DE3414896C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors mit zwei Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte sich mit dem zu erfassenden Differenzdruck ändern, sowie mit einer Auswerteschaltung, die aufgrund der Differenz der reziproken Kapazitätswerte ein dem Differenzdruck entsprechendes Signal erzeugt.

Kapazitive Einkammerdifferenzdrucksensoren werden in Differenzdruckmeßgeräten verwendet, mit deren Hilfe beispielsweise der Durchfluß einer Flüssigkeit durch ein Leitungsrohr meßbar ist.

Ein aus der GB-20 48 488 A bekannter Differenzdrucksensor dieser Art mit einer Auswerteschaltung enthält eine Oszillatorschaltung, welche die reziproken Kapazitätswerte der Meßmembranen ermittelt, und ein Rechenglied, welches aus den ermittelten reziproken Kapazitätswerten einen weitgehend temperaturabhängigen Differenzdruck ermittelt. Zur Kompensation der Temperaturfehler ist das Rechenglied erforderlich.

In der älteren Patentanmeldung P 33 21 580 ist eine Vorrichtung zur Verringerung temperaturabhängiger Meßfehler in einem kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensor beschrieben, der aus einem von zwei eleastischen Membranen abgeschlossenen und mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllten Hohlraum besteht. Die Membranen sind elektrisch leitfähig und bilden mit je einer Schichtelektrode Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte von dem auf die elastischen Membranen einwirkenden und dadurch die Membranen auslenkenden Differenzdruck abhängen. Da die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit und damit auch die Kapazitätswerte der Meßkondensatoren temperaturabhängig sind, ändern sich damit auch die vom Einkammerdifferenzdrucksensor gelieferten Druckmeßwerte. Zur Verringerung dieser Meßfehler kann aus der Summe der reziproken Kapazitätswerte ein Temperatursignal abgeleitet werden, dessen Wert der Temperatur des Einkammerdifferenzdrucksensors entspricht. In einer Auswerteschaltung wird der fehlerhafte Druckmeßwert durch das Temperatursignal dividiert, wodurch die Temperaturdrift des Einkammerdifferenzdrucksensors weitgehend kompensiert wird. Sowohl zur Ermittlung des Temperatursignales als auch zur Kompensation der Temperaturdrift sind analoge bzw. digitale Rechenglieder erforderlich, die das bekannte Differenzdruckmeßgerät erheblich verteuern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und preisgünstig herstellbare Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß jedem Meßkondensator je ein nicht unter dem Einfluß des Differenzdruckes stehender Korrekturkondensator parallel geschaltet ist, dessen Kapazität C sich aus der Beziehung

ergibt, wobei sich A und B aus den Beziehungen

ergeben und C 11 bzw. C 12 die Kapazität des ersten Meßkondensators bei einer ersten bzw. zweiten Temperatur und
C 21 bzw. C 22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators bei der ersten bzw. zweiten Temperatur bei einem vorgegebenen Differenzdruck bedeuten.

Hierbei sind zur Verringerung der temperaturabhängigen Meßfehler lediglich zwei einfache Kondensatoren erforderlich, deren Kapazitätswerte mit vier Kapazitätsmessungen und geringem Rechenaufwand schnell bestimmbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Sie zeigt einen kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensor mit Korrekturkondensatoren, die zu den Meßkondensatoren parallel geschaltet sind.

Der Einkammerdifferenzdrucksensor 1 besteht aus einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 2, der von elektrisch leitfähigen, elastischen Membranen 3 und 4 abgeschlossen ist. Die Membranen 3 und 4 bilden mit je einer weiteren Schichtelektrode 5 und 6 Meßkondensatoren C 1 und C 2, denen je ein Korrekturkondensator 7 bzw. 8 parallel geschaltet ist.

In je einer Meßschaltung 9 bzw. 10 wird ein Meßsignal erzeugt, dessen Wert der reziproken Kapazität der Parallelschaltung aus Korrekturkondensator 7 bzw. 8 und Meßkondensator C 1 bzw. C 2 entspricht. In einem Subtrahierglied 11 wird aus der Differenz der Meßsignale ein Drucksignal erzeugt, dessen Wert dem zu erfassenden Differenzdruck entspricht.

Wirkt in Richtung des Pfeiles 12 ein größerer Druck auf die Membrane 3 als in Richtung des Pfeiles 13 auf die Membrane 4, lenkt die Membrane 3 in Richtung des Pfeiles 12 aus und drückt Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen der Elektrode 6 und der Membrane 4, so daß dadurch auch die Membrane 4 in Richtung des Pfeiles 12 auslenkt.

Die Kapazität des Meßkondensators C 1 nimmt zu, und die Kapazität des Meßkondensators C 2 nimmt ab. Somit nimmt der Wert des in der Meßschaltung 9 erzeugten Meßsignales ab und der Wert des in der Meßschaltung 10 erzeugten Meßsignales nimmt zu.

Im Subtrahierglied 11 wird aus der Differenz der Meßsignale ein Drucksignal erzeugt, dessen Betrag Auskunft über die Differenz der in Richtung der Pfeile 12 und 13 auf die Membranen 3 und 4 einwirkenden Drücke gibt und dessen negatives Vorzeichen beispielsweise Auskunft darüber gibt, daß auf die Membrane 3 ein größerer Druck einwirkt als auf die Membrane 4.

Da sich die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit im Hohlraum 2 und damit auch die Kapazitätswerte der Meßkondensatoren C 1 und C 2 mit der Flüssigkeitstemperatur verändern, verändert sich auch der im Subtrahierglied 11 ermittelte Differenzdruckmeßwert. Ohne die Korrekturkondensatoren 7 und 8 ergibt sich der Differenzdruck Δ P anhand der Beziehung b × Δ P = 1/C 1-1/C 2,
wobei b der der Empfindlichkeit des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 entsprechende Faktor ist, dessen Wert von der Temperatur der Flüssigkeit abhängt.

Zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 ist den Meßkondensatoren C 1 und C 2 je ein Korrekturkondensator 7 bzw. 8 mit derselben Kapazität C parallelgeschaltet, so daß sich die Kennlinie des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 nach der Beziehung b × Δ P = 1/C 1 + C) - 1/(C 2 + C) ergibt.

Diese Kennlinie ist nahezu temperaturabhängig, wenn sich bei konstantem Differenzdruck für zwei verschiedene Temperaturen derselbe Druckmeßwert b × Δ P ergibt. Anhand der sich aus dieser Forderung ergebenden Beziehung

1/(C 11 + C) - 1/(C 21 + C) = 1/(C 12 + C) - (C 22 + C)

ist die Kapazität C der Korrekturkondensatoren 7 und 8 bestimmbar.

Hierbei bedeuten C 11 bzw. C 12 die Kapazität des ersten Meßkondensators C 1 bei einer ersten bzw. bei einer zweiten Temperatur und C 21 bzw. C 22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators C 2 bei der ersten bzw. zweiten Temperatur.

Hieraus ergibt sich für die Kapazität C die Beziehung

mit

Ein experimentell erprobter Einkammerdifferenzdrucksensor 1 enthält Meßkondensatoren, die bei einem konstanten Differenzdruck von Δ P = 500 mbar folgende Werte haben:

C 11 = 181,49 pF
C 12 = 150,22 pF
C 21 = 338,41 pF
C 22 = 254,24 pF.

Die Empfindlichkeit dieses Einkammerdifferenzdrucksensors ist weitgehend temperaturunabhängig, wenn den Meßkondensatoren je ein Korrekturkondensator parallelgeschaltet ist, dessen Kapazität 35,17 pF beträgt.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors mit zwei Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte sich mit dem zu erfassenden Differenzdruck ändern, sowie mit einer Auswerteschaltung, die aufgrund der Differenz der reziproken Kapazitätswerte ein dem Differenzdruck entsprechendes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Meßkondensator (C 1, C 2) je ein nicht unter dem Einfluß des Differenzdruckes stehender Korrekturkondensator (7; 8) parallel geschaltet ist, dessen Kapazität C sich aus der Beziehung ergibt, wobei sich A und B aus den Beziehungen ergeben und C 11 bzw. C 12 die Kapazität des ersten Meßkondensators (C 1) bei einer ersten bzw. zweiten Temperatur und
   C 21 bzw. C 22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators (C 2) bei der ersten bzw. zweiten Temperatur bei einem vorgegebenen Differenzdruck bedeuten.