DE3321580A1

DE3321580A1 - Einrichtung zur erfassung der temperatur fuer die kompensation temperaturabhaengiger fehler in einem kapazitiven differenzdrucksensor

Info

Publication number: DE3321580A1
Application number: DE19833321580
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. 2110 Buchholz Graeger; Reiner Dr. 2085 Quickborn Orlowski
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3321580C2

Description

PHILIPS PATENTVEWALTUNG GMBH ^ PHD 83-064

Einrichtung zur Erfassung der Temperatur für die Kompensation temperaturabhängiger Fehler in einem kapazitiven Differenzdrucksensor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur für die Kompensation temperaturabhängiger Fehler in einem kapazitiven Differenzdrucksensor, der aus zwei einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlraum abschließenden, elektrisch leitfähigen, elastischen Membranen besteht, auf die der zu erfassende Differenzdruck im Sinne von Kapazitätsänderungen einwirkt.

Es ist bekannt, Einrichtungen zur Erfassung der Temperatur, beispielsweise zur Kompensation temperaturabhängiger Fehler in einem aus der Patentanmeldung P 32 38 430.0 bekannten kapazitiven Differenzdrucksensor als Temperaturmeßelemente, wie z. B. als Widerstandsthermometer, als Heißleiter oder als Kaltleiter auszubilden. Ein Temperaturmeßelement kann die Flüssigkeitstemperatur jedoch nur punktweise erfassen, so daß die mittlere Temperatur einer Flüssigkeit bei der Kompensation temperaturbedingter Meßfehler einesDifferenzdrucksensors unberücksichtigt bleibt und der Differenzdrucksensor einen fehlerhaften Meßwert liefert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Temperatur der Flüssigkeit in einem Differenzdrucksensor unter Auswertung der temperaturabhängigen Kapazitätsänderungen eines 2b Meßkondensators ohne Verwendung zusätzlicher Temperaturmeßelemente zu erfassen.

- g - £ PHD 83-064

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatur des Differenzdrucksensors aus der Summe der reziproken Kapazitätswerte der von den Membranen gebildeten Meßkondensatoren ermittelt wird. Werden zur Ermittlung der Flüssigkeitstemperatur die Kapazitätswerte der Meßkondensatoren ausgewertet, wird die mittlere Temperatur der gesamten Flüssigkeit in einem Differenzdrucksensor erfaßt, wodurch eine fehlerfreie Kompensation der temperaturabhängigen Meßfehler möglich ist. Zusätzlich notwendige Temperaturmeßelemente werden eingespart.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Differenzdrucksensor den Differenzdruck aus der Differenz der reziproken Kapazitätswerte der Meßkondensatoren ermittelt und diesen Meßwert unter Berücksichtigung der aus der Temperaturänderung sich ergebenden Änderung der Ausdehnung und der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit korrigiert. Eine elektronische Schaltung zur Ermittlung eines fehlerfreien Differenzdruckmeßwertes, die neben arithmetischen Grundoperationen lediglich die Summe und die Differenz reziproker Kapazitätswerte berechnet, ist unter Verwendung einfacher Schaltungskomponenten realisierbar.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dessen Wirkungsweise erläutert.

Die Figur zeigt einen Differenzdrucksensor mit einer Einrichtung zur Erfassung der Flüssigkeitstemperatur und einer Schaltung zur Ermittlung des Differenzdruckes.

Der in der Figur dargestellte Differenzdrucksensor 1 weist

- 2 -η PHD 83-064

zwei mit Schichtelektroden 4 und 5 belegte Membranen 2 und 3 auf, die mit auf einem Grundkörper 6 angeordneten Schichtelektroden 7 und 8 Meßkondensatoren bilden. Der Meßkondensator mit den Schichtelektroden 5 und 8 hat die Kapazität C1 , und der Meßkondensator mit den Schichtelektroden 4 und 7 hat die Kapazität C2.

Die Membranen 2 und 3 schließen einen mit einer inkompressiven Flüssigkeit, wie z. B. Siliconöl, gefüllten Hohlraum 9 flüssigkeitsdicht ab. Auf die Membranen 2 und 3 wirken Drücke in Richtung der Pfeile 10 und 11.

Die Meßschaltungen 12 und 13 sind mit den Elektroden 4, 5, 7 und 8 elektrisch verbunden und ermitteln die reziproken Kapazitätswerte 1/C1 bzw. 1/C2 der Meßkondensatoren. In einer Summierschaltung 14 wird die Summe der reziproken Kapazitätswerte gebildet, die in einer Subtrahierschaltung 15 um eine Konstante e reduziert und zur Berechnung der Temperatur Δ Τ anhand der Beziehung

in einem Dividierglied 16 durch eine Konstante f dividiert wird..AT ist die Differenz zwischen der augenblicklichen Betriebstemperatur der Flüssigkeit und einer konstanten Referenztemperatur. Die Konstante e läßt sich anhand der Beziehung

ο =·^ ♦ ^₂- bei AT = 0,

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und die Konstante f anhand der Beziehung

Cl ⁺ C2

bei maximalem Δ Τ ermitteln.

Zur Ermittlung des temperaturunabhängigen Differenzdruckes wird zunächst in einer Differenzschaltung 17 die Differenz der in den Meßschaltungen 12 und 13 gebildeten reziproken Kapazitätswerte ermittelt. Diese Differenz wird in einer Reduzierschaltung 18 um den Wert einer Konstanten a und in einem Ausgangssubtrahierer 19 um den Wert b χ Λ T verringert, der in einem vom Dividierglied 16 angesteuerten Multiplizierer 20 errechnet wird. In einem Ausgangsmultiplizierer 21 wird der vom Dividierglied 16 ermittelte Temperaturwert mit einer Konstanten d multipliziert und anschließend in einem Ausgangssummierer 22 um den Wert c vergrößert. Der Ausgangsdividierer 23 erzeugt das Differenzdrucksignal· Δ Ρ anhand der Beziehung

&* - c + d - ΔΤ

Die Konstante a ergibt sich aus der Beziehung

1 1

^{a =} CT■ " Ü2

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die Konstante b ergibt sich aus der Beziehung

FT ~ rJ ^a

bei 4P = O und maximalem

die Konstante c ergibt sich aus der Beziehung

1- - i- - a
Π C? c= bei λ^τ = ° ^und maximalem ^

und die Konstante d ergibt sich aus der Beziehung

iy-^-a-b-ΔΤ

^ ₌ ^U1 ^-^z bei maximalem Δ Ρ und

^α ΔΡ - ΔΤ

maximalem Δ^τ·

Wirkt auf die Membranen 2 und 3 kein Differenzdruck, lenken die Membranen 2 und 3 nicht aus. Wegen Fertigungstoleranzen sind die Kapazitäten C1 und C2 der Meßkondensatoren jedoch nicht gleich groß, so daß die in der Differenzschaltung 17 ermittelte Differenz der reziproken Kapazitätswerte einen von Null abweichenden Wert annimmt. Von dieser Differenz wird in der Reduzierschaltung 18 die Konstante a und im Ausgangssubtrahierer 19 der im Multiplizierer 20 errechnete temperaturabhängige Wert b χ Δ^τ subtrahiert. Dadurch wird der vom Ausgangssubtrahierer 23 erzeugte Differenzdruckmeßwert Λ P zu Null, falls auf den Differenzdrucksensor kein Differenzdruck einwirkt. Wirkt auf die Membrane 2 ein größerer Druck als auf die

- /β - ⁷T PHD 83-064

Membrane 3, lenken beide Membranen 2 und 3 in Richtung des Pfeiles 10 aus. Die Kapazität C2 wird größer, und die Kapazität C1 wird kleiner. Die in der Differenzschaltung 17 erzeugte Differenz der reziproken Kapazitätswerte nimmt zu. 5

Bei einer Änderung der Temperatur der Flüssigkeit im Hohlraum 9 verändert sich die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit, so daß der in der Differenzschaltung 17 erzeugte Differenzwert fehlerhaft ist.

Durch eine Temperaturzunähme der Flüssigkeit ändert sich deren Volumen, die Abstände der Elektroden 5 und 8 bzw. 4 und 7 nehmen zu, die Kapazitäten Cl und C2 der Meßkondensatoren nehmen ab, so daß auch die in der Summierschaltung 14 errechnete Summe der reziproken Kapazitätswerte zunimmt und einen der Temperatur der Flüssigkeit entsprechenden Wert annimmt.

Die fehlerhafte, temperaturbedingte Änderung des vom Ausgangsdividierer 23 gelieferten Differenzdruckmeßwertes wird kompensiert, indem aus dem vom Dividierglied 16 errechneten Temperaturwert im Multiplizierer 20 die temperaturabhängige Nullpunktdrift des Differenzdrucksensors 1 errechnet und im Ausgangssubtrahierer 19 vom Differenzdruckmeßwert subtrahiert wird, und indem der im Ausgangssubtrahierer 19 teilweise korrigierte Differenzdruckmeßwert im Ausgangsdividierer 23 durch einen der temperaturabhängigen Empfindlichkeit des Differenzdrucksensors 1 entsprechenden und im Ausgangsmultiplizierer 21 und im Ausgangssummierer 22 errechneten Wert dividiert wird.

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Claims

PHD 83-064

Patentansprüche:

^O Einrichtung zur Erfassung der Temperatur für die Kompensation temperaturabhängiger Fehler in einem kapazitiven Differenzdrucksensor, der aus zwei einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlraum abschließenden, elektrisch leitfähigen, elastischen Membranen besteht, auf die der zu erfassende Differenzdruck im Sinne von Kapazitätsänderungen einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Differenzdrucksensors (1) aus der Summe der reziproken Kapazitätswerte der von den Membranen (2, 3) gebildeten Meßkondensatoren ermittelt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdrucksensor (1) den Differenzdruck aus der Differenz der reziproken Kapazitätswerte der Meßkondensatoren ermittelt und diesen Meßwert unter Berücksichtigung der aus der Temperaturänderung sich ergebenden Änderung der Ausdehnung und der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit korrigiert.