用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的操作的方法技术

本发明专利技术涉及用于监测电容式压力传感器(1)的压力测量单元(10)的操作的方法，其中所述压力测量单元(10)包括压力相关的测量电容器(C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的操作的方法
本专利技术涉及用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的操作的方法。
技术介绍
电容式压力传感器或压力测量装置用于许多工业领域来进行压力测量。它们通常具有作为换能器的用于过程压力的陶瓷压力测量单元以及用于信号处理的评估电子器件。电容式压力测量单元由陶瓷基体和隔膜组成，其中在基体与隔膜之间布设有玻璃焊料环。作为压力作用的结果，在基体与隔膜之间产生的腔体能够使隔膜纵向运动。因此，该腔体也称为测量腔。在隔膜的底侧和基体的相对顶侧上设有相应的电极，这些电极一起形成测量电容器。压力的作用导致隔膜变形，从而导致测量电容器的电容变化。通过使用评估单元，检测到容量变化并将其转换为压力测量值。通常，这些压力传感器用于监测或控制过程。因此，这些压力传感器通常连接至高级控制单元(PLC)。从DE19851506C1中知晓一种电容式压力传感器，其中根据测量电容器和参考电容器的两个电容值的商来确定压力测量值。虽然在该专利说明书中没有具体地描述压力测量单元，但是所示的电路和所描述的方法适合于电容式压力测量单元。该压力测量装置的特别特点在于，为了评估输出处的测量信号作为对所检测的压力测量值的度量，该测量值仅与方波信号的幅度相关，而与方波信号的频率无关。从EP0569573B1中知晓一种用于电容式压力传感器的电路装置，其中也使用商法来进行压力评估。商法通常假定以下压力依赖性：或或其中CM是测量电容器的电容，CR是参考电容器的电容，p表示待确定的过程压力。还可以设想在求商中互换CM和CR。然而，在分母中使用CM以有利于本征线性化而给出的示例是最常见的形式。因此，除非另有说明，在下面的实施例中假定这种形式。电容式压力传感器的可靠性越来越重要。根据商法操作的电容式压力传感器的问题在于，由于商的形成还不能识别介质的进入(介质的进入是由隔膜破裂引起或由可能的通气通道导致)，因为介电常数εr在分子和分母中相应地变化。如果进入介质的εr与空气的εr稍微不同，这种问题会变得更糟。特别是在待测量的介质为油的情况下，油的εr通常在2到4之间，而空气的εr为1。为此目的，EP2606330B1建议使用其容量与隔膜压力无关的附加电容器来确定控制压力测量值，该控制压力测量值与实际压力测量值进行比较。作为关于监测电容式压力传感器的操作的其他现有技术，提及以下文献：DE102011083133A1、DE102010062622A1、US2014/0144206A1、US2006/0152380A1、DE102014201529A1。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的操作的可替代且节约成本的方法。该目的通过包括权利要求1和权利要求5的特征的方法来实现。在从属权利要求中详细说明了本专利技术的有利实施例。本专利技术的基本思想是认识到在压力传感器的标称压力范围内，在脉冲高度或幅度与周期持续时间或频率之间存在固定的关系，并且当介质进入测量室时(所述介质进入由隔膜破裂引起或由经由通气通道的进入引起)，由上面示出的测量电容CM与参考电容CR的商形成的方波信号显著变化。此外，由于压力测量单元的构造，在CM和CR的两个电容值的压力相关过程中也存在固定的关系，从而可以检测到影响隔膜的变形行为的隔膜的初期裂纹或破裂。介质-即使只是少量的-进入测量室，由于εr的不可避免的增加，而导致容量增加，具体取决于哪些电极并因此哪些电介质受到影响。如果仅影响外部参比电极，例如因为通气通道通常布置得非常靠近参比电极，则脉冲高度在相同的周期持续时间变得明显更小。如果隔膜破裂发生在外部区域并且因此CR比CM更容易变形，也会出现相同的情况。在相当不可能的情况下，其中仅测量电极受到影响或者在中央区域中发生了隔膜的初期裂纹或破裂，则出现完全相反的情况，即脉冲高度在相同的周期持续时间变得明显更大。在更可能的情况下，如果介质由于隔膜破裂或经由通气通道的进入而均匀地分布在测量室中，从而均匀地分布在参比电极和测量电极上，则电容CM和电容CR增加到相同的程度。如上所述，在这种情况下，脉冲高度保持不变。然而，新的发现是，在周期持续时间显著变化的情况下，使得现在可以通过评估方波信号的频率或周期持续时间来监测压力传感器的可靠性，而这与当前压力值的确定无关。因此，根据本专利技术的方法涉及相对于实际测量的压力的脉冲高度和周期持续时间的评估。为此目的，在针对特定压力值p1，...，pn的校准过程中，已将多个脉冲高度和周期持续时间对的值(h1，d1)，...，(hn，dn)存储为目标值，或者存储为多项式形式的脉冲高度和周期持续时间之间的函数依赖性。