CN113167673A - 包括用于使隔离膜片偏转的装置的压力计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力计,该压力计包括:压力传感器(1、47);压力变送器(3),该压力变送器连接在压力传感器(1、47)的上游并具有隔离膜片(5),隔离膜片的外侧可以被供应压力(p)并在隔离膜片的下方包围压力接收室(7);并且包括液压传输路径(9),该液压传输路径连接到压力接收室(7)并填充有压力传输流体,并且该液压传输路径将作用在隔离膜片(5)的外侧上的压力(p)传输到压力传感器(1、47),所述压力计允许及早检测压力计的功能损伤,特别是影响测量精度和/或操作安全性的损伤,而不必改变作用在隔离膜片(5)的外侧上的压力(p)和/或不必考虑在隔离膜片(5)上施加所述压力(p)的介质的特性。另外,压力变送器(3)包括可电激活的偏转装置(11),该偏转装置被设计成当被激活时其在隔离膜片(5)上或在连接到隔离膜片(5)的元件上施加使隔离膜片(5)偏转的恒定力。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力计,该压力计包括:
压力传感器,以及
压力变送器,该压力变送器连接在压力传感器的上游并且具有隔离膜片,该隔离膜片的外侧可以被供应压力,并且在其下方包围压力接收室;以及
液压传输路径,该液压传输路径连接到压力接收室并填充有压力传输流体,并且该液压传输路径将作用在隔离膜片的外侧上的压力传输到压力传感器。
压力计包括被设计成绝对压力计、相对压力计和压差计的压力计,并且用于测量压力。
特别地,在工业应用中,特别重要的是,压力计具有一致的高测量精度,并且压力计的任何功能损伤(特别是影响测量精度和/或操作安全性的损伤)可以被尽可能早地检测和补救。这种损伤的主要原因是压力传感器、压力传输流体和隔离膜片的功能损伤。
背景技术
包括测量膜片的压力传感器的功能损伤的主要原因在于,测量膜片的压力灵敏度随时间(例如通过老化或通过过载)而变化。例如,可以以DE 10 2007 016 792 A1或DE 19601 078 A1中描述的方式检测所述功能损伤,其中,用于使测量膜片偏转的偏转装置被集成在压力传感器中,并且借助于机电换能器来检测由偏转装置引起的测量膜片的偏转。例如,这能够确定影响压力传感器的测量精度的测量膜片的刚度的变化。然而,不能以这种方式识别开头提到的类型的压力计的压力传输流体和隔离膜片的功能损伤。例如,隔离膜片的功能损伤可能是由在某些情况下暴露于非常苛刻的工艺条件下的隔离膜片的腐蚀、磨损或脆化引起的,或者是由隔离膜片的外侧上的积聚引起的。例如,可以以DE 10 2005 055 285A1中描述的方式识别所述功能损伤。其中描述了具有开头提到的特征的压力计。所述压力计包括由激励电路驱动的液压激励器,该激励器用于将压力波动施加在液压传输路径上。另外,压力计包括评估单元,该评估单元确定借助于压力传感器测量的压力对所施加的压力波动的依赖性,并由此得出关于隔离膜片状态的结论。利用这样的事实,即隔离膜片的外侧上的积聚对由压力波动引起的强迫振动激励的隔离膜片的振动行为的影响与例如由隔离膜片的腐蚀或磨损引起的降低隔离膜片的刚度的损伤的影响不同。
另外,DE 10 2005 055 285 A1描述了为压力计提供偏转传感器,利用该偏转传感器测量隔离膜片的依赖于频率的偏转。在这种情况下,评估单元还可以基于所测量的隔离膜片的偏转对所施加的压力波动的依赖性得出关于隔离膜片的状态的结论。
然而,此处的缺点在于,从外部作用在隔离膜片上的压力抵消了由激励器引起的压力波动。这样的结果是,该压力以及在隔离膜片上施加该压力的介质的特性(例如其密度、压缩性或韧性)会损害DE 10 2005 055 285 A1中描述的隔离膜片的功能测试,并且应相应地进行考虑。
另一缺点在于,所施加的压力波动的幅度依赖于压力传输流体的压力传输特性。然而,后者可能会在持续操作期间的某些情况下变化。其原因是例如在流体中形成气泡,这导致压力传输流体的增加的压缩性。例如,气泡通过高温下的压力传输流体的分解或通过渗透到压力传输路径中的氢(该氢例如通过扩散而穿过金属隔离膜片)而产生。压力传输流体的压力传输特性的变化导致可以借助于激励器来执行的隔离膜片的功能测试的损伤,而其不能被检测为压力传输流体的功能损伤。
如今,压力计定期进行校准,以便确保压力计始终保持最一致的高测量精度。可以尽可能精确地确定大小的已知压力被供应到压力计的隔离膜片,并且基于在这些加压期间由压力计测量的压力来检查压力计的测量精度。然而,在精确可确定的大小的预定压力下对隔离膜片加压需要定期从使用点移除压力计,或者至少需要在使用点处进行的过程中的剧烈干预。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力计,该压力计允许及早检测压力计的功能损伤,特别是影响测量精度和/或操作安全性的损伤,而不必改变作用在隔离膜片的外侧上的压力和/或不必考虑在隔离膜片上施加所述压力的介质的特性。
为此,本发明包括一种压力计,该压力计具有:
压力传感器,
压力变送器,该压力变送器连接在压力传感器的上游并具有隔离膜片,该隔离膜片的外侧可以被供应压力,并且在该隔离膜片的下方包围压力接收室;以及
液压传输路径,该液压传输路径连接到压力接收室并填充有压力传输流体,并且该液压传输路径将作用在隔离膜片的外侧上的压力传输到压力传感器,
其特征在于,压力变送器包括可电激活的偏转装置,该偏转装置被设计成当被激活时其在隔离膜片上或在连接到隔离膜片的元件上施加使隔离膜片偏转的恒定力。
根据本发明的压力计提供的优点在于,借助于偏转装置施加在隔离膜片或元件上的力可以以限定且受控的方式连接,并且像作用在隔离膜片的外侧上的压力中的与预定的恒定力相对应的压力变化一样影响整个压力计。由于所测量的压力依赖于隔离膜片、压力传输流体和压力传感器的特性,所以所有这些部件的功能损伤会直接影响由借助于压力传感器测量的压力中的力引起的变化,并且因此可以基于所测量的压力及早加以检测。
由于力直接施加在隔离膜片或与其连接的元件上,所以即使压力传输流体的压力传输特性以未知的方式变化,也可以以受控且限定的方式预定并施加力。与借助于激励器施加在液压传输路径上的压力波动的幅度相反,由偏转装置施加在隔离膜片上的力不依赖于压力传输流体的特性。
由于由激活的偏转装置施加在隔离膜片上的力是恒定的,所以该力对所测量的压力的影响不依赖于从外部作用在隔离膜片上的压力或在隔离膜片的外侧上施加该压力的介质的特性。因此,可以在任何时候检查压力计的功能,而在过程中不必知道或不必改变作用在隔离膜片的外侧上的压力,并且介质的特性不会影响检查。
第二发展的特征在于
隔离膜片是磁性的或铁磁的,或者连接到磁性或铁磁元件,并且
偏转装置包括可电激活的电磁体,该电磁体当被激活时在隔离膜片或与其连接的元件上施加使隔离膜片偏转的力。
第一发展的发展的特征在于,压力计包括:
偏转测量电路,该偏转测量电路可以连接或被连接到电磁体并且被设计成使其基于依赖于隔离膜片的偏转的电磁体的特性、基于电磁体的电感或者基于依赖于电磁体的电感的变量来确定依赖于当偏转装置被停用时作用在隔离膜片上的压力的隔离膜片的偏转,以及
测试装置,该测试装置被设计成使得其基于借助于压力传感器测量的压力以及借助于偏转测量电路与之并行地确定的隔离膜片的偏转来检查当偏转装置被停用时压力计的功能和/或测量精度。
第二发展的特征在于,隔离膜片至少部分地或整体地由磁性材料、铁磁材料、铁磁钢、铁素体钢、双相钢或超双相钢构成。
第三发展的特征在于,连接到隔离膜片的磁性或铁磁元件包括被布置在隔离膜片的面向压力接收室的内侧上的盘,其中,该盘
a)由磁性或铁磁材料、磁性或铁磁金属合金、铁磁钢、铁素体钢、双相钢、超双相钢、铁、铸铁、磁性或铁磁陶瓷、铁素体陶瓷或氧化铁构成,
b)应用为至隔离膜片的涂层或电镀涂层,或者通过接合或钎焊连接到隔离膜片,
c)在隔离膜片的材料厚度为25μm至200μm的情况下,盘厚度为0.1μm至500μm,在隔离膜片的材料厚度为25μm至100μm的情况下,盘厚度为0.1μm至300μm,或者在隔离膜片的材料厚度为50μm至200μm的情况下,盘厚度为10μm至500μm,和/或
d)具有小于隔离膜片的直径的直径和/或当隔离膜片的直径为20mm至90mm时具有2mm至15mm的直径,其中,盘相对于隔离膜片同心地布置。
第四发展的特征在于,连接到隔离膜片的元件包括永磁体,该永磁体安装在隔离膜片的面向压力接收室的内侧上。
第四发展的发展的特征在于,永磁体延伸到压力传输路径的与压力接收室相邻的端部区域中,该端部区域至少部分地从外部被电磁体的线圈包围。
第一发展的发展的特征在于
电磁体被集成在压力变送器中,
电磁体包括线圈,该线圈可以经由电控开关装置连接到直流电源,
线圈被定向成使得其平行于表面法线的纵向轴线的延伸通过隔离膜片的中心延伸到隔离膜片上,
线圈被布置成使得其在所有侧面上从外部包围压力传输路径的从压力接收室延伸到压力传感器的部分,和/或
电磁体包括中空圆柱形的芯体,该芯体至少部分地被线圈围绕,并且液压传输路径的通向压力接收室的端部区域延伸通过该芯体。
第五发展的特征在于,压力计包括测试装置,该测试装置被设计成执行压力计的功能测试,其中,偏转装置在每种情况下均在预定时间段期间被激活,并且测试装置基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力来检查压力计。
第五发展的发展特征在于,
测试装置被设计成使得基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力来确定可归因于偏转装置的激活的所测量的压力中的突然压力变化,并且
测试装置被设计成使得其
a)如果压力变化偏离为此目的而预定的基准值超过预定公差,则确定压力计的功能损伤,和/或,
b)基于压力变化与基准值之间的差来检查压力计的测量精度、当差的绝对值超过预定极限值时输出测量精度的损伤,和/或基于差的绝对值来确定并输出测量精度的损伤程度。
第五发展的另一发展的特征在于
偏转装置被设计成使得当被激活时其施加使隔离膜片在其膜片床的方向上偏转的恒定力,
测试装置被设计成使得基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力来确定以压力增加的形式且可归因于偏转装置的激活的所测量的压力中的压力变化,并且
测试装置被设计成使得其:
a)如果压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将隔离膜片的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因,
b)如果压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将隔离膜片的增加的刚度输出为功能损伤的可能原因,
c)如果压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将压力传感器的增加的压力灵敏度和/或压力传感器的测量膜片的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因,和/或
d)如果压力增加降至为此目的预先确定的限值以下,则将压力传输流体的降低的压缩性输出为功能损伤的可能原因。
第五发展的另一发展的特征在于,测试装置被设计成使得其将在功能测试期间测量的压力的时间曲线与为此目的而预定的基准曲线进行比较,和/或基于时间曲线得出依赖于时间曲线的至少一个特征变量并将其与为此目的而预定的基准值进行比较,并且如果该曲线偏离基准曲线超过预定程度和/或特征变量偏离基准值超过预定程度,则检测功能损伤。
第五发展的另一发展的特征在于,
偏转装置被设计成当被激活时其施加使隔离膜片在膜片床的方向上偏转的恒定力,并且
