DE10352308B4

DE10352308B4 - Kalibriervorrichtung und Kalibrierverfahren für Differenzdrucksensoren

Info

Publication number: DE10352308B4
Application number: DE2003152308
Authority: DE
Inventors: Dietfried Burczyk; Wolfgang Dannhauer; Friedrich Schwabe
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: DE10352308A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Differenzdruckaufnehmers mit einem ersten Druckeingang Ep1 und einem zweiten Druckeingang Ep2 zum Erfassen einer Druckdifferenz dp = p1–p2 bei hohen Drücken p1, p2 umfassend: Anschließen der Druckeingänge Ep1 und Ep2 an einen ersten Druckausgang Ap1 und einen zweiten Druckausgang Ap2 eines hydraulischen Systems, Beaufschlagen des hydraulischen Systems mit einem ersten statischen Druck pstat, welcher an dem ersten Druckausgang Ap1 und an dem zweiten Druckausgang Ap2anliegt, wobei das hydraulische System hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap1 und dem zweiten Druckausgang Ap2 symmetrisch ausgelegt ist, wozu der erste Druckausgang mit dem zweiten Druckausgang kommuniziert; Kalibrieren des Nullpunkts dp = 0 bei pstat; Erzeugen eines Differenzdrucks dp = dp1–dp2 durch Brechen der Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap1 und dem zweiten Druckausgang Ap2 und Kalibrieren des Wertes dp bei pstat, wobei das hydraulische System eine in sich geschlossene Rohrleitungsschleife umfasst, die über einen Druckkanal mit einem statischen Druck pstat beaufschlagbar ist, wobei der erste Druckausgang Ap1 und der zweite Druckausgang Ap2 an die Rohrleitungsschleife mit einem durchflussabhängigen Wirkdruckgeber angeschlossen sind, die Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap1 und dem zweiten Druckausgang Ap2 dadurch gewährleistet ist, dass kein Volumenstrom durch den Wirkdruckgeber erfolgt, und das Brechen der Symmetrie durch Strömenlassen eines hydraulischen Mediums durch die Rohrleitungsschleife erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung und ein Kalibrierverfahren für Differenzdrucksensoren, insbesondere bei hohen statischen Drücken. Zur Kalibrierung werden nach dem Stand der Technik die beiden Druckeingänge eines Differenzdrucksensors und eines parallel geschalteten Referenzgerätes mit statischen Drücken aus unterschiedlichen Druckquellen beaufschlagt. Hierbei erweist es sich, insbesondere bei großen statischen Drücken von mehreren 100 bar, als sehr schwierig, kleine Druckdifferenzen im Bereich von 10 bis 100 mbar hinreichend stabil vorzugeben.
Das Patent DE 199 31 227 C2 offenbart eine Kalibriervorrichtung, bei welcher mittels Pumpen statische Druckunterschiede erzeugt werden.
Das Dokument DD 2 25 503 A1 offenbart eine Kalibriervorrichtung, bei deren Betrieb bei einem vorgegebenen statischen Druck mit einer Handpumpe Medium von der Minusseite abgepumpt und in die Plusseite gedrückt wird. Hierdurch werden die statischen Drücke direkt verändert, um eine Druckdifferenz einzustellen.
Das Dokument DD 2 18 181 A1 offenbart eine Kalibriervorrichtung, welche es ermöglicht, eine Plus- bzw. Minus-Seite eines Differenzdruckprüflings über Ventile an Leitungen anzuschließen, deren Druck über Feinmessmanometer überwacht sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kalibrationsvorrichtung und ein entsprechendes Kalibrationsverfahren bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1 und die Vorrichtung gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 2.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrierung oder Kompensieren eines Differenzdruckaufnehmers mit einem ersten Druckeingang Ep₁ und einem zweiten Druckeingang Ep₂ zum Erfassen einer Druckdifferenz dp = p₁–p₂ bei hohen Drücken p₁, p₂ umfasst: Anschließen der Druckeingänge Ep₁ und Ep₂ an einen ersten Druckausgang Ap₁ und einen zweiten Druckausgang Ap₂ eines hydraulischen Systems; Beaufschlagen des hydraulischen Systems mit einem ersten statischen Druck p_stat, welcher an dem ersten Druckausgang Ap₁ und and dem zweiten Druckausgang Ap₂ anliegt, wobei das hydraulische System hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ symmetrisch ausgelegt ist, wozu der erste Druckausgang mit dem zweiten Druckausgang kommuniziert; Kalibrieren des Nullpunkts dp = 0 bei p_stat;
Erzeugen eines Differenzdrucks dp = (p_stat + dp₁) – (p_stat + dp₂) durch Brechen der Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂, so dass am ersten Druckausgang der Druck p_stat + dp₁ und am zweiten Druckausgang der Druck p_stat + dp₂ anliegt; und Kalibrieren des Wertes Differenzdrucks dp,
wobei das hydraulische System eine in sich geschlossene Rohrleitungsschleife, die über einen Druckkanal mit einem statischen Druck p_stat beaufschlagbar ist, wobei der erste Druckausgang Ap₁ und der zweite Druckausgang Ap₂ an die Rohrleitungsschleife mit einem durchflussabhängigen Wirkdruckgeber angeschlossen sind,
wobei die Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ dadurch gewährleistet ist, dass kein Volumenstrom durch den Wirkdruckgeber erfolgt,
und das zum Brechen der Symmetrie ein Volumenstrom des hydraulischen Mediums in der Rohrleitungsschleife mit einer Pumpe generiert wird.
Die Abweichungen dp₁ und dp₂ können allgemein gleichsinnige positive oder negative Vorzeichen oder entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die Abweichungen dp₁ und dp₂ sind wesentlich geringer als der statische Druck p_stat. Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere dann beachtlich, wenn geringe Differenzdruckwerte dp bei großen statischen Drücken p_stat zu kalibrieren bzw. zu kompensieren sind, d. h., wenn die Abweichungen dp₁ und dp₂ beispielsweise weniger als 1%, weiterhin weniger als 0,1% und insbesondere weniger als 0.01% des statischen Drucks p_stat betragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kalibrierung eines Differenzdruckaufnehmers mit einem ersten Druckeingang Ep₁ und einem zweiten Druckeingang Ep₂ zum Erfassen einer Druckdifferenz dp = p₁–p₂ bei hohen Drücken p₁, p₂ umfasst
ein hydraulisches System mit einem ersten Druckausgang Ap₁ und einem zweiten Druckausgang Ap₂ zum Anschluss der Druckeingänge Ep₁ und Ep₂;
Mittel zum Einstellen verschiedener Konfigurationen des hydraulischen Systems; und
Mittel zum Beaufschlagen des hydraulischen Systems mit einem ersten statischen Druck p_stat
wobei in einer ersten Konfiguration das hydraulische System hinsichtlich der wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ symmetrisch ausgelegt ist, und der erste Druckausgang mit dem zweiten Druckausgang kommuniziert; so dass der erste statische Druck p_stat an dem ersten Druckausgang Ap₁ und and dem zweiten Druckausgang Ap₂ anliegt; und
wobei in einer zweiten Konfiguration die Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ gebrochen ist, so dass am ersten Druckausgang der Druck p_stat + dp₁ und am zweiten Druckausgang der Druck p_stat + dp₂ anliegt,
wobei das hydraulische System eine in sich geschlossene Rohrleitungsschleife, in der eine Pumpe zur Erzeugung eines Durchflusses und ein Wirkdruckgeber angeordnet sind, und einen Druckkanal, über den die Rohrleitungsschleife mit einem statischen Druck p_stat beaufschlagbar ist, wobei der erste Druckausgang Ap₁ und der zweite Druckausgang Ap₂ an den Wirkdruckgeber angeschlossen sind, wobei in der ersten Konfiguration des hydraulischen Systems die Pumpe abgeschaltet ist, so dass kein Volumenstrom fließt, und in der zweiten Konfiguration des hydraulischen Systems die Pumpe in Betrieb ist, um zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ einen vom Volumenstrom abhängigen Differenzdruck zu generieren.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Referenzmessgerät zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckausgang und dem zweiten Druckausgang.
Ein hydraulisches System im Sinne der Erfindung kann eine beliebige Kombination von beispielsweise Leitungen, Kammern, Pumpen, Druckwaagen, und Ventilen sein, welche die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist.
Selbstverständlich können alle erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Überwachung des statischen Drucks einen Absolutdrucksensor aufweisen. Ggf. können zur Überwachung weiterer Randbedingungen beispielsweise Temperatursensoren vorgesehen sein.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Ausgänge des Referenzdifferenzdrucksensors und des Prüflings sowie ggf. des Absolutdrucksensors und der optionalen Temperatursensoren alle einer zentralen Rechnereinheit zur Auswertung und Steuerung der Kalibration bzw. Kompensation zugeführt werden. Gleichermaßen ist es vorteilhaft, wenn der Prüfling einen Programmiereingang aufweist, der mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist, damit die ermittelten druckabhängigen Kompensationsparameter für den Prüfling automatisch abgespeichert werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind beispielsweise geeignet für Kalibrationen und Kompensationen von Differenzdrucksensoren für Differenzdrücke von weniger als 1 bar bei statischen Drücken von mehreren 100 bar.
Wenn bei der Definition der Erfindung in den Ansprüchen von Kalibration die Rede ist, so ist der Begriff weit auszulegen. Der Begriff bezeichnet einerseits die Kalibration im engen Sinne, d. h. die Überprüfung eines Differenzdruckmessgerätes, ob es hinreichend genau misst, und andererseits auch die Kompensation, d. h. die Ermittlung und Einstellung der Antwortfunktion eines Differenzdruckmessgerätes in Abhängigkeit, von externen Störgrößen, wie z. B. dem statischen Druck oder der Temperatur.
Weitere Vorteile und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer hydraulischen Ringleitung und einem Wirkdruckgeber, wobei zum Brechen der Symmetrie ein Durchfluss in der Ringleitung generiert werden kann.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Ringrohrleitung 50 in der eine Zahnradpumpe 50 zur Erzeugung eines Durchflusses angeordnet ist. Die Ringrohrleitung weist weiterhin einen Wirkdruckgeber, beispielsweise mit einer Blende oder einer Venturidüse, auf. Zur Kalibrierung bei einem statischen Druck p_stat wird zunächst die Ringrohrleitung 50 mittels einer Spindelpresse 17 mit dem Druck p_stat beaufschlagt. Wenn der erforderliche statische Druck erreicht ist, wird das Druckquellenventil 18 geschlossen. Solange kein Volumenstrom in der Ringrohrleitung 50 fließt liegt an den Druckausgängen 15 und 16 des Wirkdruckgebers 54 nur der Druck p_stat an. In diesem Zustand kann der Nullpunkt des Prüflings 21 kalibriert bzw. kompensiert werden. Zur Erzeugung einer Druckdifferenz an den Ausgängen des Wirkdruckgebers 54 wird mittels der Zahnradpumpe der erforderliche Volumenstrom durch den Wirkdruckgeber generiert.
Das vorstehende Beispiel hat ausschließlich beschreibenden und keinesfalls beschränkenden Charakter. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung liegen im Bereich des fachmännischen Könnens.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Differenzdruckaufnehmers mit einem ersten Druckeingang Ep₁ und einem zweiten Druckeingang Ep₂ zum Erfassen einer Druckdifferenz dp = p₁–p₂ bei hohen Drücken p₁, p₂ umfassend: Anschließen der Druckeingänge Ep₁ und Ep₂ an einen ersten Druckausgang Ap₁ und einen zweiten Druckausgang Ap₂ eines hydraulischen Systems, Beaufschlagen des hydraulischen Systems mit einem ersten statischen Druck p_stat, welcher an dem ersten Druckausgang Ap₁ und an dem zweiten Druckausgang Ap₂anliegt, wobei das hydraulische System hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ symmetrisch ausgelegt ist, wozu der erste Druckausgang mit dem zweiten Druckausgang kommuniziert; Kalibrieren des Nullpunkts dp = 0 bei p_stat; Erzeugen eines Differenzdrucks dp = dp₁–dp₂ durch Brechen der Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ und Kalibrieren des Wertes dp bei p_stat, wobei das hydraulische System eine in sich geschlossene Rohrleitungsschleife umfasst, die über einen Druckkanal mit einem statischen Druck p_stat beaufschlagbar ist, wobei der erste Druckausgang Ap₁ und der zweite Druckausgang Ap₂ an die Rohrleitungsschleife mit einem durchflussabhängigen Wirkdruckgeber angeschlossen sind, die Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ dadurch gewährleistet ist, dass kein Volumenstrom durch den Wirkdruckgeber erfolgt, und das Brechen der Symmetrie durch Strömenlassen eines hydraulischen Mediums durch die Rohrleitungsschleife erfolgt.
Vorrichtung zur Kalibrierung eines Differenzdruckaufnehmers mit einem ersten Druckeingang Ep₁ und einem zweiten Druckeingang Ep₂ zum Erfassen einer Druckdifferenz dp = p₁–p₂ bei hohen Drücken p₁, p₂ umfassend: ein hydraulisches System mit einem ersten Druckausgang Ap₁ und einem zweiten Druckausgang Ap₂ zum Anschluss der Druckeingänge Ep₁ und Ep₂; Mittel zum Einstellen verschiedener Konfigurationen des hydraulischen Systems; Mittel zum Beaufschlagen des hydraulischen Systems mit einem ersten statischen Druck p_stat, wobei in einer ersten Konfiguration das hydraulische System hinsichtlich der wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ symmetrisch ausgelegt ist, und der erste Druckausgang mit dem zweiten Druckausgang kommuniziert; so dass der erste statische Druck p_stat an dem ersten Druckausgang Ap₁ und an dem zweiten Druckausgang Ap₂ anliegt; und wobei in einer zweiten Konfiguration die Symmetrie des hydraulischen Systems hinsichtlich der aktuell wirksamen hydraulischen Kenngrößen zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ gebrochen ist, so dass am ersten Druckausgang der Druck p_stat + dp₁ und am zweiten Druckausgang der Druck p_stat + dp₂ anliegt, wobei das hydraulische System eine in sich geschlossene Rohrleitungsschleife umfasst, in der eine Pumpe zur Erzeugung eines Durchflusses und ein Wirkdruckgeber angeordnet ist, und einen Druckkanal, über den die Rohrleitungsschleife mit einem statischen Druck p_stat beaufschlagbar ist, wobei der erste Druckausgang Ap₁ und der zweite Druckausgang Ap₂ an dem Wirkdruckgeber angeordnet sind, wobei in der ersten Konfiguration des hydraulischen Systems die Pumpe abgeschaltet ist, so dass kein Volumenstrom fließt, und in der zweiten Konfiguration des hydraulischen Systems die Pumpe in Betrieb ist, um zwischen dem ersten Druckausgang Ap₁ und dem zweiten Druckausgang Ap₂ einen vom Volumenstrom abhängigen Differenzdruck zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 2, welche weiterhin ein Referenzmessgerät zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckausgang und dem zweiten Druckausgang aufweist.