在第一种情况下，利用脉冲高度和周期持续时间对的实际值(hx-IST，dx-IST)来确定该脉冲高度和周期持续时间对的目标值(hx-SOLL，dx-SOLL)，以用于当前测量的压力值px，其中在脉冲高度和周期持续时间对的实际值和脉冲高度和周期持续时间对的目标值之间存在明显偏差的情况下，生成误差信号。在第二种情况下，所存储的多项式描述了脉冲高度hx和周期持续时间dx之间的函数关系，使得对于具有脉冲高度hx-IST的测量压力值px，通过使用多项式可以确定周期持续时间dx-SOLL的相关值。如果根据多项式确定的周期持续时间dx-Soll与实际测量的周期持续时间dx-IST不匹配，则发出误差信号。因此，可以利用现有的评估电路并因此没有任何附加的部件通过适当的信号评估来执行对电容式压力传感器的压力测量单元的操作的监测，并且可以快速地和早期地检测电容性误差影响。下面参照附图基于示例性实施例来详细说明本专利技术。附图说明附图示意性地示出了：图1为电容式压力测量装置的框图；图2为电容式压力测量单元的示意性截面图；图3为用于根据图2的电容式压力测量单元的已知评估电路；以及图4为补充有用于实现根据本专利技术方法的微控制器的图3的评估电路。具体实施方式在下面优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。图1示了用于测量过程压力p(例如油、牛奶、水等的压力)的典型的电容式压力测量装置的框图。压力测量装置1被设计成双线路装置，并且大体上由压力测量单元10和评估电子器件20组成。评估电子器件20包括模拟评估电路30和微控制器μC，在微控制器中，评估电路20的模拟输出信号被数字化并被进一步处理。微控制器μC将评估结果例如作为数字或模拟输出信号提供至PLC。压力测量装置1连接至用于能量供应的电压供应线路(12V-36V)。图2示出了如在各种电容式压力测量装置中使用的那样的典型的电容式压力测量单元10的示意性表示。压力测量单元10大体上由基体12和隔膜14组成，基体12和隔膜14通过玻璃焊料环16彼此连接。基体12和隔膜14限定腔体19，腔体19-优选地仅在最多50巴的低压力范围-经由通气通道18连接至压力测量单元10的后侧。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测电容式压力传感器(1)的压力测量单元(10)的操作的方法，/n其中，所述压力测量单元(10)包括压力相关的测量电容器(C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180801 DE 102018118645.21.一种用于监测电容式压力传感器(1)的压力测量单元(10)的操作的方法，
其中，所述压力测量单元(10)包括压力相关的测量电容器(CM)和压力相关的参考电容器(CR)，并且根据所述测量电容器(CM)的电容值和所述参考电容器(CR)的电容值来获取压力测量值(p)作为测量信号，
其中，将所述测量信号以交替的方波信号UR的形式馈送至评估单元，所述方波信号的脉冲高度取决于所述参考电容器(CR)的所述电容值与所述测量电容器(CM)的所述电容值的商，并且通过所述测量电容器(CM)的所述电容值来确定所述方波信号的周期持续时间，使得在所述压力传感器的标称压力范围内在所述脉冲高度和所述周期持续时间之间具有固定的关系，
其中，在针对特定压力值p1，...，pn的校准过程中，已将多个脉冲高度和周期持续时间对的值(h1，d1)，...，(hn，dn)存储为目标值，
其中，利用脉冲高度和周期持续时间对的实际值(hx-IST，dx-IST)来确定脉冲高度和周期持续时间对的目标值(hx-SOLL，dx-SOLL)，以用于当前测量的压力值px，并且如果所述脉冲高度和周期持续时间对的实际值(hx-IST，dx-IST)与所述脉冲高度和周期持续时间对的目标值(hx-SOLL，dx-SOLL)之间存在明显偏差，则生成误差信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述目标值的存储以及与所述实际值的比较发生在微控制器(μC)中。


3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述微控制器(μC)包括定时器(60)、存储器(40)和处理单元(50)，
其特征在于以下方法步骤：
所述定时器(60)确定所述交替的方波信号UR的所述周期持续时间并且将所述交替的方波信号输出为值dx-IST并将所述值dx-IST转发至所述处理单元(50)；
将所述交替的方波信号UR的形式的所述当前测量的压力值px和触发信号馈送至所述存储器(40)，所述触发信号是由所述处理单元(50)根据所述周期持续时间dx-IST生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨·瓦尔特，曼弗雷德·毛鲁斯，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE