsgröße in dem Speicherschaltkreis ausgewählt ist. Eine zweite Folge von Ladungspaketen nähert die Ladungsakkumulation der Referenzladung in einem zweiten Satz von Grenzen an, wenn eine zweite Kapazitätsgröße ausgewählt ist.
Ein Berechnungsschaltkreis ist mit dem Zeitgeberschaltkreis verbunden, um die Anzahl von Ladungspaketen, die in einem Meßzyklus erzeugt werden, zu zählen. Der Berechnungsschaltkreis erzeugt digitale Ausgangssignale, die zu einem Ausgangsschaltkreis gekoppelt werden, der Ausgangssignale erzeugt, die die Spannungseingangssignale als eine Funktion der gezählten Anzahl anzeigen.
In einem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Dehnungsmeß-Wandlungsschaltkreis entsprechend der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung erste und zweite Spannungs/Digital-Wandler. Der Wandlerschaltkreis umfaßt auch eine Widerstandsbrücke und mindestens einen Präzisionswiderstand, der in Reihe mit der Widerstandsbrücke verbunden ist. Die Widerstandsbrücke spricht auf Druck und Temperatur an. Der Präzisionswiderstand weist jedoch einen Widerstand auf, der weniger temperaturempfindlich als der der Widerstandsbrücke ist. Der erste Spannungs/ Digital-Wandler erzeugt ein Ausgangssignal, das einen Spannungsabfall über der Präzisionswiderstand wiedergibt und das die Temperatur der Widerstandsbrücke anzeigt. Der zweite Spannungs/Digital-Wandler erzeugt ein Ausgangssignal, das einen angelegten Druck und die Temperatur der Widerstandsbrücke wiedergibt. Ein Berechnungsschaltkreis kombiniert das Ausgangssignal des ersten Spannungs/Digital-Wandlers mit dem Ausgangssignals des zweiten Spannungs/Digital-Wandlers, um eine digitale Wiedergabe des angelegten Drucks temperaturkorrigiert zu erzeugen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Meßwertgebers, der einen Spannungs/Digital-Wandler aufweist;
Fig. 2 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Dehnungsmeß- Drucksensors und eines Sensorprozessors, die erste und zweite Spannungs/Digital-Wandler aufweisen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt einen Meßwertgeber 10, der einen erfindungsgemäßen Spannungs/Digital-Wandler umfaßt. Der Spannungs/Digital-Wandler führt eine Folge von sukzessiven Meßzyklen aus, um ein Parameter-Sensorausgangssignal in ein Geberausgangssignal umzuwandeln, das einen erfaßten Parameter wiedergibt.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Geber 10 einen Dehnungsmeßschaltkreis 12, der auf einen angelegten Druck P anspricht. Der Dehnungsmeßschaltkreis 12 umfaßt eine Widerstandsbrücke 14 und einen Vorverstärker 16. Die Widerstandsbrücke 14 umfaßt die Widerstände 18, 20, 22 und 24 mit Widerständen, die für den angelegten Druck P empfindlich sind. Eine Verbindung zwischen den Widerständen 18 und 24 ist mit einer Versorgungsspannung Vsupply im Ausgangsschaltkreis 28 verbunden. Die Widerstandsbrücke 14 ist elektrisch durch Vsupply gespeist und mit einer System-"Masse" 30 an einer Verbindung zwischen den Widerständen 20 und 22 verbunden. Ein Sensorausgangs-Spannungspotential, das den angelegten Druck P wiedergibt, ist mit dem Vorverstärker 16 an seinen invertierenden (-) und nichtinvertierenden (+) Eingängen verbunden. Der invertierende (-)-Eingang ist mit einer Verbindung zwischen den Widerständen 22 und 24 verbunden. Der nichtinvertierende (+)-Eingang ist mit einer Verbindung zwischen den Widerständen 18 und 20 verbunden. Der Vorverstärker 16 erzeugt ein Dehnungsmeß-Ausgangssignal VINI das den Druck P als ein Gebereingangssignal wiedergibt. Das Gebereingangssignal VR ist mit Vsupply verbunden, das ein Referenzspannungssignal für den Meßwertgeber 10 erzeugt. Ein Gebereingangssignal VO ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 20 und 22 und mit der Systemmasse verbunden. Die Spannungseingangssignale VR, VIN und VO, die wie zuvor erläutert verbunden sind, erzeugen Spannungspotentiale V&sub1; und V&sub2;, die den an die Widerstandsbrücke 14 angelegten Druck P wiedergeben. Das Spannungspotential V&sub1; ist die Differenz zwischen VR und VIN. Das Spannungspotential V&sub2; ist die Differenz zwischen VIN und VO.
Der Meßwertgeber 10 umfaßt ein Schaltnetzwerk 12, einen Speicherschaltkreis 34, einen Ladungssammelschaltkreis 36, einen Steuerschaltkreis 38 und einen Ausgangsschaltkreis 28. Der Steuerschaltkreis 38 umfaßt eine Speicher-Steuereinheit 40, eine Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42, einen Berechnungsschaltkreis 44 und einen Zeitgeberschaltkreis 46. Der Zeitgeberschaltkreis 46 steuert die Meßzyklen, indem der Betrieb der Speicher-Steuereinheit 40, der Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 und des Berechnungsschaltkreises 44 gesteuert wird. Der Zeitgeberschaltkreis 46 schließt auch eine Rückkopplungsschleife zwischen dem Ladungssammelschaltkreis 36 und den Schalt- Steuereinheiten 40 und 42. Der Berechnungsschaltkreis 44 legt digitale Werte D fest, die den Druck P wiedergeben, der an die Widerstandsbrücke 14 angelegt wird.
Die Gebereingangsspannungen VRI VIN und VO werden zu den S haltern 48, 50 bzw. 52 in dem Schaltnetzwerk 32 geleitet. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 betätigt die Schalter 48, 50 und 52, selektiv die Spannungen VR, V und VO an den Speicherschaltkreis 34 anzulegen. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 betätigt auch die Schalter 54, 54A und 56, 56A, während sie die ausgewählten Spannungseingänge an den Speicherschaltkreis 34 anlegt und während sie den Speicherschaltkreis 34 mit Masse 30 verbindet.