测试装置被设计成使得当所测量的压力在时间段期间从最大压力下降超过预定值时其检测并输出压力计中的泄漏。
本发明还涉及用于根据本发明的压力计的功能测试的方法,其特征在于,执行至少一个功能测试,其中
偏转装置在预定时间段期间被激活,并且
基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力、基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力中的可归因于偏转装置的激活的突然压力变化和/或基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压力的时间曲线来检查压力计的功能。
该方法的发展的特征在于,执行至少一个功能测试使得
偏转装置施加在时间段期间使隔离膜片在其膜片床的方向上偏转的恒定力,并且
在该功能测试中:
a)确定以压力增加的形式且可归因于偏转装置的激活的所测量的压力中的压力变化,并且
a1)如果压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将隔离膜片的降低的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a2)如果压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将隔离膜片的增加的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a3)如果压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将压力传感器的增加的压力灵敏度和/或压力传感器的测量膜片的降低的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a4)如果压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将压力传输流体的降低的压缩性确定为功能损伤的可能原因,和/或
b)如果在时间段期间所测量的压力从最大压力下降超过预定值,则检测到压力计中的泄漏。
此外,本发明包括根据本发明的压力计,其特征在于,
压力传感器是压差传感器,具有隔离膜片的第二压力变送器连接在该压差传感器的上游,隔离膜片的外侧可以被供应第二压力,并且在隔离膜片的下方包围压力接收室,该压力接收室连接到液压传输路径,该液压传输路径填充有压力传输流体并将作用在隔离膜片外侧的第二压力传输到压力传感器,
第二压力变送器包括可电激活的偏转装置,该偏转装置被设计成使得当被激活时其在隔离膜片上或在连接到隔离膜片的元件上施加使第二压力变送器的隔离膜片偏转的恒定力,并且
压力计包括测试装置,该测试装置被设计成执行压力计的功能测试,其中,在每种情况下,在预定时间段期间激活两个偏转装置中的一个,并且测试装置基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压差、基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压差中可归因于相应偏转装置的激活的突然压力变化和/或基于在相应功能测试期间借助于压力传感器测量的压差的时间曲线来检查压力计。
后一种压力计的发展的特征在于
隔离膜片是磁性或铁磁的,或者连接到磁性或铁磁元件,
每个偏转装置在每种情况下包括可电激活的电磁体,该电磁体当被激活时在隔离膜片或与其连接的元件上施加使相应隔离膜片偏转的力,
压力计在每种情况下对于每个电磁体包括偏转测量电路,该偏转测量电路可以连接或被连接到电磁体并且被设计成使得其基于依赖于隔离膜片的偏转的电磁体的特性、基于电磁体的电感或者基于依赖于电磁体的电感的变量来确定依赖于当偏转装置被停用时作用在隔离膜片上的压力的隔离膜片的偏转,并且
测试装置被设计成使得其在同时停用两个偏转装置的同时,基于所测量的压差以及借助于两个偏转测量电路测量的两个隔离膜片的偏转之间的差来检查压力计的功能和/或测量精度。
附图说明
现在将参考示出四个示例性实施例的附图中的图详细解释本发明及其优点。在附图中,相同的元件提供有相同的附图标记。为了能够示出有时具有非常不同的尺寸的部件,选择并非总是按比例绘制的图示。
图1示出:具有压力变送器的压力计,该压力变送器具有磁性或铁磁的隔离膜片;
图2示出:压力变送器,在其隔离膜片上布置有磁性或铁磁的盘;
图3示出:具有隔离膜片的压力变送器,该隔离膜片连接到永磁体;
图4示出:根据时间的在功能测试期间使隔离膜片偏转的力;
图5示出:根据时间的在功能测试的范围内利用完美操作的压力计测量的压力;
图6示出:根据时间的在功能测试的范围内利用表现出泄露的压力计测量的压力;以及
图7示出:压差计。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的压力计的示例,该压力计包括压力传感器1和在压力传感器1上游的压力变送器3。压力变送器3包括隔离膜片5,其外侧可以受待由压力计测量的压力p作用。压力接收室7被包围在隔离膜片5的下方。液压传输路径9连接到压力接收室7,该液压传输路径填充有压力传输流体,并将作用在隔离膜片5的外侧上的压力p传输到压力传感器1。
根据本发明的压力计的特征在于,其压力变送器3包括可电激活的偏转装置11,该偏转装置被设计成当被激活时,其在隔离膜片5上或在连接到隔离膜片5的元件上施加使隔离膜片5偏转的恒定力K。
根据本发明的压力计具有开头提到的优点。各个部件可以具有不同的实施例,这些实施例可以单独使用或者也可以彼此组合使用。
图1示出了示例,其中,隔离膜片5是磁性或铁磁的,并且偏转装置11包括可电激活的电磁体13,该电磁体当被激活时在隔离膜片5上施加使隔离膜片5偏转的力K。在所述实施例中,隔离膜片5至少部分地、但优选地完全由磁性或铁磁材料构成。在这方面,隔离膜片5可以例如由磁性合金、铁磁合金、铁磁钢、铁素体钢、双相钢或超双相钢构成。
