用于检测和补偿在压力测量单元上的快速温度变化的方法技术

本发明专利技术涉及检测和补偿压力测量单元上的快速温度变化的方法，借助设置在施加了压力的膜上的第一传感器装置产生与膜的偏转成比例的测量信号，借助设置在施加了压力的膜上的第二传感器装置产生与膜的偏转成比例的参考信号及借助微处理器根据测量信号产生测量值及根据参考信号产生所属的参考值。根据本发明专利技术，依据测量值将参考值期望值的容差带存储在微处理器的存储器中，及将当前产生的参考值与容差带中的期望值比较，及在一致时检测由压力引起的膜偏转，并输出测量值作为所测量的压力的测量值，或在不一致时检测通过快速温度变化引起的膜偏转，然后用校正值校正测量值，并输出校正的测量值作为测量的压力的测量值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的用于检测和补偿在压力测量单元(Druckmesszelle)上的快速温度变化的方法。
技术介绍
压力测量单元例如由EP1186875B1公开。这样的压力测量单元通常由基体和测量膜(Messmembran)组成，其中在基体上设置浅的(flach)凹陷，该凹陷被所述膜完全覆盖，该膜与所述凹陷一起形成压力室(Druckkammer)。在该凹陷中并且在所述膜的内侧上设置电极，这些电极一起形成测量电容器(Messkondensator)，该测量电容器的测量信号被分析。为了补偿诸如温度或漂移这样的干扰效应，除了测量电容器之外还设置参考电容器。如果这样的压力测量单元与其周围环境处于热平衡的状况，则可以借助设置在基体的背面上的温度传感器补偿压力测量对温度的依赖性。诸如所谓的温度突变这样的快速温度变化可能导致在压力测量单元的膜中的过大应力(Verspannung)，该过大应力由于由此导致的测量膜的偏转(Auslenkung)而产生错误的测量值。所述膜的过大应力是由于在作用于压力测量单元的膜上的介质与压力测量元件的背向该介质、与周围环境热连接、且承载该膜的基体之间的温度差而产生的。根据上面提到的EP1186875B1，该问题通过以下方式来解决，即在期望的温度梯度的方向上，也就是在膜和承载该膜的基体之间的连接层中设置第二温度传感器。由此可以快速获取具有陡峭温度梯度的温度变化，从而温度突变能够与实际的压力变化区分开来，并且可得到补偿。这种公知解决方案的缺点在于，在更大的测量区域(例如60巴)的情况下，温度变化由于膜很厚而要在一定的时间延迟之后才能被获得。但是，由于热突变导致的测量信号变化非常快，所以借助这两个温度传感器进行的误差补偿尤其是在大测量区域的情况下非常不够。此外，根据EP1186875B1制造这样的压力测量单元非常费事，由此也很昂贵，因为在压力测量单元的膜和基体之间的接合区域中引入温度传感器以及温度传感器的接触和信号分析都带来额外的花费。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种方法，该方法允许采集快速的温度变化，也就是没有由随后的补偿所产生的时间延迟的热突变的采集，并且允许在没有附加花费的情况下实现。该技术问题通过具有根据权利要求1的特征的用于检测和补偿在压力测量单元处的快速温度变化的方法来解决。本专利技术基于以下认识，即由压力导致的膜变形与热突变导致的膜变形相比在测量-->技术上是明显不同的。为此，图1在图表中示出压力测量单元的膜与基体之间的距离变化与至膜的中点的距离-也就是从中点径向直到过渡到玻璃缝线区域(Glasnahtbereich)中的边缘-的相关关系。利用测量电容Cmess和参考电容Cref来测量，其中半径大约为5.5mm的测量电容Cmess的圆形电极被中心地设置在膜的对面侧上，并且参考电容Cref的圆环电极与该圆形电极有间距地包围该圆形电极。各自的第二电极由设置在膜的相对内侧上的公共电极形成。利用FEM(有限元法)仿真生成曲线1和2，其中曲线1示出在温度在从20℃到80℃的温度突变后于5秒后在半径上的距离变化，而曲线2示出在0.32巴的低压时半径上的距离变化。尤其示出了，在热突变的情况下，膜的边缘区域中相对于中部区域中产生的变形被明显更强地偏转，也就是相对于中部变形，比在压力负荷下表现出明显更大的距离变化。