CN107290100A - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力传感器，其包括至少一个压力测量单元、压力装置以及用于将施加在所述压力装置上的压力传递到所述压力测量单元的至少一条测量管线，其中所述压力传感器包括显示出与所述测量管线相同的特征的至少一条补偿管线，其相对于所述测量管线平行地配置。

Description

压力传感器
技术领域
本发明涉及一种压力传感器，其具有至少一个压力测量单元、压力装置以及用于将施加在所述压力装置上的压力传递到所述测量单元的至少一条测量管线。
背景技术
这种测量单元在现有技术中是已知的，并且通常用于测量具有高处理温度的处理环境中的压力，原因是压力传感器的电子器件不会被加热至超过一定温度，例如125℃。图1示出了根据现有技术的示例性压力传感器1。压力传感器1基本上包括其中配置有电子测量系统和压力测量单元5的壳体11。压力测量单元5经由在当前情况下形成为毛细管7的测量管线与配置在处理连接件9中的压力装置3连接。压力装置和毛细管填充有不可压缩的传递介质(通常为油)，以将施加在压力装置3上的处理压力传递到压力测量单元5。
经由处理连接件9，可以将压力装置3配置在处理环境中。该处理环境通常是指罐或管道，其中旨在测量作为处理压力的罐和/或管道内部的压力。
在现有技术中已知的上述类型的压力传感器中，认为不利的是，在处理环境之外的附加温度影响(例如，施加在毛细管上的附加温度影响)和/或对毛细管施加的机械影响(例如使其产生强的弯曲)可能会歪曲测量结果。此外，认为不利的是，对压力装置产生影响的处理温度也会引起测量误差。这里，温度引起的测量误差导致包含在压力装置和毛细管中的传递介质的膨胀，从而导致压力测量单元的加压效果。
在现有技术中已知的是，经由压力装置和/或压力测量单元的内部的温度传感器来检测这种温度引起的测量误差并对其进行电子补偿。然而，理想地在压力装置和压力测量单元内部存在附加温度传感器由于用于额外要求的传感器的增大的布线费用和更高的成本而被认为是不利的。
发明内容
本发明的目的是进一步开发一种压力传感器，其具有至少一个压力测量单元、压力装置以及用于将施加在所述压力装置上的压力传递到压力测量单元的至少一条测量管线，从而使得可以更成本有效地和更精确地对温度引起和机械引起的测量误差进行补偿。
根据本发明的压力传感器包括至少一个压力测量单元、压力装置以及用于将施加在所述压力装置上的压力传递到所述压力测量单元的至少一条测量管线，其中，所述压力传感器包括优选显示出与所述测量管线相同的特征的至少一条补偿管线，其中所述补偿管线优选相对于所述测量管线平行地配置。
本发明基于以下认识：通过以机械方式对测量误差进行补偿而可以特别容易地发生对热和机械引起的测量误差的精确和成本有效地的补偿，其中优选地可以放弃或至少以更便宜的方式构造以下昂贵的电子补偿设备。
通过根据本发明提供的优选显示出与所述测量管线相同的特征并优选平行于所述测量管线配置的补偿管线，实现了以下结果：在测量管线上施加的温度和/或对测量管线的机械作用对补偿管线产生相同的影响。由于测量管线和补偿管线显示出相同的特征(特别地包括相同的热和机械特征)这一事实，所以外部影响在两条管线上触发相同的效果，使得在测量管线中发生的测量误差(特别是压力变化)在补偿管线中也触发相同的效果。于是，可以机械和/或电子地进行测量误差的补偿。
此外，测量管线和补偿管线会理想地填充有相同的传递介质、优选显示出相同的截面、包含相同体积的传递介质并且配置成彼此尽可能靠近。
这里，测量管线和补偿管线可以构造成所谓的毛细管(即，柔性管线)、管路、配置在压力装置和压力测量单元之间的元件中的孔或其组合。
如果所述补偿管线与再现所述压力装置的压力不敏感元件连接，所述压力不敏感元件以与所述压力装置相同的方式经受相同的处理条件，那么可以以特别简单的方式来补偿处理温度对测量值的影响。通过再现压力装置的相应压力不敏感元件，实现了以下结果：处理温度对包含在补偿管线中的传递介质的影响与对压力装置中的传递介质的影响相同，使得在两条管线(即，补偿管线和测量管线)中产生相同的温度影响，从而在两条管线中发生相同的加热和由此引起的传递介质的相同膨胀。