所述实施例提供的优点在于,不需要改变隔离膜片5的压力传输特性的部件来生成力,并且由激活的电磁体13施加的磁引力或排斥力直接作用在隔离膜片5上。因此,它特别适用于压力计,通过该压力计测量作用在隔离膜片5的外侧上的相对小的压力p(诸如小于或等于5bar的压力)和/或具有相对高的测量精度。
可替代地,隔离膜片5可以连接到磁性或铁磁元件,并且偏转装置11可以包括可电激活的电磁体13,该电磁体当被激活时在连接到隔离膜片5的元件上施加使隔离膜片5偏转的力K。
作为其示例,图2示出了可以代替图1所示的压力变送器3使用的压力变送器,其中,连接到隔离膜片5的磁性或铁磁盘15被布置在隔离膜片5的面向压力接收室7的内侧上。该实施例提供的优点在于,隔离膜片5的材料在进一步的限制内可自由选择,并且隔离膜片5还可以可选地由非磁性材料(例如不锈钢,特别是奥氏体不锈钢)构成。
由磁性或铁磁材料制成的盘15适合作为盘15。在这方面,盘15可以由例如磁性或铁磁金属合金、铁磁钢、铁素体钢、双相钢、超双相钢、铁或铸铁构成。然而,可替代地,盘15也可以由磁性或铁磁陶瓷或铁素体陶瓷(例如,氧化铁)构成。
依赖于盘15的厚度和材料,盘15可以例如作为涂层、例如作为电镀涂层应用到隔离膜片5,或者可以通过接合(诸如钎焊)连接到隔离膜片5。
作为替代或补充,盘15优选地具有0.1μm至500μm的层厚度。与此相比,隔离膜片5可以具有例如在25μm至200μm的范围内的材料厚度。在这种情况下,借助于压力计测量的压力p越大,优选将隔离膜片5的材料厚度设定得越大。在这方面,在隔离膜片5的材料厚度为25μm至100μm的情况下,盘15优选地具有0.1μm至300μm的厚度,而在隔离膜片5的材料厚度为50μm至200μm的情况下,盘优选地具有10μm至500μm的厚度。
原则上,盘15可以以相对小的盘厚度施加到隔离膜片5,作为整个区域的涂层。然而,优选地,与隔离膜片5同心地布置的盘15的直径小于隔离膜片5的直径。在这方面,在隔离膜片5的直径为20mm至90mm的情况下,盘15优选地具有2mm至15mm的直径。所述实施例提供的优点在于,即使盘15的厚度相对大和/或盘厚度大于隔离膜片5的材料厚度,隔离膜片5的压力传输特性仅通过在此仅与隔离膜片5的中央膜片区域连接的盘5而相对小程度地变化。
作为另一示例,图3示出了可以代替图1所示的压力变送器3使用的压力变送器,其中,永磁体17安装在隔离膜片5的面向压力接收室7的内侧上。所述永磁体17例如可以安装在安装件19上,该安装件布置在隔离膜片5的内侧上并连接到隔离膜片5。
所述实施例还提供的优点在于,隔离膜片5可以可选地由非磁性材料(例如,不锈钢,特别是奥氏体不锈钢)构成。此外,其提供的优点在于,借助于电磁体13,经由连接到隔离膜片5的永磁体17,可以在隔离膜片5上施加比图1和图2所示的变形更大的力。因此,所述实施例特别在用于测量更大压力的具有隔离膜片5的压力计方面是有利的,该隔离膜片相应地是刚性的和/或具有相对大的材料厚度。
不管隔离膜片5是磁性或铁磁的,还是连接到磁性或铁磁元件(诸如图2所示的盘15或图3所示的永磁体17),电磁体13优选地集成在压力变送器3中。这节省了空间,并且由于电磁体13与磁性或铁磁隔离膜片5或连接到隔离膜片5的磁性或铁磁元件之间的相关联的小距离,所以提供的优点在于,由于小距离,所以被激活的电磁体13可以在隔离膜片5上施加相对大的力K。
图1至图3示出如下示例:其中,压力变送器3包括载体21,在该载体的端面上布置有压力接收室7,该压力接收室通过隔离膜片5与外部封闭。载体21在其与端面相对的后面上具有凹部23,电磁体13或电磁体13的至少一部分***该凹部中。
在所示的示例性实施例中,电磁体13在每种情况下包括线圈25,该线圈可以经由图1所示的电控开关装置27连接到集成在压力计中的直流电源IDC。因此,在每种情况下,偏转装置11的激活在此进行,其中,开关装置27被致动使得线圈25连接到直流电源IDC。
替代地或附加地,线圈25优选地定向成使得其纵向轴线的延伸平行于隔离膜片5上的表面法线延伸通过隔离膜片5的中心。替代地或附加地,线圈25优选地被布置成使得其在所有侧面上从外部包围压力传输路径9的从压力接收室7延伸到压力传感器1的部分。
可选地,电磁体13可以包括芯体29,该芯体增加可以借助于电磁体13施加的力,并且至少部分地被线圈25包围。在图1和2示出的实施例中,芯体29优选地是中空圆柱形的,并且被布置成使得液压传输路径9的与压力接收室7相邻的端部区域穿过芯体29。
在图3所示的示例性实施例中,压力变送器3优选地被设计成使得永磁体17延伸到压力传输路径9的与压力接收室7相邻的端部区域中,该端部区域至少部分地在外部被电磁体13的线圈25包围。
现有技术中已知的压力传感器(其可以依赖于压力计的类型而被设计成例如绝对压力传感器、相对压力传感器或压差传感器)可以被用作压力传感器1。所述压力传感器通常包括待经受待测压力的测量膜片31以及机电换能器(例如电容或电阻换能器),该机电换能器将测量膜片31的压力相关偏转转换为电变量。另外,它们包括连接到换能器的压力测量电路33,该电路从计量学角度检测压力相关变量,并提供与测量的压力pgem相对应的测量信号。
图1示出其示例,其中,压力传感器1布置在压力测量室35中,该压力测量室连接到压力传输路径9并且同样填充有压力传输流体,使得在压力测量室35中占主导的压力作用在测量膜片31的外侧上。在此作为示例示出的压力传感器1被设计成绝对压力传感器,其换能器包括在图1中示出并被连接以形成桥电路的压阻元件37。
根据本发明的压力计的优点在于,可以基于力K在借助于压力传感器1测量的压力pgem上的效果而随时检查其功能,该力可以通过激活偏转装置11来连接并使隔离膜片5偏转。所述功能测试可以在预定的或可预定的时间(例如根据要求)以事件驱动的方式或循环地(例如周期性地)加以执行。