Der Speicherschaltkreis 34 weist eine Speicherkapazität auf, die durch Kondensatoren C1 und C2 geschaffen wird. Die Schalter 54, 54A und 56, 56A lassen die Speicherkapazität eine wählbare Größe haben. Der Kondensator C1 hat eine geringere kapazitive Größe und wird durch die Schalter 54A und 56A ausgewählt. Alternativ wird eine größere kapazitive Größe ausgewählt, indem auch die Schalter 54 und 56 geschlossen werden, um eine Parallelschaltung der Kondensatoren C1 und C2 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel weist der Kondensator C1 eine kapazitive Größe von C und der Kondensator C2 eine kapazitive Größe von (2N-1)C auf, wobei C ein Kapazitätsmaß und N eine ausgewählte Zahl ist, die das Verhältnis von C1 zu C2 definiert. Daher hat eine Parallelschaltung von C1 und C2 eine kapazitive Größe von 2NC.
Während eines Meßzyklus steuert die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 Schalter 48, 50, 52, 54, 54A und 56, 56A in dem Schaltnetzwerk 32, um die Speicherkapazität im Speicherschaltkreis 34 wiederholt zu laden und zu entladen. Die Speichernetzwerk-Steuereinheit 42 schließt zuerst ausgewählte Schalter in dem Schaltnetzwerk 32, um die Speicherkapazität zwischen Systemmasse 30 und einer ausgewählten Spannung der Gebereingangsspannungen VO, VIN oder VR zu verbinden. Eine ausgewählte Ladung wird auf der Speicherkapazität abgespeichert, wenn die ausgewählten Schalter geöffnet werden. Als nächstes schließt die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 andere ausgewählte Schalter in dem Schaltnetzwerk 32, um die Speicherkapazität zu entladen und ein Ladungspaket auf dem Ladungsausgang 62 durch den Schalter 56 zu erzeugen. Der Ausdruck "Paket" bezieht sich auf eine diskrete Menge elektrischer Ladung, die zu einer Kapazität oder von dieser fließt, wenn sie von einem ersten Spannungspotential auf ein zweites Spannungspotential, das sich von dem ersten Spannungspotential unterscheidet, geladen wird. Die Ladungsmenge in einem Ladungspaket ist eine Funktion der Speicherkapazität, des Spannungspotentials, das angelegt wurde, als die Speicherkapazität geladen wurde, und des Spannungspotentials, das angelegt wird, wenn die Speicherkapazität entladen wird.
In einer Ausführungsform werden Spannungspotentiale V&sub1; und V&sub2; selektiv an den Speicherschaltkreis 34 angelegt, um die Speicherkapazität auf entweder eine erste gespeicherte Ladung mit einer ersten Polarität oder eine zweite gespeicherte Ladung mit einer zweiten Polarität zu laden, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist. Additive und subtraktive Ladungspakete werden durch Entladung der ersten bzw. zweiten Speicherladungen erzeugt.
Während eines ersten Teils des Meßzyklus benötigt der Steuerschaltkreis 38 die Speicherschalt-Steuereinheit 40, um die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 so zu steuern, daß sie die größere kapazitive Größe 2NC auswählt, indem sie die Schalter 54, 54A und 56, 56A in dem Speicherschaltkreis 34 schließt. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 betätigt ausgewählte Schalter in dem Schaltnetzwerk 32, um die Ladungskapazitäten wiederholt zur Erzeugung einer ersten Folge von additiven und subtraktiven Ladungspaketen auf dem Ladungsausgang 62 zu laden und zu entladen. Die Anzahl der einzelnen additiven und subtraktiven Ladungspaketen kann sich ändern, jedoch wird die Gesamtzahl von Ladungspaketen (N&sub1; + N&sub2;) in der ersten Folge auf eine vorgewählte Anzahl festgelegt, wobei gilt:
N&sub1; = der Zählwert der Ladungspakete, die eine Ladung mit der Größe (2N C V1) für den Integrator 64 schaffen;
N&sub2; = der Zählwert der Ladungspakete, die eine Ladung mit der Größe (2N C V2) für den Integrator 64 schaffen.
Die einzelnen Anzahlen N&sub1; und N&sub2; der Ladungspakete in der ersten Folge können entweder den additiven oder den subtraktiven Ladungspaketen in Abhängigkeit von den Polaritäten von V&sub1; und V&sub2; entsprechen, wenn sie an den Speicherschaltkreis angelegt werden.
Der Ladungssammelschaltkreis 36 ist mit dem Ladungsausgang 62 verbunden und weist einen Integrator 64 auf, der die additiven und subtraktiven Ladungspakete von dem Ladungsausgang 62 akkumuliert bzw. sammelt. Der Integrator 64 weist einen Verstärker 66 und einen Kondensator 68 auf. Ein nichtinvertierender (+)- Eingang des Verstärkers 66 ist mit Systemmasse 30 verbunden. Ein invertierender (-)-Eingang des Verstärkers 66 ist mit dem Ladungsausgang 62 verbunden. Der Kondensator 68 ist zwischen dem invertierenden Eingang und einem Ausgang des Verstärkers 66 verbunden. Der Integrator 64 akkumuliert die Ladungspakete, die auf dem Ladungsausgang 62 erzeugt werden, indem er eine Zeitintegration des durch die Ladungspakete erzeugten Stromes vornimmt. Additive und subtraktive Ladungspakete vermehren und vermindern die akkumulierte Ladung. Das Ausgangspotential VA wird durch den Verstärker 66 erzeugt und gibt die Ladungsmenge wieder, die auf dem Integrator 64 akkumuliert ist. Der Ausgang VA ist mit einem invertierenden (-)-Eingang des Komparators 70 verbunden. Ein nichtinvertierender (+)-Eingang des Komparators 70 ist mit Systemmasse 30 verbunden und stellt eine Referenz dar. Der Komparator 70 erzeugt einen Gleichgewichtsausgang 72, der einen Vergleich zwischen der akkumulierten Ladung und einer Referenzladung anzeigt.