本专利技术将膜的不同特性，尤其是在膜的边缘区域中的不同特性在测量技术上用于检测由热突变引起的膜变形，其中对两种情况都分析测量值或参考值的相应关系。因此，压力测量单元与现有技术相比不需要附加的构造措施，而只需要用常见的经济的微处理器来进行分析，该微处理器也是为了将传感器装置的测量信号转换为测量值而需要的。首先，对于由第一传感器装置产生的所有测量值，在微处理器的存储器中存储各自相应的参考值的期望值的容差带，因为已知在膜由于压力而发生偏转时参考值必然与测量值形成特定的比例。通过将当前产生的参考值与容差带中的期望值进行比较，确定是存在由于压力引起的膜偏转，还是存在由于快速的温度变化，例如由于热突变引起的膜偏转。在与期望值一致的情况下，也就是在当前参考值位于容差带中时，存在由于压力引起的膜变形，从而可以将测量值作为当前压力测量值输出。在另一种情况下，检测到快速的温度变化，例如热突变，从而借助校正值来校正测量值。由于在热突变的情况下没有时间延迟地出现膜对于实际压力变化的不同的特性，所以分析速度以有利的方式仅受到微处理器的工作速度的限制。在测量区域的大小方面也没有什么限制。在本专利技术的一种优选扩展中，在微处理器的存储器中存储校正值表，该校正值表依据由快速温度变化引起的测量值变化的变化方向为参考值及其期望值之间的每个差值分配一个校正值，并且在检测到快速温度变化时，例如在检测到热突变时，借助微处理器用校正表中的相应分配给参考值和对应于测量值的期望值之差的校正值来校正测量值。这样校正后的测量值作为所测量的压力的“真实”的测量值被输出。由此，如果事先在不同温度变化的情况下借助压力测量单元上的测量序列(Messreihen)记录必需的校正值，则可以非常准确地校正测量值。在另一优选的扩展中，在检测到快速的温度变化、例如温度突变时通过以下方式进行测量值的校正，即借助微处理器一直延长用于根据测量信号产生测量值的积分时间，直到参考值又位于参考值的期望值的容差带中。这是非常简单且因此也很快速的校正方法，因为相对于常见的信号分析不需要附加的方法步骤。在本专利技术的一种优选扩展中，分别借助电容式传感器产生测量信号和参考信号。尤其有利的是，为了采集膜的中心区域中的偏转，将第一传感器装置的电容式传感器设置-->在膜的中心，并且为了采集膜的边缘区域中的偏转，将第二传感器装置的电容式传感器设置在膜的边缘区域。由此可以使膜的不同特性的上述效果在压力负荷的情况下或在热突变的情况下得到最大程度的利用。附图说明下面参照附图借助实施例详细描述本专利技术。其中：图1示出展示在热突变和压力负荷的情况下的膜变形的图表，图2示出用于分析由压力测量单元产生的信号的结构框图，图3示出展示参考值的期望值的容差带与测量值的相关关系的图表，图4示出依据参考值与其期望值的偏差确定测量值的校正值的图表。具体实施方式图1示出压力测量单元的膜在压力负荷情况下和在热突变情况下的不同特性的效果，图1已在说明书前面的部分中描述过。图2示意性示出压力测量单元1，例如陶瓷的电容式压力测量单元，其中在压力测量单元的膜上设置测量电容器Cmess和参考电容器Cref作为传感器。测量电容器Cmess设置在膜的中心处，以便在那里采集膜的偏转，而参考电容器Cref圆形地包围中央的测量电容器Cmess，并且设置在膜的边缘区域中。由测量电容器Cmess产生的测量信号和/或由参考电容器Cref产生的参考信号被馈送到转换开关2，该转换开关2与A/D转换器3的输入端连接。测量电容器Cmess和参考电容器Cref的信号由该转换开关2交替测量，分别由A/D转换器3数字化，并且为了产生测量值Cm和参考值Cr以及为了分析测量值和参考值而被馈送到微处理器4，该微处理器提供信号输出5。如果借助微处理器4确定测量电容器Cmess的测量值Cm非常快速地变化，则采用参考电容器C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测和补偿压力测量单元上的快速温度变化的方法，所述方法包括以下步骤（ａ）借助设置在被施加有压力的膜上的第一传感器装置（Ｃ↓［ｍｅｓｓ］）产生取决于膜的偏转的测量信号，（ｂ）借助设置在所述被施加有压力的膜上的第二传感器装置（Ｃ↓［ｒｅｆ］）产生取决于膜的偏转的参考信号，（ｃ）借助微处理器根据所述测量信号产生一组测量值（Ｃ↓［ｍ］），以及（ｄ）根据所述参考信号产生一组相应的参考值（Ｃ↓［ｒ］），其特征在于，（ｉ）依据所述测量值，用于一组期望的参考值（Ｃ↓［ｒ］）的容差带被存储在所述微处理器的存储器中，以及（ｉｉ）所述参考值（Ｃｒ）与所述容差带中的所述一组期望值相比较，并且如果所述一组期望值与所述容差带一致，则：（１）在一致时，检测到由于压力引起的膜偏转，并且所述测量值（Ｃ↓［ｍ］）作为所测量的压力的测量值被输出，并且如果所述一组期望值与所述容差带不一致，则（２）检测到由快速温度变化引起的膜偏转，用校正值校正所述测量值（Ｃ↓［ｍ］），并且为所测量的压力输出校正后的测量值。