为了执行功能测试,有利的是,将偏转装置11配置成使得当被激活时其在隔离膜片5上或在与其连接的元件上施加使隔离膜片5在其膜片床39的方向上偏转的恒定力K。然而,可替代地,也能够操作偏转装置11使得隔离膜片5在由在与其相反的方向上的力K指向离开膜片床39的方向上向外偏转。在上述示例性实施例中,两个力方向可以通过电磁体13的对应极性和定向来实现。
例如,用户可以执行功能测试,其中,用户在相应功能测试期间触发偏转装置11的电子激活,并基于在功能测试期间测量的压力pgem来检查压力计。
作为替代或补充,压力计优选地被设计成使得其可以自动执行功能测试。为此目的,压力计包括测试装置41,该测试装置被设计成执行压力计的功能测试,其中,偏转装置11在每种情况下在预定时间段T期间被激活,并且测试装置41基于在相应功能测试期间借助于压力传感器1测量的压力pgem来检查压力计。
在时间段T期间,偏转装置11在隔离膜片5上施加预定大小的恒定力K。图4示出了根据时间t的在包括时间段T的测试时间段中由偏转装置11施加在隔离膜片5上的力K(t)。在该测试时间段中,偏转装置11在该时间段T之前和之后被停用,其中,当被停用时,其在隔离膜片5上不施加任何力。在时间段T期间,其被激活并在隔离膜片5上施加预定大小的恒定力K。
在正确操作压力计的情况下,该过程导致在整个测试时间段内测量的压力pgem具有图5所示的时间曲线。从图5可以看出,所测量的压力pgem具有与在时间段T之前和之后从外部作用在隔离膜片5上的压力p相对应的值p0,以及在时间段T期间依赖于压力p和恒定力K的值p1。
对于压力计的功能测试,可以使用不同的测试方法,这些测试方法可以基于借助于在每种情况下相应地设计的测试装置14测量的压力pgem来执行。
例如,可以基于以下事实来执行测试方法:激活偏转装置11导致所测量的压力pgem的突然压力变化Δpgem,该突然压力变化依赖于力K的大小和方向以及压力计的特性。
所述压力变化Δpgem基于在时间段T期间测量的最大或最小压力pgem而依赖于力K的方向来确定。由于力K在时间段T期间恒定,所以这样确定的压力变化Δpgem不依赖于作用在隔离膜片5的外侧上的介质的特性。另外,时间段T的大小优选地设定成其与作用在隔离膜片5的外侧上的压力p变化的时间尺度相比较小。
为了执行该测试方法,测试装置41被设计成使得基于在相应功能测试期间借助于压力传感器1测量的压力pgem,如果压力变化Δpgem与为此目的而预定的基准值R相差超过预定公差,则确定可归因于偏转装置11的激活的测量的压力pgem的突然压力变化Δpgem并检测压力计的功能损伤。在这种情况下,基准值R对应于突然压力变化Δp(K)=p1-p0(在图5中标出),这在压力计无错误地工作时是期望的,并且优选地预先确定并存储在与测试装置41相关的存储器43中。
替代地或附加地,测试装置41可选地被设计成使得其基于压力变化Δpgem与基准值R之间的差来检查压力计的测量精度。在这方面,例如,其可以被设计成使得如果差的绝对值超过预定极限值则输出测量精度的损伤和/或可以被设计成使得其基于差的绝对值来确定并输出测量精度的损伤程度。在这种情况下,差的绝对值越大,损伤程度越大。
偏转装置11的激活和得到的压力变化Δpgem突然发生,并且因此在与作用在隔离膜片5的外侧上的压力p变化的时间尺度相比较短的时间段中发生。此外,力K精确地作用在压力计上,就像作用在隔离膜片5的外侧上的压力p的变化一样。相应地,突然压力变化Δpgem形成依赖于压力计的特性和力K的变量,基于该变量可以确定压力计的功能损伤和/或可以检查其测量精度,而无需考虑作用在隔离膜片5的外侧上的压力p或其时间变化。
可选地,还可以基于压力变化Δpgem与基准值R的偏差附加地得出关于功能损伤的可能原因的说明。为此,偏转装置11优选地***作为当被激活时其使隔离膜片5在其膜片床39的方向上偏转。因此,在功能测试中确定的压力变化Δpgem是压力增加,确定其与为此目的而预定的基准值R的偏差。当确定功能损伤的可能原因时,利用以下事实:不同的原因以不同的方式影响由偏转装置11的激活引起的压力增加。
由于压力传感器1由上游压力变送器3保护,所以压力传感器1的功能损伤的主要原因是压力传感器1的压力灵敏度随时间增加的事实。特别地,其原因是由于连续的负载和/或由于老化而发生的损伤,其导致测量膜片31的刚度随时间减小并且因此被作用在其上的压力更大程度地偏转。因此,测试装置41可以可选地被设计成使得如果在功能测试的范围内确定的压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将压力传感器1的增加的压力灵敏度和/或压力传感器1的测量膜片39的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因。
如开头所提到的,压力传输流体的功能损伤的主要原因是其压缩性随时间增加,例如由于气泡的形成或氢的渗透。压力传输流体的压缩性的增加导致当偏转装置11被激活时由压力传输流体传输到压力传感器1的压力仅上升到与具有较低压缩性的情况相比更少的程度。因此,测试装置41可以可选地被设计成使得,如果在功能测试的范围内确定的压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将压力传输流体的增加的压缩性输出为功能损伤的可能原因。
由压力传感器1测量的压力pgem在测量操作和功能测试两者中都依赖于从外部作用在隔离膜片5上的压力p和隔离膜片5的刚度C。依赖性可以通过以下关系大致描述:
其中,K1和K2不是依赖于隔离膜片5的特性的常数。如果隔离膜片5的刚度降低,则其通过借助于偏转装置11施加在其上的力K偏转更多。结果,由偏转装置11的激活引起的所测量的压力pgem中的压力增加相应地更高。相反,增加隔离膜片5的刚度导致由力K相应地降低而引起的所测量的压力pgem中的压力增加。因此,测试装置41可以可选地被设计成使得当压力增加超过为此目的而预定的极限值时,将隔离膜片5的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因,和/或如果压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将隔离膜片5的增加的刚度输出为功能损伤的可能原因。