Der Zeitgeberschaltkreis 46 überwacht den Gleichgewichtsausgang 72 und legt fest, ob die gesammelte Ladung oberhalb oder unterhalb der Referenzladung ist, und aktiviert dann die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42, um selektiv additive und subtraktive Ladungspakete zu erzeugen, um die akkumulierte Ladung innerhalb eines ersten Satzes von Grenzen auf die Referenzladung zu bringen. Der erste Satz von Grenzen wird während des ersten Teils des Meßzyklus durch die ausgewählte größere Ladungskapazität 2NC und die Größe der angelegten Spannungen V&sub1; und V&sub2; festgelegt.
Der erste Satz von Grenzen legt eine Grobeinstellung der akkumulierten Ladung auf dem Integrator 64 hinsichtlich der Referenzladung fest. Das Gleichgewicht der Ladung auf dem Integrator 64 nach dem ersten Teil des Meßzyklus nähert sich einem durch die nachstehende Gleichung 1 gezeigten Gleichgewicht an:
N&sub1; 2N C V&sub1; = N&sub2; 2N C V&sub2; Gleichung 1
Während eines zweiten Teils des Meßzyklus' steuert die Speicherschalt-Steuereinheit 40 das Schaltnetzwerk 42, um die kleinere Kapazitätsgröße C in dem Speicherschaltkreis 34 durch Öffnen der Schalter 54 und 56 auszuwählen. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 betätigt dann die ausgewählten Schalter in dem Schaltnetzwerk 32, um eine zweite Folge von additiven und subtraktiven Ladungspaketen zu erzeugen. Die Gesamtanzahl der Ladungspakete (N&sub3; + N&sub4;) in der zweiten Folge wird auch auf eine vorgewählte Anzahl festgelegt. Es gilt:
N&sub3; = der Zählwert der Ladungspakete, die eine Ladung mit der Größe (C V&sub1;) für den Integrator 64 schaffen;
N&sub4; = der Zählwert der Ladungspakete, die eine Ladung mit der Größe (C V&sub2;) für den Integrator 64 schaffen.
Der Berechnungsschaltkreis 44 hält den Zählwert der einzelnen Ladungspakete N&sub1;, N&sub2;, N&sub3; und N&sub4; während der ersten und zweiten Teile des Meßzyklus aufrecht.
Die Ladungsmenge in jedem Ladungspaket ist in dem zweiten Teil des Meßzyklus kleiner als in dem ersten, da jedes Paket in der zweiten Folge durch Entladung der kleineren Kapazitätsgröße C anstelle von 2NC erzeugt wird. Jedes Ladungspaket in der zweiten Folge wird durch den Integrator 64 akkumuliert. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 42 erzeugt selektiv für das Annähern der akkumulierten Ladung auf dem Integrator 64 an die Referenzladung innerhalb eines zweiten Satzes von Grenzen additive und subtraktive Ladungspakete. Der zweite Satz von Grenzen ist kleiner als der erste Satz von Grenzen (was zu einer größeren Auflösung führt), da die Ladungsmenge in jedem Ladungspaket im zweiten Teil des Meßzyklus kleiner als in dem ersten ist. Die kleineren Ladungspakete schaffen eine Feineinstellung der auf dem Integrator 64 akkumulierten Ladung. Die akkumulierte Ladung ist über die ersten und zweiten Teile des Meßzyklus unter Annäherung von Gleichung 2 ausgeglichen:
(N&sub1; 2N C V&sub1;) + (N&sub3; C V&sub1;) = (N&sub2; 2N C V&sub2;) + (N&sub4; C V&sub2;) Gleichung 2
Die Ausdrücke in Gleichung 2 können umgeordnet werden, um einen Ausdruck für das Verhältnis V1/V2 zu schaffen:
V&sub1;/V&sub2; =N&sub2; 2N + N&sub4;/N&sub1; 2N + N&sub3; Gleichung 3
Die Meßwertgeber-Eingangsspannung VIN ist im wesentlichen proportional dem erfaßten Parameter und der Referenzspannung VR. Die Größe (V&sub1;-V&sub2;)/(V&sub1; + V&sub2;) gibt somit den erfaßten Parameter wieder, ist jedoch unabhängig von der Referenzspannung VR. Gleichung 3 wird in Gleichung 4 unten eingesetzt, um Gleichung 5 zu schaffen, die (V&sub1;-V&sub2;)/(V&sub1; + V&sub2;) durch das Verhältnis &sub2;N und die Zählwerte N&sub1;, N&sub2;, N&sub3; und N&sub4; ausdrückt.
V&sub1;-V&sub2;/V&sub1; + V&sub2; = (V&sub1;/V&sub2;)-1/(V&sub1;/V&sub2;)+1 Gleichung 4
V&sub1;-V&sub2;/V&sub1; + V&sub2; = 2N (N&sub2;-N&sub1;)+(N&sub4;-N&sub3;)/2N (N&sub2; + N&sub1;)+(N&sub4; + N&sub3;) Gleichung 5
Unter den Steuerbedingungen, die (N&sub2; + N&sub1;) und (N&sub4; + N&sub3;) auf vorgewählte Zahlen festlegen, ist der Nenner auf der rechten Seite von Gleichung 5 eine Größe, die durch den Steuerschaltkreis 38 und das Verhältnis 2N der größeren und kleineren Speicherkapazitäten festgelegt wird. Dies vermeidet eine Notwendigkeit zur Division jedesmal dann, wenn eine Messung aktualisiert wird. Die linke Seite von Gleichung 5 kann ausgedrückt durch die Gebereingangsspannung VIN und die Referenzspannung VR umgeschrieben werden, wie es in Gleichung 6 dargestellt ist:
V&sub1;-V&sub2;/V&sub1; + V&sub2; = 1-2(VIN-VO)/(VR-VO) Gleichung 6
Wenn VO = 0 ist, können die Gleichungen 5 und 6 kombiniert werden, um Gleichung 7 zu erhalten:
VIN/VR = 1/2-2N(N&sub2;-N&sub1;) + (N&sub4;-N³)/2[2N (N&sub2;+N&sub1;)+(N&sub4;+N&sub3;)] Gleichung 7
Die linke Seite von Gleichung 7 ist der Eingangsspannung VIN proportional und die rechte Seite der Gleichung 7 ist eine Funktion der Anzahl von Ladungspaketen, die während eines Meßzyklus gezählt werden. Die Anordnung führt somit eine Umwandlung von einer Eingangsspannung auf eine digitale Zahl durch, die die Eingangsspannung wiedergibt. Die Eingangsspannung VIN ist zu VR proportional, da VR das Potential ist, das die Widerstandsbrücke 14 mit Spannung versorgt. Das Verhältnis VIN/VR ist somit unabhängig von VR.
