CN102257373A - 用于确定差压的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于输出测量信号的测量装置，该测量信号代表在第一压力和第二压力之间的差，该测量装置包括：第一压力测量换能器模块(1)，用于输出一系列代表第一压力的第一信号；第二压力测量换能器模块(2)，用于产生一系列代表了压力的第二信号；计算模块(3)，用于测定两个压力值之间的一系列的差值，并且用于输出一系列分别代表所述差的第四信号；第一和第二压力测量换能器模块之间的第一电缆连接(14)；以及第二压力测量换能器模块和计算模块之间的第二电缆连接(28)；其中，这些模块空间上彼此分离；其中，第二压力测量换能器模块(2)具有映射单元(24)，其用于接收一系列第一和第二信号以及通过第二电缆连接(28)将一系列包含各个压力值的第三信号输出给计算模块(3)。

Description

用于确定差压的测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于输出测量信号的测量装置，该测量信号代表在第一位置上的介质的第一压力和在第二位置上的介质的第二压力之间的差。

背景技术

这种测量装置至今大多数被实现成差压测量变换器，该差压测量变换器包括差压换能器，该差压换能器包括可施加第一压力和第二压力的差压测量膜，其中，第一压力与第二压力相互抵抗，使得所得到的差压测量膜的形变是第一压力和第二压力之间的差的函数。

通常液压地通过充满油的毛细管道实现第一压力和第二压力从所设定位置到差压换能器的传导。基于与此相关的装配支出，至今仍存在计算差压的设备，其中第一压力和第二压力各自被利用压力测量换能器检测并且基于第一和第二换能器的信号确定差压。

例如在“Hydrostatic Tank Gauging-technology whose time hascome(流体静力学水箱计量技术时代已经到来)”(1990，ISA Services，Inc.)中详述了这种原理。

Endress+Hauser公司例如在1992年销售并说明了一种用于物位测量的模块化测量装置，其包括两个压力测量换能器，它们的PFM信号被传递至计算单元，其中计算单元将PFM信号数字化并基于数字化的PFM信号计算压差，参见“Liquid Level Transmitter Model DB40RLSanitary Sensor deltapilot”。

US专利5,227,782公开一种所谓的液压接口单元(HIU)，用于与多个压力测量变换器进行双向数字通信，其中，通信信号叠加在供电信号上。

US专利5,870,695公开了另一种带有设定的传感器单元的差压测量装置，其中传感器单元的信号被电传递。

一方面存在带有设定的计算模块的测量装置，该计算模块通过电缆分别与两个压力测量换能器模块连接。当以大间距布置该计算模块和压力测量换能器模块时，上述连接方式导致了大的电缆敷设支出。因此，出于抗干扰性原因需要利用防干扰方法朝向压力测量换能器模块布置计算模块的两个接口，因为尤其是在线路连接的干扰中会导致功能故障。与此相关的原因在于例如，典型的4-20mA设备具有电流调节-OP，该电流调节OP通过并联电阻调节电流。如果壳体电势和接地端之间的电容过高，在线路连接的干扰下故障电流流经该并联电阻。这又导致无法再顺利地进行电流调节。

在其他测量装置中，所谓的从测量变换器与主测量变换器连接，其中，该从变送器为主测量变换器提供第一压力测量值，该主测量变换器自行确定第二压力测量值并包含计算单元以计算差压。该技术方案具有以下缺点：通常包括用于离开或进入控制系统的供电线和数据线的操作元件和连接钳的主测量变换器必须被装配在容器开口，例如在所谓的水池中的罐底部上。该位置例如难以接触到。在其他测量位置上，在此对于使用者而言或对于计算单元而言条件不合适，由于具有极端的温度、介质排放、冷凝物、振动或噪音。该技术方案由此不适合所有的测量位置。

发明内容

本发明的目的由此在于提供一种克服了现有技术缺陷的测量装置。

按照本发明，该目的通过按照独立权利要求1的模块化测量装置解决。

按照本发明的模块化测量装置用于输出测量信号，该测量信号代表在第一位置上的介质的第一压力和在第二位置上的介质的第二压力之间的差，该模块化测量装置包括：

第一压力测量换能器模块，其用于探测第一压力并且用于产生和输出一系列第一信号，这些第一信号分别代表第一压力的实际值；

第二压力测量换能器模块，其用于探测第二压力并且用于产生一系列第二信号，这些第二信号分别代表第二压力的实际值；

计算模块，其用于测定第一压力和第二压力之间的一系列差值，并且用于输出一系列第四信号，这些第四信号分别代表第一压力和第二压力之间的差；

第一电缆连接，其处在第一压力测量换能器模块和第二压力测量换能器模块之间；

以及第二电缆连接，其处在第二压力测量换能器模块和测量变换器之间；

其中，第一压力测量换能器模块在空间上与第二压力测量换能器模块分离，并且其中，在计算模块空间上与两个压力测量换能器模块分离；

其中，第二压力测量换能器模块具有映射单元，其用于接收一系列第一信号和一系列第二信号以及用于产生一系列第三信号，该第三信号包括基于至少一个第一信号和至少一个第二信号的关于第一压力的信息和关于第二压力的信息，并且通过第二电缆连接将一系列第三信号输出给计算模块。

在本发明的发展的构成形式中，第一信号是数字信号，和/或第二信号是数字信号。

在本发明的发展的构成形式中，计算模块可通过第三电缆连接，尤其是二线制线路与控制系统连接，其中，测量信号通过第三电缆连接输出，其中，通过第三电缆连接为测量装置供电，其中，通过第二电缆连接为第二压力测量换能器模块供电，并且其中，通过第一电缆连接为第一压力测量换能器模块供电。

第三电缆连接可以尤其包括4-20mA电流回路。

按照发展的构成形式，以第一传输率传输第一信号、以第二传输率传输第二信号以及以第三传输率传输第三信号，其中，第一和/或第二传输率与第三传输率不同。

第一传输率可以尤其大于第三传输率。

在本发明的发展的构成形式中，第三信号包括关于第一压力的信息作为两个或更多第一信号的平均值。

在本发明的发展的构成形式中，第三信号包括关于第二压力的信息作为两个或更多第二信号的平均值。

按照本发明的构造形式，计算模块和/或第二压力测量换能器模块分别具有流电隔离的接口。

流电隔离的接口可以尤其是电感耦合的接口。

附图说明

现借助附图中所示的实施例阐述本发明。其中：

图1示出按照本发明的测量装置的第一种构造形式的方框图；以及

图2示出在测量装置的两个模块之间的数据传输视图。

具体实施方式

图1所示的装置包括第一压力测量换能器模块1、第二压力测量换能器模块2以及计算模块3。

该第一压力测量换能器模块1包括第一压力传感器21，该第一压力传感器被施加第一介质压力p1，并且该第一压力传感器具有用于输出代表第一介质压力的第一初始信号的换能器，其中，该换能器可以例如是电容或(压电)电阻换能器。另外，该压力测量换能器模块包括第一温度传感器，该第一温度传感器探测第一压力传感器的温度，并且输出代表了温度的温度信号。第一压力测量换能器模块另外包括第一信号处理电路12，该第一信号处理电路首先模拟地处理第一压力传感器的初始信号以及如需要的话还有温度信号，并且然后将这两个信号数字化。第一压力和第一温度的数字信号通过第一外部电缆连接14传输给第二压力测量换能器模块2的传输单元23。

第一外部电缆连接14可以包括例如以下线路：

·为第一压力测量换能器模块供电的直流电源V+，

·大地

·时钟信号线，其将带有时钟频率f1的时钟信号从第二传感器模块传输到第一传感器模块，以及

·数据线，其例如以第一传输率传输第一压力和第一温度的数字信号。

只要这些出于EMV需求是必须的，就可以为时钟信号线和数据线分别再设置一个传输具有相反符号的相应信号的导线。

第一压力和第一温度的数字信号通过第一内部连接25从传输单元传输到第二压力测量换能器模块2内的映射单元(Mapping Unit)24。

除了已述及的传输单元23和映射单元24以外，第二压力测量换能器模块2还包括第二压力传感器21，其可被施加第二介质压力p2，并且该第二压力传感器具有用于输出代表第一介质压力的第二初始信号的换能器22，其中，该换能器可以例如是电容或(压电)电阻换能器。另外，该压力测量换能器模块包括第二温度传感器，该第二温度传感器探测第二压力传感器21的温度，并且输出代表了温度的第二温度信号。第二压力测量换能器模块还包括第二信号处理电路22，其首先模拟地处理第二压力传感器的第二初始信号以及如需要的话还有第二温度信号，并且然后将这两个信号数字化。第二压力和第二温度的数字信号通过第二内部电缆连接26被从第二信号处理电路传输到映射单元24中。

在第一和第二内部电缆连接25、26中，由于传输路径较短而不再使用对称反向的时钟信号线和数据信号线。在此，除了电源以外，分别只设置有一个带有第一传输率的数据线和一个带有时钟频率f1的时钟线。

映射单元24包括未示出的微控制器，其一方面为第一压力测量换能器模块1提供时钟信号，而另一方面探测第一压力和第一温度以及第二压力和第二温度的数字信号，并且将包含关于第一压力和第二压力以及第一和第二温度的信息的信号输出以传输至计算模块3。通过第二外部电缆连接28实现向计算模块的传输，该电缆连接例如包括以下线路：

·为第二压力测量换能器模块供电的直流电源V+，

·大地，

·时钟信号线，其将带有时钟频率f1的时钟信号从计算模块传输到第二传感器模块，以及

·数据线，其以单倍的第一传输率或以一半第一传输率将信号从映射单元24传输到计算模块。

计算模块3包括带有微控制器的主电子机构以及用于连接二线制线路的电源电路，该微控制器用于计算第一介质压力和第二介质压力之间的差，在该二线制线路上以4-20mA电流信号提供所计算出来的差压。

另外，该微控制器可以在形成差之前，根据所属的温度测量值利用补偿计算法校正接收到的对于第一压力和第二压力的压力测量值。

电源电路为主电子机构以及所连接的模块提供电源电压。另外，该主电子机构包括HART调制解调器，从而调制电流信号以及在需要时调制数字信号，该数字信号代表了以下测量值中的一个或多个：第一压力、第二压力、差压、第一温度和第二温度。另外，可以在计算模块中通过HART调制解调器传输控制命令。

在图2中示出了通过映射单元24对输入的信号的处理过程。映射单元24通过内部连接25和26分别接收带有数据集或帧的数据流，该数据集或帧分别包括被压力信号、作为“附加信息”的温度信号以及验证数据。数据集首先经受完整性测试241、242，然后对温度信号和压力信号进行分离，压力信号243、244分别被传送给FIR滤波器245、246，该FIR滤波器通过两个测量值在结果中取平均值。借助所谓的“合并”或联合程序247以及随后的检查和算法将压力平均值和温度测量值打包到一个输出数据集中，该输出数据集包括验证数据、经滤波的第一压力信号、温度信号以及经滤波的第二压力信号。这个数据集被通过第二外部电缆连接28输出给计算模块。

如需要，可以将第一压力测量换能器模块1与计算模块2流电隔离。由此，可以在计算模块和第二压力测量换能器模块之间和/或在第二压力测量换能器模块和第一压力测量换能器模块之间提供流电隔离。

Claims (8)

1.用于输出测量信号的模块化测量装置，所述测量信号代表在第一位置上的介质的第一压力和在第二位置上的介质的第二压力之间的差，所述模块化测量装置包括：

第一压力测量换能器模块(1)，其用于探测所述第一压力并且用于产生和输出一系列第一信号，这些第一信号分别代表所述第一压力的实际值；

第二压力测量换能器模块(2)，其用于探测所述第二压力并且用于产生一系列第二信号，这些第二信号分别代表所述第二压力的实际值；

计算模块(3)，其用于测定所述第一压力和所述第二压力之间的一系列差值，并且用于输出一系列第四信号，这些第四信号分别代表所述第一压力和所述第二压力之间的差；

第一电缆连接(14)，其处在所述第一压力测量换能器模块和所述第二压力测量换能器模块之间；

以及第二电缆连接(28)，其处在所述第二压力测量换能器模块和测量变换器之间；

其中，所述第一压力测量换能器模块(1)在空间上与所述第二压力测量换能器模块分离，并且其中，所述计算模块(3)在空间上与所述两个压力测量换能器模块分离；

其中，所述第二压力测量换能器模块(2)具有映射单元(24)，该映射单元用于接收所述一系列第一信号和所述一系列第二信号以及用于产生一系列第三信号，所述第三信号各自包含基于至少一个第一信号和至少一个第二信号的关于所述第一压力的信息和关于所述第二压力的信息，并且所述映射单元通过所述第二电缆连接(28)将所述一系列第三信号输出给所述计算模块(3)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一信号是数字信号，和/或所述第二信号是数字信号。

3.根据权利要求1或2所述的装置，

其中，所述计算模块能够通过第三电缆连接，尤其是二线制线路，与控制系统连接，

其中，所述测量信号通过所述第三电缆连接输出，

其中，通过所述第三电缆连接为所述测量装置供电，

其中，通过所述第二电缆连接为所述第二压力测量换能器装置供电，并且

其中，通过所述第一电缆连接为所述第一压力测量换能器模块供电。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，以第一传输率传输第一信号、以第二传输率传输第二信号以及以第三传输率传输第三信号，其中，所述第一和/或所述第二传输率与所述第三传输率不同。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一传输率大于所述第三传输率。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述第三信号包含关于所述第一压力的信息作为两个或更多第一信号的平均值。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述第三信号包含关于所述第二压力的信息作为两个或更多第二信号的平均值。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述计算模块和/或所述第一压力测量换能器模块和/或所述第二压力测量换能器模块具有流电隔离的接口。

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