作为可归因于偏转装置11的激活的所测量的压力pgem的压力变化Δpgem的替代或补充,在功能测试期间测量的压力pgem的时间曲线也可以用于功能测试。为此,测试装置41可选地被设计成使得其将在功能测试期间测量的压力pgem的时间曲线与为此目的而预定的基准曲线进行比较,和/或基于该时间曲线得出至少一个依赖于时间曲线的特征变量并将所述特征变量与为此目的而预定的基准值进行比较。另外,测试装置13优选地被设计成使得,如果曲线与基准曲线偏离超过预定程度和/或特征变量与基准值偏离超过预定程度,则其检测并输出功能损伤。以这种方式,可以识别影响所测量的压力pgem的时间曲线的功能损伤。
特别地,这些包括泄漏,诸如压力传输流体可以穿过的压力传输路径9、测量膜片31或隔离膜片5的泄漏。为了能够检测这种泄漏,偏转装置11优选在每种情况下在预定时间段T期间被激活,并且优选地被设计成当被激活时其在隔离膜片5上或在连接到隔离膜片5的元件上施加使隔离膜片5在膜片床39的方向上偏转的力K。另外,时间段T被预定成使得其与作用在隔离膜片5的外侧上的压力p变化的时间尺度相比较小。如果假设作用在隔离膜片5上的压力p在时间段T期间至少近似恒定,则可以假设在压力计正常运行的情况下,在时间段T期间测量的压力pgem也具有基本恒定的值。如果压力计有泄漏,则这会导致在功能测试期间测量的压力pgem具有可归因于偏转装置11的激活的压力的突然增加,并且随后由于压力传输流体逐渐穿过该泄漏而在时间段T期间持续降低。在图6中示出了所测量的压力pgem的这种时间曲线的示例。
因此,测试装置11可以可选地被设计成使得,如果在时间段T期间所测量的压力pgem从最大压力pmax下降超过为此目的而预定的值,则检测并输出压力计的泄漏。以这种方式,偏转装置11被激活的时间段T越长,可以检测到的泄漏越小。因此,时间段T的大小优选地被设定成使得其一方面尽可能长以便能够可靠地检测甚至很小的泄漏,并且另一方面与从外部作用在隔离膜片5上的压力p变化的时间尺度相比较小。如果压力p每秒变化小于1mbar,则例如可以设定5秒至30秒的时间段T。
可选地,包括电磁体13的根据本发明的压力计可以附加地包括偏转测量电路45,该偏转测量电路可以连接或被连接到电磁体13,并且被设计成使得其基于依赖于隔离膜片5的偏转的电磁体13的特性(例如电磁体的电感L或依赖于电磁体的电感L的变量)来确定依赖于当偏转装置11被停用时作用在隔离膜片5上的压力p的隔离膜片5的偏转。为此,图1示出了示例性实施例,其中,线圈25可以经由电控开关装置27连接到直流电源IDC以用于执行借助于偏转装置11进行的功能测试,并且可以连接到偏转测量电路45以用于执行基于借助于偏转测量电路45测量的隔离膜片5的偏转执行的测试。
在所述实施例中,测试装置41优选地被设计成使得其基于借助于压力传感器1测量的压力pgem以及借助于偏转测量电路45与之并行地确定的隔离膜片5的偏转来检查当偏转装置11被停用时压力计的功能和/或测量精度。
本发明也可以完全类似地与被设计为压差计的压力计结合使用。在这种情况下,压力传感器47被设计为压差传感器,在其上游附加地连接有第二压力变送器3,该第二压力变送器包括隔离膜片5,该隔离膜片的外侧可以被供应第二压力p2,并且在其下方包围压力接收室7。液压传输路径9也连接到所述压力接收室7,该液压传输路径填充有压力传输流体并将作用在第二压力变送器3的隔离膜片5的外侧上的第二压力p2传输到压力传感器47。在图7中示出了这样的示例。两个压力变送器3中的至少一个包括以上述方式设计的偏转装置11。所述压力计的功能测试也可以由用户执行或借助于测试装置41以上述方式执行,其中,偏转装置11中的一个被激活,并且基于在相应功能测试期间测量的压差中可归因于相应偏转装置11的激活的突然压力变化和/或基于在相应功能测试期间测量的压差的时间曲线来检查压力计。
与前述示例性实施例类似,在此还可以可选地使用两个偏转装置11,每个偏转装置包括电磁体13,该电磁体可以连接到以上述方式设计的相关偏转测量电路45。在这种情况下,测试装置41优选地被设计成使得其在停用两个偏转装置11的同时,基于所测量的压差以及借助于两个偏转测量电路45测量的两个隔离膜片5的偏转之间的差来检查压力计的功能。
参考标号列表
1 压力传感器 25 线圈
3 压力变送器 27 开关装置
5 隔离膜片 29 芯体
7 压力接收室 31 测量膜片
9 压力传输路径 33 压力测量电路
11 偏转装置 35 压力测量室
13 电磁体 37 压阻元件
15 盘 39 膜片床
17 永磁体 41 测试装置
19 安装件 43 存储器
21 载体 45 偏转测量电路
23 凹部 47 压差传感器
Claims (17)
1.一种压力计,包括:
压力传感器(1、47),
压力变送器(3),所述压力变送器被连接在所述压力传感器(1、47)的上游并具有隔离膜片(5),所述隔离膜片的外侧能够被供应压力(p),并且在所述隔离膜片的下方包围压力接收室(7),以及
液压传输路径(9),所述液压传输路径被连接到所述压力接收室(7)并填充有压力传输流体,并且所述液压传输路径将作用在所述隔离膜片(5)的外侧上的压力(p)传输到所述压力传感器(1、47),
其特征在于,所述压力变送器(3)包括能够电激活的偏转装置(11),所述偏转装置被设计成当被激活时其在所述隔离膜片(5)上或在连接到所述隔离膜片(5)的元件上施加使所述隔离膜片(5)偏转的恒定力。
2.根据权利要求1所述的压力计,其特征在于,
所述隔离膜片(5)是磁性或铁磁的,或者连接到磁性或铁磁元件,并且
所述偏转装置(11)包括可电激活的电磁体(13),所述电磁体当被激活时在所述隔离膜片(5)上或在连接到所述隔离膜片的元件上施加使所述隔离膜片(5)偏转的力(K)。
3.根据权利要求2所述的压力计,其特征在于,所述压力计包括:
偏转测量电路(45),所述偏转测量电路能连接或被连接到所述电磁体(13)并且被设计成使得其基于依赖于所述隔离膜片(5)的偏转的电磁体(13)的特性、基于所述电磁体(13)的电感(L)、或者基于依赖于所述电磁体(13)的电感(L)的变量来确定依赖于当所述偏转装置(11)被停用时作用在所述隔离膜片(5)上的压力(p)的隔离膜片(5)的偏转;以及
测试装置(41),所述测试装置被设计成使得其基于借助于所述压力传感器(1)测量的压力(pgem)以及借助于所述偏转测量电路(45)与之并行地确定的隔离膜片(5)的偏转来检查当所述偏转装置(11)被停用时所述压力计的功能和/或测量精度。
4.根据权利要求1至3所述的压力计,其特征在于,所述隔离膜片(5)至少部分地或整体地由磁性材料、铁磁材料、铁磁钢、铁素体钢、双相钢或超双相钢构成。
5.根据权利要求1至3所述的压力计,其特征在于,被连接到所述隔离膜片(5)的磁性或铁磁元件包括被布置在所述隔离膜片(5)的面向所述压力接收室(7)的内侧上的盘(15),其中,所述盘(15)
a)由磁性或铁磁材料、磁性或铁磁金属合金、铁磁钢、铁素体钢、双相钢、超双相钢、铁、铸铁、磁性或铁磁陶瓷、铁素体陶瓷或氧化铁构成,
b)被应用为所述隔离膜片(5)的涂层或电镀涂层,或者通过接合或钎焊被连接到所述隔离膜片(5),
c)在所述隔离膜片(5)的材料厚度为25μm至200μm的情况下,盘厚度为0.1μm至500μm,在所述隔离膜片(5)的材料厚度为25μm至100μm的情况下,盘厚度为0.1μm至300μm,或者在所述隔离膜片(5)的材料厚度为50μm至200μm的情况下,盘厚度为10μm至500μm,和/或
d)具有小于所述隔离膜片(5)的直径的直径和/或当所述隔离膜片(5)的直径为20mm至90mm时具有2mm至15mm的直径,其中,所述盘(15)相对于所述隔离膜片(5)同心地布置。
6.根据权利要求1至3所述的压力计,其特征在于,被连接到所述隔离膜片(5)的元件包括永磁体(17),所述永磁体被安装在所述隔离膜片(5)的面向所述压力接收室(7)的内侧上。
7.根据权利要求6所述的压力计,其特征在于,所述永磁体(17)延伸到所述压力传输路径(9)的与所述压力接收室(7)相邻的端部区域中,所述端部区域至少部分地从外部被所述电磁体(15)的线圈(25)包围。
8.根据权利要求2至7所述的压力计,其特征在于,
所述电磁体(13)被集成在所述压力变送器(3)中,
所述电磁体(13)包括线圈(25),所述线圈经由电控开关装置(27)被连接到直流电源(IDC),
所述线圈(25)被定向成使得其平行于表面法线的纵向轴线的延伸通过所述隔离膜片(5)的中心延伸到所述隔离膜片(5)上,
所述线圈(25)被布置成使得其在所有侧面上从外部包围所述压力传输路径(9)的从所述压力接收室(7)延伸到所述压力传感器(1、47)的部分,和/或
所述电磁体(13)包括中空圆柱形的芯体(29),所述芯体至少部分地被所述线圈(25)围绕,并且所述液压传输路径(9)的通向所述压力接收室(9)的端部区域延伸通过所述芯体。
9.根据权利要求1至8所述的压力计,其特征在于,所述压力测量变送器包括测试装置(41),所述测试装置被设计成执行所述压力计的功能测试,其中,所述偏转装置(11)在每种情况下均在预定时间段(T)期间被激活,并且所述测试装置(41)基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1、47)测量的压力(pgem)来检查所述压力计。
10.根据权利要求9所述的压力计,其特征在于,
所述测试装置(41)被设计成使得基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1、47)测量的压力(pgem)来确定能够归因于所述偏转装置(13)的激活的所测量的压力(pgem)中的突然压力变化(Δpgem),并且
所述测试装置(41)被设计成使得其
a)如果所述压力变化(Δpgem)偏离为此目的而预定的基准值(R)超过预定公差,则确定所述压力计的功能损伤,和/或
b)基于所述压力变化(Δpgem)与所述基准值(R)之间的差来检查所述压力计的测量精度、当所述差的绝对值超过预定极限值时输出所述测量精度的损伤,和/或基于所述差的绝对值来确定并输出所述测量精度的损伤程度。
11.根据权利要求9至10所述的压力计,其特征在于,
所述偏转装置(11)被设计成使得当被激活时其施加使所述隔离膜片(5)在其膜片床(39)的方向上偏转的恒定力(K),
所述测试装置(41)被设计成使得基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1)测量的压力(pgem)来确定以压力增加的形式且可归因于所述偏转装置(11)的激活的所测量的压力(pgem)中的压力变化(Δpgem),并且
所述测试装置(41)被设计成使得其:
a)如果所述压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将所述隔离膜片(5)的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因,
b)如果所述压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将所述隔离膜片(5)的增加的刚度输出为功能损伤的可能原因,
c)如果所述压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将所述压力传感器(1)的增加的压力灵敏度和/或所述压力传感器(1)的测量膜片(31)的降低的刚度输出为功能损伤的可能原因,和/或