【技术特征摘要】
EP 2008-11-20 08020222.91.一种用于检测和补偿压力测量单元上的快速温度变化的方法，所述方法包括以下步骤(a)借助设置在被施加有压力的膜上的第一传感器装置(Cmess)产生取决于膜的偏转的测量信号，(b)借助设置在所述被施加有压力的膜上的第二传感器装置(Cref)产生取决于膜的偏转的参考信号，(c)借助微处理器根据所述测量信号产生一组测量值(Cm)，以及(d)根据所述参考信号产生一组相应的参考值(Cr)，其特征在于，(i)依据所述测量值，用于一组期望的参考值(Cr)的容差带被存储在所述微处理器的存储器中，以及(ii)所述参考值(Cr)与所述容差带中的所述一组期望值相比较，并且如果所述一组期望值与所述容差带一致，则：(1)在一致时，检测到由于压力引起的膜偏转，并且所述测量值(Cm)作为所测量的压力的测量值被输出，并且如果所述一组期望值与所述容差带不一致，则(2)检测到由快速温度变化引起的膜偏转，用校正值校正所述测量值(Cm)，并且为所测量的压力输出校正后的测量值。2.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：-通过存储在所述微处理器的存储器中的校正值表依据由快速温度变化引起的测量值变化的变化方向为位于容差带之外的参考值(Cr)与其期望值之间的每个差值分配一个校正值，以及-在检测到快速温度变化时，借助所述微处理器用校正表中的分别分配给参考值(Cr)和对应于测量值的期望值之间的差的校正值来校正测量值(Cm)。3.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：-在检测到快速温度变化时校正测量值(Cm)，其中借助微处理器一直延长用于根据测量信号产生测量值(Cm)的积分时间，直到参考值(Cr)又位于参考值(Cr)的期望值的容差带中。4.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：借助电容传感器(Cmess，Cref)产生所述测量信号和所述参考信号。5.根据权利要求2的方法，还包括以下步骤：借助电容传感器(Cmess，Cref)产生所述测量信号和所述参考信号。6.根据权利要求3的方法，还包括以下步骤：借助电容传感器(Cmess，Cref)产生所述测量信号和所述参考信号。7.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤：将第一传感器装置的电容式传感器(Cmess)设置在膜的中心处，以采集膜的中心区域中的偏转。8.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤：将第二传感器装置的电容式传感器(Cref)设置在膜的边缘区域中，以采集膜的边缘区域中的偏转。9.一种用于检测和补偿压力测量单元上的快速温度变化的系统，所述系统包括(a)第一传感器装置(Cmess)，设置在被施加有压力的膜上，用于产生取决于膜的偏转的测量信号，(b)第二传感器装置，设置在所述膜上，用于产生取决于膜的偏转的参考信号，(c)微处理器，用于根据所述测量信号产生一组测量值(Cm)，并且根据所述参考信号产生一组相应的参考值(Cr)，以及(d)所述微处理器的存储器，用于依据所述测量值存储用于一组期望的参考值(Cr)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J雅各布，H格吕勒，
申请(专利权)人：VEGA格里沙贝两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]