当所述压力不敏感元件与所述压力装置一起配置在用于将压力装置配置在处理环境中的处理连接件中时，通过集成压力装置和再现压力装置的压力不敏感元件，可以产生特别巧妙的配置。
当所述压力不敏感元件构造成以环形方式包围所述压力装置时，给出了特别节省空间的配置，所述配置也显示出温度对压力装置和压力不敏感元件的尽可能均匀的影响。建议进行这种配置，原因是压力装置通常显示出圆形构造的膜以补偿处理环境中的压力。
为了产生对压力装置和压力不敏感元件的尽可能均匀的温度影响，有利的是，所述压力不敏感元件显示出面向处理环境的面积，所述面积的大小大致等于所述压力装置面向所述处理环境的面积的大小，优选与其相同。这里，在具体的实施方案中，包围压力装置的压力不敏感元件的环形面积与压力装置的膜面积相同。
当所述测量管线和所述补偿管线配置在构造成机械保护装置的共同的保护套中时，可以以特别好的方式对施加到配置在压力装置和压力测量单元之间的传递管线上的温度影响和机械影响进行补偿。通过适宜的共同的保护套，任何温度影响都均匀地分布到测量管线和补偿管线上，使得温度影响对两条管线产生相同的作用。通过这种机械保护件，任何机械影响(例如，特别是在毛细管情况下的过紧的半径或弯曲)也传递到两条管线，使得由此引起的测量误差也同时对两条管线都产生影响。
这里，压力测量单元可以构造成常规的压力测量单元，其测量膜构造成使得测量管线的压力从一侧(特别是前侧)对其产生作用，并且补偿管线的压力从另一侧(特别是后侧)对其产生作用。这代表了一种更成本有效的方案。
可选择地，压力测量单元可以构造成检测正压力和负压力。
于是，这里，例如，可以发生对由温度或机械影响引起的测量误差的补偿，使得所述压力测量单元构造成压力可以作用在其两侧上的压力差测量单元，所述压力差测量单元的一侧与所述测量管线连接，并且所述压力差测量单元的另一侧与所述补偿管线连接。如此，测量压力和测量误差施加到压力测量单元的一侧上，并且仅测量误差施加到压力测量单元的另一侧上，从而使得在压力测量单元中发生对测量误差的纯机械补偿。
因此，本发明也可以有利地用于用来测量压力差的压力传感器。
这种压力传感器的特征在于，所述传感器包括第一和第二压力装置以及两条补偿管线，其中所述压力差测量单元的一侧与第一压力装置的测量管线和分配给第二压力装置的补偿管线连接，并且所述压力差测量单元的另一侧与第二压力装置的测量管线和分配给第一压力装置的补偿管线连接。如此，在压力装置两侧的温度引起和机械引起的测量误差都由纯机械装置进行补偿，从而不需要附加的电子测量系统。
这里，作为经由压力差测量单元对测量误差进行补偿的替代方案，压力传感器还可以显示出两个压力测量单元，并且随后可以发生对测量误差的电子补偿。相应的传感器显示出第一压力测量单元和第二压力测量单元以及电子测量系统。第一压力测量单元与所述测量管线连接，其中这允许在出口侧检测第一压力测量单元上的测量值。第二压力测量单元与所述补偿管线连接，其中这允许在出口侧检测第二压力测量单元上的补偿值。所述测量值和所述补偿值都被馈送到所述电子测量系统，其中通过从所述测量值和所述补偿值形成差值而产生经补偿的测量值，该经补偿的测量值可以在出口侧获得。
附图说明
在下文中，参照基于附图的示例性实施方案对本发明进行更详细地说明。其中：
图1示出了根据现有技术的压力传感器(已经讨论过)，
图2示出了根据本申请的压力传感器的第一示例性实施方案，
图3示出了根据本申请的压力传感器的第二示例性实施方案，和
图4示出了根据本申请的压力传感器的第三示例性实施方案。
具体实施方式
图2示出了根据本申请的压力传感器1的第一示例性实施方案。压力传感器1基本上包括配置在压力传感器1的壳体11中的压力测量单元5。在本示例性实施方案中，压力测量单元5构造成压力差测量单元，并且使得其一个连接端经由测量管线13与压力装置3连接。压力差测量单元5的第二连接端经由补偿管线15与压力不敏感元件4连接。压力装置3和压力不敏感元件4均配置在处理连接件9中，以将压力装置3紧固在处理环境中。
可选择地，在本设计中，压力测量单元5也可以构造成常规的压力测量单元或压电测量单元。
测量管线13和补偿管线15都填充有不可压缩的传递介质(例如油)。如此，施加在压力装置3上的测量压力PM经由测量管线13传递到压力差测量单元5的第一连接端。也填充有传递介质的补偿管线与压力差测量单元5的另一个连接端连接。
在本示例性实施方案中，测量管线13和补偿管线15配置在共同的保护套17中，该保护套充当两条管线13,15的机械保护件。通过保护套17，确保了在管线13,15的区域中作用在压力传感器1上的干扰温度T干扰对测量管线13和补偿管线15产生相同的影响。因此，由温度引起的测量管线13和补偿管线15中的传递介质的体积变化在两条管线中相同。
此外，压力不敏感元件4集成在处理连接件9中并环形地包围压力装置3。在本示例性实施方案中，压力装置3和压力不敏感元件4显示出面向处理环境的相同大小的面积，使得处理温度TP对压力装置3和压力不敏感元件4产生的任何影响也都相同。只有处理压力PM单独地对压力装置3产生影响。通过本实施方案，由处理温度TP或干扰温度T干扰触发的由传递介质的体积变化导致的任何温度引起的测量误差在测量管线13以及补偿管线15中都相同。特别地，这种效果还得到以下事实的支持：在测量管线13和补偿管线15中填充有相同体积的传递介质并且测量管线13和补偿管线15在保护套17中相对于彼此平行地引导。
这里，由于压力差测量单元5在其第一连接端处与测量管线13连接并且在其另一个连接端处与补偿管线15连接这一事实，所以实现了对温度引起的测量误差的纯机械补偿。这里，在测量管线13中，测量压力PM以及由处理温度TP和干扰温度T干扰诱发的压力PT都是有效的。现在，只有温度诱发的压力PT作用在补偿管线15中，原因是压力不敏感元件4防止了测量压力PM的任何影响。这里，由于压力差测量单元的固有特征，所以压力差测量单元5仅检测测量压力PM并使得经由合适的电子系统可得到该测量压力。本实施方案的压力传感器1不排除设置用于补偿测量误差的任何附加电子设备。由于对温度引起的测量误差提供非常简单和直接的补偿，所以它们可以以与现有技术相比不那么复杂的方式进行设计。
在本示例性实施方案中，由于测量管线13和补偿管线15在共同的保护套17中被引导并且该共同的保护套17同时充当用于两条管线13,15的机械保护件这一事实，所以显著减小了附加机械引起的测量误差，并且此外，这里，由于在保护套17中的共同引导，所以这些误差也对两条管线13,15产生相同的影响，从而也发生对相应测量误差的自动补偿。
图3示出了根据本申请的压力传感器1的另一个示例性实施方案。与图2所示的示例性实施方案不同的是，根据图3的示例性实施方案未示出压力差测量单元，而是示出了两个独立的测量单元5.1和5.2。这两个测量单元中的第一个测量单元5.1经由测量管线13与压力装置3连接，并且第二个测量单元5.2经由补偿管线15与压力不敏感元件4连接。
这里，根据本示例性实施方案，未以机械方式进行测量误差的相应补偿，而是在配置在压力测量单元5.1,5.2中的一个的下游的电子测量系统19中通过形成差值来消除测量误差。这可以以模拟或数字的方式发生。
图4示出了根据本发明的其中可以使用压力差传感器的第三示例性实施方案。
图4所示的压力传感器1包括压力差测量单元5，其中在本示例性实施方案中设置了两个压力装置3.1,3.2。这里，第一压力装置3.1经由第一测量管线13.1与压力差测量单元5的一侧连接。如参照图2所示的示例性实施方案所讨论的，分配给第一压力装置3.1的补偿管线15.1与压力差测量单元5的另一侧连接，使得发生相对于第一压力装置3.1引起的测量误差的补偿。为了允许测量压力差，第二压力装置3.2经由第二测量管线13.2与压力差测量单元5的与第一测量管线13.1相对的输入侧连接。因此，相对于第二压力装置3.2引起的测量误差经由第二补偿管线15.2连结到压力差测量单元5的另一个输入侧(即，第一压力装置3.1也与其连接的同一个输入侧)。因此，对压力装置3.1,3.2都进行了误差补偿，使得压力差测量单元5仅检测两个测量压力PM1和PM2之间的压力差。如已经结合先前的示例性实施方案所说明的，测量管线13.1和补偿管线15.1以及测量管线13.2和补偿管线15.2分别配置在各自共同的保护套17.1,17.2中，从而确保温度和机械效应的均匀影响。
附图标记列表
1 压力传感器
3 压力装置
4 压力不敏感元件
5 压力测量单元
7 毛细管
9 处理连接件
11 壳体
13 测量管线
15 补偿管线
17 保护套
19 电子测量系统
PM 测量压力
TP 处理温度
PT 温度诱发的压力

Claims (10)

1.一种压力传感器(1)，其具有至少一个压力测量单元(5)、压力装置(3)以及用于将施加在所述压力装置(3)上的压力传递到所述压力测量单元(5)的至少一条测量管线(13)，
其特征在于，
所述压力传感器(1)包括相对于所述测量管线(13)平行地配置的至少一条补偿管线(15)。
2.根据权利要求1所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述补偿管线(15)显示出与所述测量管线(13)相同的特征。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述补偿管线(15)与形成为像所述压力装置(3)一样的压力不敏感元件(4)连接，所述压力不敏感元件以与所述压力装置(3)相同的方式经受处理条件。
4.根据权利要求3所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述压力不敏感元件(4)与所述压力装置(3)一起集成在处理连接件(9)中。
5.根据权利要求4所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述压力不敏感元件(4)构造成以环形方式包围所述压力装置(3)。
6.根据权利要求5所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述压力不敏感元件(4)显示出面向处理环境的面积，所述面积的大小大致等于所述压力装置(3)面向所述处理环境的面积的大小，优选与其相同。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述测量管线(13)和所述补偿管线(15)配置在构造成机械保护装置的共同的保护套(17)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述压力测量单元(5)构造成压力可以作用在其两侧上的压力差测量单元，所述压力差测量单元的一侧与所述测量管线(13)连接，并且所述压力差测量单元的另一侧与所述补偿管线(15)连接。
9.根据权利要求8所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
所述压力传感器(1)包括第一和第二压力装置(3.1,3.2)以及两条补偿管线(15.1,15.2)，其中所述压力差测量单元的一侧与第一压力装置(3.1)的测量管线(13.1)和分配给第二压力装置(3.2)的补偿管线(15.2)连接，并且所述压力差测量单元的另一侧与第二压力装置(3.2)的测量管线(13.2)和分配给第一压力装置(3.1)的补偿管线(15.1)连接。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的压力传感器(1)，
其特征在于，
-第一压力测量单元(5.1)与所述测量管线(13)连接，并且使得可得到测量值，
-第二压力测量单元(5.2)与所述补偿管线(15)连接，并且使得可得到补偿值，以及
-所述测量值和所述补偿值被馈送到电子测量系统(19)的输入侧，并且在其输出侧提供经补偿的测量值。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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