d)如果所述压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将所述压力传输流体的降低的压缩性输出为功能损伤的可能原因。
12.根据权利要求9至11所述的压力计,其特征在于,所述测试装置(41)被设计成使得其将在所述功能测试期间测量的压力(pgem)的时间曲线与为此目的而预定的基准曲线进行比较,和/或基于所述时间曲线得出依赖于所述时间曲线的至少一个特征变量并将其与为此目的而预定的基准值进行比较,并且如果所述曲线偏离所述基准曲线超过预定程度和/或所述特征变量偏离所述基准值超过预定程度,则检测功能损伤。
13.根据权利要求9至12所述的压力计,其特征在于,
所述偏转装置(11)被设计成当被激活时其施加使所述隔离膜片(5)在其膜片床(39)的方向上偏转的恒定力(K),并且
所述测试装置(41)被设计成使得当所测量的压力(pgem)在所述时间段(T)期间从最大压力(pmax)下降超过预定值时其检测并输出所述压力计的泄漏。
14.一种用于测试根据权利要求1至13所述的压力计的功能的方法,其特征在于,执行至少一个功能测试,其中:
所述偏转装置(11)在预定时间段(T)期间被激活,并且
基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1、47)测量的压力(pgem)、基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1、47)测量的压力(pgem)中可归因于所述偏转装置(11)的激活的突然压力变化(Δpgem)和/或基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(1、47)测量的压力(pgem)的时间曲线来检查所述压力计的功能。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,执行至少一个功能测试使得
所述偏转装置(11)施加在所述时间段(T)期间使所述隔离膜片(5)在其膜片床(39)的方向上偏转的恒定力(K),并且
在此功能测试中:
a)确定以压力增加的形式且可归因于所述偏转装置(11)的激活的所测量的压力(pgem)中的压力变化(Δpgem),并且
a1)如果所述压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将所述隔离膜片(5)的降低的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a2)如果所述压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将所述隔离膜片(5)的增加的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a3)如果所述压力增加超过为此目的而预定的极限值,则将所述压力传感器(1)的增加的压力灵敏度和/或所述压力传感器(1)的测量膜片(39)的降低的刚度确定为功能损伤的可能原因,
a4)如果所述压力增加降至为此目的而预定的极限值以下,则将所述压力传输流体的降低的压缩性确定为功能损伤的可能原因,和/或
b)如果在所述时间段(T)期间所测量的压力(pgem)从最大压力(pmax)下降超过预定值,则检测到所述压力计中的泄漏。
16.根据权利要求1至10所述的压力计,其特征在于,
所述压力传感器(45)是压差传感器,具有隔离膜片(5)的第二压力变送器(3)被连接在所述压差传感器的上游,所述隔离膜片的外侧能够被供应第二压力(p2),并且在所述隔离膜片下方包围压力接收室(7),所述压力接收室连接到液压传输路径(9),所述液压传输路径填充有压力传输流体并将作用在所述隔离膜片(5)的外侧上的第二压力(p2)传输到所述压力传感器(47),
所述第二压力变送器(3)包括能够电激活的偏转装置(11),所述偏转装置被设计成使得当被激活时其在所述隔离膜片(5)上或在连接到所述隔离膜片(5)的元件上施加使所述第二压力变送器(3)的隔离膜片(5)偏转的恒定力,并且
所述压力计包括测试装置(41),所述测试装置被设计成执行所述压力计的功能测试,其中,在每种情况下,在预定时间段(T)期间激活所述两个偏转装置(11)中的一个,并且所述测试装置(41)基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(47)测量的压差、基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(47)测量的压差中可归因于所述相应偏转装置(11)的激活的突然压力变化和/或基于在相应功能测试期间借助于所述压力传感器(47)测量的压差的时间曲线来检查所述压力计。
17.根据权利要求16所述的压力计,其特征在于,
所述隔离膜片(5)是磁性或铁磁的,或者连接到磁性或铁磁元件,
每个偏转装置(11)在每种情况下包括可电激活的电磁体(13),所述电磁体当被激活时在所述隔离膜片(5)上或在连接到所述隔离膜片的元件上施加使所述隔离膜片(5)偏转的力(K),
所述压力计在每种情况下对于每个电磁体(13)包括偏转测量电路(45),所述偏转测量电路能连接或被连接到所述电磁体(13)并且被设计成使得其基于依赖于所述隔离膜片(5)的偏转的电磁体(13)的特性、基于所述电磁体(13)的电感(L)或者基于依赖于所述电磁体(13)的电感(L)的变量来确定依赖于当所述偏转装置(11)被停用时作用在所述隔离膜片(5)上的压力(p、p2)的隔离膜片(5)的偏转,并且
所述测试装置(41)被设计成使得其在停用两个偏转装置(11)的同时,基于所测量的压差以及借助于所述两个偏转测量电路(45)测量的两个隔离膜片(5)的偏转之间的差来检查所述压力计的功能和/或测量精度。
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