In Gleichung 7 oben sind alle Größen auf der rechten Seite der Gleichung ganze Zahlen oder ganzzahlig, was somit die digitale Berechnung vereinfacht. Die Berechnung der rechten Seite von Gleichung 7 kann mit einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel weiter vereinfacht werden, um die Notwendigkeit einer Subtraktion jedesmal dann, wenn der Ausgang aktualisiert wird, zu vermeiden. Die Zahlen N und (N&sub1; + N&sub2;) = K1 und (N&sub3; + N&sub4;) = K2 im Nenner von Gleichung 7 können alle durch die Schaltungsauslegung vorbestimmt oder festgelegt sein, und daher wird der Nenner selbst eine durch die Schaltungsauslegung festgelegte Konstante. Das Einsetzen der Konstanten K1 und K2 in Gleichung 7 und eine Vereinfachung schafft Gleichung 8:
VIN/VR = 2N N&sub1; + N&sub3;/2N K&sub1; + K&sub2; Gleichung 8
In Gleichung 8 ist der Nenner festgelegt und die einzigen Variablen in der Gleichung sind N1 und N3. Der Nenner wird somit ein Skalierungsfaktor und die Berechnung des Ausgangs kann unter Verwendung von lediglich 2 Variablen N&sub1; und N&sub3; vorgenommen werden. Alternativ kann Gleichung 7 so geändert werden, daß sich eine Gleichung ergibt, die nur von den Variablen N&sub2; und N&sub4; abhängt. Die Berechnung des Berechnungsschaltkreises 44 wird somit vereinfacht.
Über die Gleichungen 7 und 8 kann der Berechnungsschaltkreis 44 digitale Werte D aus der gezählten Anzahl von Ladungspaketen bestimmen. Die digitalen Werte D geben den Druck P wieder, der am die Widerstandsbrücke 14 angelegt wird. Jeder folgende Meßzyklus aktualisiert die digitalen Werte D und der Berechnungsschaltkreis 44 legt sie an den Ausgang 74 an. Der Ausgangsschaltkreis 28 ist mit dem Ausgang 74 verbunden und wandelt jeden Wert D für die Übertragung an eine entfernte Stelle über die Übertragungsschleife 76 in eine analoge Größe wie beispielsweise Strom um. Die Übertragungsschleife 76 kann eine Zweidraht 4-20-Milliampere-Übertragungsschleife sein. Der Steuerschaltkreis 38 erzeugt den aktualisierten Wert D in Hinblick auf die Begrenzungen der Anzahl der Ladungspakete, die während jedes Teils des Meßzykluß erzeugt werden, mit einer konstanten Geschwindigkeit. Ladungspakete werden mit einer festgelegten Wiederholungsgeschwindigkeit erzeugt. Dies vereinfacht die Digital/Analog-Wandlung, die durch den Ausgangsschaltkreis 28 erzeugt wird, da die neuen Daten je zu vorherbestimmten Zeitpunkten ankommen.
Der Berechnungsschaltkreis 44 steuert die Abspeicherung der endgültigen Zählwerte N&sub1;&sub1; N&sub2;, N&sub3; und N&sub4; der einzelnen additiven und subtraktiven Ladungspakete während jedes Teils des Meßzyklus und steuert die Berechnung der digitalen Werte D an dem Ende jedes Meßzyklus.
Jedes Ladungs-Ungleichgewicht, das noch auf dem Integrator 64 nach der Grob- und Feineinstellung verbleibt, wird zu dem nächsten Meßzyklus mitgenommen. Fehler in der Folge der digitalen Werte D neigen dazu, sich auf 0 auszumitteln und sich über die Zeit zu löschen. Der Geberausgang auf der Schleife 76 ist somit, über die Zeit integriert, im wesentlichen frei von Fehlern in Folge einer Ladung, die an dem Ende jedes Meßzyklus auf dem Integrator verbleibt. Die Verwendung von kleineren und größeren kapazitiven Größen erzeugt eine Feineinstellung mit einer erwünschten Kombination von erhöhter Geschwindigkeit und Auflösung.
In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform weist der Speicherschaltkreis 34 mehr als zwei Kondensatoren auf, um eine Speicherkapazität mit einer größeren Anzahl von auswählbaren Größen zu erzeugen. Der Meßzyklus wird entsprechend aufgeteilt, um zusätzliche Auflösungsebenen zwischen den Einstellungen "Grob" und "Fein", wie sie oben beschrieben sind, zu erzeugen. Bei jedem Auflösungswert werden zusätzliche Ladungspakete erzeugt, um die akkumulierte Ladung in Hinblick auf die Referenzladung auszugleichen. Die Anzahlen der zusätzlich erzeugten Ladungspakete werden gezählt und als neue Ausdrücke in Gleichung 2 hinzugefügt. Der Berechnungsschaltkreis 44 wird eingestellt, um die zusätzlichen gezählten Anzahlen aufzunehmen und dadurch die Genauigkeit der Digitalwerte D zu erhöhen.
Ein Vorspannungsschaltkreis 90 kann vorgesehen sein, um das Ausgangssignal der Brücke 14 zum Zeitpunkt der Herstellung auf null zu bringen. Der Vorspannungsschaltkreis 90 kann ein R-2R Leiternetzwerk aufweisen, das mit "tristate"-Schaltern oder Dreiwert-Schaltern 92, wie es dargestellt ist, verbunden ist, oder ein anderer Vorspannungsschaltkreis wie verschiedene Digital/Analog-Wandler können verwendet werden. Zum Zeitpunkt der Herstellung werden die Schalter 92 eingestellt, während der elektrische Ausgang der Brücke 14 beobachtet wird, bis der Ausgang der Brücke 14 auf einem gewünschten Pegel eingestellt ist.
Fig. 2 zeigt einen Sensorprozessor mit zwei erfindungsgemäßen Spannungs/Digital-Wandlern, wie es zuvor beschrieben wurde. Die zwei Wandler wandeln rechtzeitig Spannungen in digitale Werte um, die den Druck und die Temperatur wiedergeben, die an eine Dehnungsmeßanzeige angelegt werden. Die Wandler sind kombiniert, um eine digitale Wiedergabe des temperaturkontrollierten Drucks und der druckkorrigierten Temperatur zu erzeugen.
Ein Dehnungsmeßschaltkreis 110 schließt eine Widerstandsbrücke 112 und einen Vorverstärker 114 ein. Die Widerstandsbrücke 112 schließt Widerstände 116, 118, 120 und 122 ein. Der Vorverstärker 114 umfaßt einen invertierenden (-)- und einen nichtinvertierenden (+)-Eingang, die mit der Widerstandsbrücke 112 an Verbindungen zwischen den Widerständen 116 und 118 und zwischen den Widertänden 120 bzw. 122 verbunden sind. Der Vorverstärker 114 ist auch zwischen der Versorgungsspannung Vsupply und der Systemmasse 124 verbunden. Die Widerstandsbrücke 112 ist mit der Systemmasse 124 an einer Verbindung zwischen den Widerständen 118 und 120 verbunden. Der Präzisionswiderstand 126 ist an einer Verbindung zwischen den Widerständen 116 und 122 zwischen der Versorgungsspannung Vsupply und der Widerstandsbrücke 112 verbunden.
Der Sensorprozessor umfaßt erste und zweite Spannungs/Digital- Wandler 130 und 132, die kombiniert sind, um einen gemeinsamen Schaltkreis zu teilen. Die ersten und zweiten Spannungs/Digital-Wandler 130 und 132 sind je erfindungsgemäß, wie es oben beschrieben wurde. Der erste Spannungs/Digital-Wandler 130 weist ein Schaltnetzwerk 134, einen Speicherschaltkreis 136, eine Speicherschalt-Steuereinheit 138, einen Ladungssammelschaltkreis 140, eine Schaltnetzwerk-Steuereinheit 142, einen Zeitgeberschaltkreis 144 und einen Berechnungsschaltkreis 146 auf. Das Schaltnetzwerk 134 weist Spannungseingänge VR, VIN und VO auf. Der Spannungseingang VR ist mit der Versorgungsspannung Vsupply für die Erzeugung einer Referenzspannung verbunden, die das an die Brücke 112 angelegte Spannungspotential anzeigt. Der Spannungseingang VO ist mit Systemmasse 124 verbunden. Ein Ausgang des Vorverstärkers 114 ist mit dem Spannungseingang VIN verbunden, um Spannungseingangssignale zu erzeugen, die den Druck P und die Temperatur T wiedergeben, die an die Widerstandsbrücke 112 angelegt werden. Die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 142 betätigt das Schaltnetzwerk 134, um selektiv die Eingangsspannungen VR VIN und VO an den Speicherschaltkreis 136 anzulegen, während der erste Spannungs/- Digital-Wandler Meßzyklen durchführt, um digitale Werte zu erzeugen, die den Druck P und die Temperatur T wiedergeben, die an die Widerstandsbrücke 112 angelegt werden.
Die Widerstände der Widerstandsbrücke 112 sind temperaturempfindlich, was bewirkt, das sich ihr Spannungsausgangssignal unerwünscht mit der Temperatur ändert. Um dieses Problem zu beseitigen, wird die Brücke 112 durch die Versorgungsspannung Vsupply über einen Präzisionswiderstand 126 gespeist, der hinsichtlich der Brücke 112 relativ temperaturunempfindlich ist. Das Spannungspotential V&sub4; über den Widerstand 126 ist dadurch eine Funktion der Temperatur T der Widerstandsbrücke 112. Das Spannungspotential V&sub4; wird an das Schaltnetzwerk 150 des zweiten Spannungs/Digital-Wandlers 132 über die Spannungseingänge VR und VIN angelegt. Der Spannungseingang VO des Schaltnetzwerks 150 ist mit der Systemmasse 124 verbunden. Der zweite Spannungs/Digital-Wandler 132 weist das Schaltnetzwerk 150, einen Speicherschaltkreis 152, eine Speicherschalt-Steuereinheit 154, einen Ladungssammelschaltkreis 156, die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 142, den Zeitgeberschaltkreis 144 und den Berechnungsschaltkreis 146 auf. Das Spannungspotential V&sub4; wird durch den zweiten Spannungs/Digital-Wandler 132 in eine digitale Wiedergabe umgewandelt, die die Temperatur T anzeigt, die an die Widerstandsbrücke 112 des Dehnungsmeßschaltkreises 110 angelegt wird.
Die ersten und zweiten Spannungs/Digital-Wandler 130 und 132 teilen die Schaltnetzwerk-Steuereinheit 142, den Zeitgeberschaltkreis 144 und den Berechnungsschaltkreis 146. Dies vermindert die Schaltkreismenge, die den Sensorprozessor 100 aufweist. Da der Zeitgeberschaltkreis 144 für die ersten und zweiten Spannungs/Digital-Wandler 130 und 132 gemeinsam ist, ist der Betrieb beider Wandler bevorzugt derart synchronisiert, daß beide Wandler zur gleichen Zeit Meßzyklen starten und beenden. Die digitalen Wiedergaben des Drucks P und der Temperatur T sind somit zeitlich zueinander korreliert, was eine einfache Berechnung einer digitalen Wiedergabe des Drucks P, der an den Dehnungsmeß-Schaltkreis 112 angelegt wird, korrigiert hinsichtlich der Temperatur T durch den Berechnungsschaltkreis 146 erlaubt, indem lediglich die neuesten für den Druck P und die Temperatur T enthaltenen Werte verwendet werden.
Der Sensorprozessor 100, der Dehnungsmeßschaltkreis 112 und der Präzisionswiderstand 126 können in einem Meßwertgeber eingeschlossen sein, bei dem im wesentlichen der gesamte Kapazitäts/Digital-Wandlungsschaltkreis in einem einzelnen CMOS- ASIC, einem anwendungsspezifischen integriertem Schaltkreis in CMOS-Technik, eingeschlossen ist. Dies schafft einen bevorzugt kompakten Meßwertgeber mit niedrigem Energieverbrauch.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, versteht es sich, daß Fachleute des vorliegenden Fachgebiet s erkennen, daß Änderungen hinsichtlich der Form und hinsichtlich von Einzelheiten möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Meß-Schaltkreis zur Erzeugung eines Meß-Ausgangssignals als eine Funktion eines erfaßten Parameters (P), wobei der Schaltkreis folgendes aufweist:

eine Vorrichtung (32, 134, 150) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspaketen mit einer ersten Polarität und einer Mehrzahl von Ladungspaketen mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität, wobei jedes der derartigen Pakete eine Ladungsmenge aufweist;

eine Vorrichtung (34, 136, 152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität mit einem Kapazitätswert, der sich als eine Funktion eines Steuersignals ändert, wobei eine Ladungsmenge in mindestens einigen der Ladungspakete eine Funktion des erfaßten Parameters (P) und des Kapazitätswerts ist;

eine Vorrichtung (36, 140, 156) zum Empfangen der Ladungspakete und Erzeugen eines Integrator-Ausgangssignals, das eine akkumulierte Ladungsmenge wiedergibt;

eine Vorrichtung (38) zur Steuerung von Anzahlen von Ladungspaketen, die als eine Funktion des Integrator-Ausgangssignal s ausgebildet sind, so daß die akkumulierte Ladungsmenge dazu neigt, innerhalb eines ersten Grenzwertsatzes während eines ersten Abschnitts eines Meßzyklus' und innerhalb eines zweiten Grenzwertsatzes, der sich von dem ersten Grenzwertsatz unterscheidet, während eines zweiten Abschnitts des Meßzyklus' ausgeglichen zu werden;

eine Vorrichtung (28; 44; 146) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das den erfaßten Parameter als eine Funktion der Anzahlen von ausgebildeten Ladungspaketen wiedergibt;

wobei der Meß-Schaltkreis gekennzeichnet ist durch

eine Vorrichtung (38) zur Erzeugung des Steuersignals, um den Kapazitätswert zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Meßzyklus' zu verändern und dadurch die Empfindlichkeit des Schaltkreises für den erfaßten Parameter zu verändern.

2. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin eine mit dem Ausgangssignal gekoppelte 2- Draht-Übertragungsschleife (76) mit 4-20 Milliampere aufweist.

3. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (34, 136, 152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität eine Mehrzahl von Kondensatoren (C1, C2) aufweist, die als eine Funktion des Steuersignals selektiv durch eine Speicher-Schaltervorrichtung (54, 54A, 56, 56A) verbunden sind.

4. Meß-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (32, 134, 150) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspaketen ein Schalternetzwerk (48, 50, 52) aufweist, das mit der Vorrichtung (34, 136, 152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität verbunden ist, um die Speicherkapazität (C1, C2) wiederholt zu laden und entladen und dadurch die Mehrzahl von Ladungspaketen auszubilden.

5. Meß-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (38) zur Steuerung von Anzahlen von ausgebildeten Ladungspaketen eine Auswahlvorrichtung (42, 142) zum Auswählen zwischen den ersten und zweiten Polaritäten als eine Funktion des Integrator-Ausgangssignals aufweist, um die akkumulierte Ladungsmenge auf eine Bezugsladung zu richten.

6. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (38) zur Steuerung von Anzahlen von ausgebildeten Ladungspaketen weiterhin eine Ladungs-Meßvorrichtung (36, 140, 156) zum Messen der akkumulierten Ladungsmenge hinsichtlich einer Bezugsgröße aufweist, um die Auswahlvorrichtung (42, 142) zu steuern.

7. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungs-Meßvorrichtung (36, 140, 156) einen Operationsverstärker (66) aufweist, der in einer negativen Rückkopplungsschleife mit einem Kondensator (68) verbunden ist, um einen Integrator auszubilden, der das Integrator-Ausgangssignal erzeugt.

8. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungs-Meßvorrichtung (36, 140, 156) weiterhin eine Spannungs-Vergleichsvorrichtung (70) zum Vergleichen des Integrator-Ausgangssignals mit der Bezugsgröße aufweist.

9. Meß-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin folgendes aufweist:

eine Widerstandsmeßbrücke (112), die auf Druck und Temperatur anspricht;

mindestens einen Widerstand (126), der mit der Widerstandsmeßbrücke (112) in Reihe geschaltet ist, wobei der Widerstand (126) einen Widerstandswert aufweist, der für Temperatur weniger empfindlich ist als die Widerstandsmeßbrücke (112);

eine zweite Vorrichtung (152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität mit einem Kapazitätswert, der sich als eine Funktion eines zweiten Steuersignals ändert;

eine zweite Vorrichtung (150) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspaketen mit einer ersten Polarität und einer Mehrzahl von Ladungspaketen mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität, wobei eine Ladungsmenge in mindestens einigen der Ladungspakete eine Funktion von angelegten Eingangsspannungen und des Kapazitätswerts ist;

eine zweite Vorrichtung (156) zum Empfangen der Ladungspakete und Erzeugen eines Integrator-Ausgangssignals, das eine akkumulierte Ladungsmenge wiedergibt;

eine zweite Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Steuersignals, um den Kapazitätswert der zweiten Vorrichtung (152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität zu ändern und dadurch die Empfindlichkeit des Schaltkreises für die Eingangsspannungen zu ändern;

eine zweite Vorrichtung (146) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das die Eingangsspannungen als eine Funktion der Anzahl der ausgebildeten Ladungspakete wiedergibt;

die Vorrichtung (134) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspakten mit Eingangsspannungen, die den auf diese aufgebrachten Druck und die Temperatur der Widerstandsmeßbrücke (112) wiedergeben, und die zweite Vorrichtung (150) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspakten mit Eingangsspannungen, die einen Spannungsabfall über den Widerstand (126) wiedergeben und die Temperatur der Widerstandsmeßbrücke (112) angeben;

und eine Berechnungsvorrichtung (146) zum Kombinieren des Ausgangssignals der Vorrichtung (146) zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit dem Ausgangssignal der zweiten Vorrichtung (146) zur Schaffung eines Ausgangssignals und zur Erzeugung einer digitalen Wiedergabe des aufgebrachten Drucks, die temperaturberichtigt ist.

10. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (136) zur Erzeugung einer Speicherkapazität, die Vorrichtung (134) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspaketen, die Vorrichtung (140) zum Empfangen der Ladungspakete, die Vorrichtung zur Steuerung, die Vorrichtung zur Erzeugung des Steuersignals und die Vorrichtung (146) zur Erzeugung eines Speicher-Ausgangssignals einen ersten Wandler (130) bilden, und dadurch, daß die zweite Vorrichtung (152) zur Erzeugung einer Speicherkapazität, die zweite Vorrichtung (150) zur Ausbildung einer Mehrzahl von Ladungspaketen, die zweite Vorrichtung (156) zum Empfangen der Ladungspakete, die zweite Vorrichtung zur Erzeugung des Steuersignals und die zweite Vorrichtung (146) zur Erzeugung eines Ausgangssignals einen zweiten Wandler (132) bilden, und der Meß-Schaltkreis weiterhin folgendes aufweist: eine Zeitgebervorrichtung (144), die den ersten (130) und zweiten (132) Wandler steuert.

11. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebervorrichtung (144) den ersten (130) und zweiten (132) Wandler zum parallelen Starten und Durchführen der Umwandlungszyklen synchronisiert.

12. Meß-Schaltkreis nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung der Anzahl von Ladungspaketen im wesentlichen vom ersten (130) und zweiten (132) Wandler gemeinsam genutzt wird.

13. Meß-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:

eine zweite Steuervorrichtung zur Steuerung der Anzahl von Ladungspaketen, die als eine Funktion des Integrator-Ausgangssignals ausgebildet sind, so daß die akkumulierte Ladungsmenge dazu neigt, ausgeglichen zu sein.

14. Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine Funktion eines erfaßten Parameters (P) ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes aufweist:

(I) während eines ersten Abschnitts jedes einer Mehrzahl von Meßzyklen:

Ausbilden von ersten Ladungspaketen mit einer ersten Polarität, die eine Ladung aufweisen, die eine Funktion des erfaßten Parameters (P) und eines ersten Kapazitätswerts ist;

Ausbilden von zweiten Ladungspaketen mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität, die eine Ladung aufweisen, die eine Funktion des erfaßten Parameters (P) und des ersten Kapazitätswerts ist;

wahlweises oder selektives Übertragen der ersten und zweiten Ladungspakete auf einen Ladungsakkumulator (36), um akkumulierende Ladung auf eine Bezugsladung zu richten;

(II) während eines zweiten Abschnitts jedes der Mehrzahl von Meßzyklen:

Ausbilden von dritten Ladungspaketen mit der ersten Polarität, die eine Ladung aufweisen, die eine Funktion des erfaßten Parameters (P) und eines zweiten, anderen Kapazitätswerts ist;

Ausbilden von vierten Ladungspaketen mit der zweiten Polarität, die eine Ladung aufweisen, die eine Funktion des erfaßten Parameters (P) und des zweiten Kapazitätswerts ist; und

wahlweises Übertragen der dritten und vierten Ladungspakete auf den Ladungsakkumulator (36), um akkumulierende Ladung auf die Bezugsladung zu richten;

(III) Zählen der Anzahl von mindestens ersten und zweiten Ladungspaketen, die während einer Mehrzahl von Meßzyklen auf den Ladungsakkumulator (36) übertragen werden; und

(IV) Erzeugen des Ausgangssignals basierend auf der gezählten Anzahl und basierend auf einer Gesamtzahl erster und zweiter Ladungspakete und einer Gesamtzahl dritter und vierter Ladungspakete.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt der Erzeugung eines analogen Signal s aufweist, das das Ausgangssignal zur Übertragung durch eine 2- Draht-Übertragungsschleife mit 4-20 Milliampere wiedergibt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt des Umschaltens von dem ersten auf den zweiten Kapazitätswert aufweist, nachdem die Anzahl von ersten gezählten Ladungspaketen plus der Anzahl von zweiten gezählten Ladungspaketen einer ersten vorher ausgewählten Anzahl gleicht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Umschaltens von dem ersten auf den zweiten Kapazitätswert weiterhin den Schritt der wahlweisen Parallelschaltung einer Mehrzahl von Kondensatoren aufweist, um eine Speicherkapazität zwischen dem ersten und dem zweiten Kapazitätswert zu ändern.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Schritt des Beginnens eines neuen Meßzyklus' aufweist, nachdem die Anzahl von dritten gezählten Ladungspaketen plus der Anzahl von vierten gezählten Ladungspaketen einer zweiten vorher ausgewählten Anzahl gleicht.