CN111480060A - 用于提供经校准的压力换能器的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明，首先，通过在传感器模块的测量电路中实现传递函数W(S1，S2)来补偿(310)传感器模块，该测量电路根据主信号(S1，S2)生成传感器测量值pS。在随后的传感器校准(320)中，传感器测量值pS(p_i)在传感器模块接口处被检测为所施加的压力值的函数并被存储在校准数据库中。在随后的电子模块校准(330)中，在信令接口上提供的测量值信号SM(pS)被检测为借助于校准信号源所施加的传感器测量值pS的函数并被存储在校准数据库中，其中，所施加的传感器测量值对应于传感器校准的pS(p_i)。最后，创建校准日志(340)，其中，在电子模块校准(330)期间确定的测量值信号SM(pS(p_i))被分配给在传感器校准期间施加的压力值p_i。

Description

用于提供经校准的压力换能器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于提供经校准的压力测量变送器的方法。

背景技术

压力测量变送器具有传感器模块、过程连接件和与过程连接件耦合的电子模块；其中，传感器模块具有传感器模块壳体、测量电路、具有特别是测量膜的形式的变形体的压力传感器，以及用于提供第一模拟主信号和第二模拟主信号的测量换能器，其中，测量换能器与变形体功能地连接，其中，压力传感器和测量电路被布置在壳体中；其中，变形体通过压力可接触，其中，第一主信号S1具有关于变形体的压力相关变形和压力传感器的温度的第一相关性，并且其中，第二主信号S2具有对关于变形体的压力相关变形和压力传感器的温度的第二相关性，该第二相关性与第一相关性不同，其中，测量电路适于根据第一主信号S1和第二主信号S2来确定传感器测量值pS(S1，S2)并将其提供给传感器模块接口；其中，电子模块具有电子壳体和被布置在电子壳体中的信令电路、用于从传感器模块接口接收传感器测量值pS的电子模块接口和用于根据接收到的传感器测量值输出测量值信号SM(pS)的信令接口。这样的压力测量变送器可以例如从Endress+Hauser以商标Cerabar、Deltabar和Deltapilot获得。

压力测量变送器的模块化结构提供了为不同的测量任务和使用位置提供传感器模块和电子模块的适当组合的机会，其中，大多数压力测量变送器适合于输出模拟测量值信号，尤其是4mA和20mA之间的电流信号。作为测量的准确性的证明，需要校准协议，该协议将在校准期间提供给传感器模块的定义的压力值p_i与由电子模块输出的测量值信号相关联。

一方面，就传感器模块的生产和补偿而言，以及另一方面，电子模块的生产，是分别进行的，并且在最终组装中将电子模块与传感器模块结合起来是附加的、独立的过程，压力测量变送器的校准需要大量的后勤工作，该校准记录了所施加的压力值与实际输出的测量值信号之间的测量关系。

发明内容

因此，本发明的目的是为这种情况提供一种补救措施。根据本发明，该目的通过独立权利要求1中限定的方法实现。

本发明的方法用于提供经校准的压力测量变送器，其中，用于实施本发明的方法的压力测量变送器具有传感器模块、过程连接件以及与该过程连接件耦合的电子模块；其中，传感器模块具有传感器模块壳体、测量电路、具有特别是测量膜的形式的变形体的压力传感器以及用于提供第一模拟主信号和第二模拟主信号的测量换能器，其中，测量换能器与变形体功能地连接，其中，压力传感器和测量电路被布置在壳体中；其中，变形体通过压力可接触，其中，第一主信号S1具有关于变形体的压力相关变形和压力传感器的温度的第一相关性，其中，第二主信号S2具有关于变形体的压力相关变形和压力传感器的温度的第二相关性，该第二相关性与第一相关性不同，其中，测量电路适于根据第一主信号S1和第二主信号S2来确定传感器测量值pS(S1，S2)并将其提供给传感器模块接口；其中，电子模块具有电子壳体和被布置在电子壳体中的信令电路、用于从传感器模块接口接收传感器测量值pS的电子模块接口和用于根据接收到的传感器测量值输出测量值信号SM(pS)的信令接口；

其中，该方法包括：

校准传感器模块，

其中，传感器模块的校准包括：

向传感器模块提供多个定义的压力值p_i，并记录从传感器模块输出的传感器测量值pS(p_i)；和

存储传感器校准数据，其中，传感器校准数据包括用于校准的压力值p_i和相关的传感器测量值pS(p_i)；

单独校准与传感器模块相关联的电子模块，

其中，电子模块的校准包括：

将电子模块的接口与校准信号源连接，其中，电子模块的接口可以是例如制造接口或电子模块接口；

借助于校准信号源将传感器校准数据的所记录的传感器测量值pS输出到电子模块接口；

在信号接口上记录测量值信号SM(pS)，特别是在室温下；以及

创建校准协议，该校准协议将在电子模块的校准中记录的测量值信号与定义的压力值p_i相关联，在传感器校准中传感器模块被提供有该压力值p_i。

在本发明的进一步改进中，传感器测量值在传感器模块接口上作为数字信号输出。

在本发明的进一步改进中，测量值信号是电流信号，特别是4…20mA的电流信号。

在本发明的进一步改进中，该方法进一步包括将电子模块与传感器模块连接，特别是将传感器模块接口与电子模块接口连接和/或将电子壳体安装在传感器模块壳体上。

在本发明的进一步改进中，该方法进一步包括补偿传感器模块，其中，该补偿在传感器模块的校准之前发生。

在本发明的进一步改进中，该方法还包括安装过程连接件；以及重新调整传感器模块；

其中，安装过程连接件和重新调整在传感器模块的补偿和校准之间发生。

在本发明的进一步改进中，传感器模块的补偿包括：

将传感器模块引入补偿装置中；

在多个温度T_j下向至少一个传感器模块提供多个压力值p_i；

记录相关的第一主信号S1(p_i，T_j)和第二主信号S2(p_i，T_j)；

基于所记录的信号确定换能器传递函数W(S1，S2)，以计算传感器测量值；

pS(S1，S2)＝W(S1(p，T)，S2(p，T))

使得，对于所有i，j，传感器测量值pS(S1(p_i，T_j)，S2(p_i，T_j))在预确定公差值dp1内对应于压力p的预确定线性传感器传递函数S(p)，该压力p被提供给压力传感器，其中，S(p)＝a_s*p+S₀；

在测量电路中实现所确定的换能器传递函数W(S1，S2)；以及

从补偿装置移除传感器模块。

在本发明的进一步改进中，重新调整传感器模块包括：

借助于过程连接件将传感器模块安装在传感器模块校准站上；

向传感器模块提供至少两个压力值p_i，记录相关的传感器测量值pS(p_i)；以及

确定并在测量电路中实现重新调整的换能器传递函数W(S1，S2)或W(S1，S2，ST)，使得至少两个压力测量值p_i的传感器测量值pS(p_i)在公差值dp2内对应于预确定传感器传递函数S(p)＝a_s*p+S₀。

在本发明的进一步改进中，在传感器模块校准站中对传感器模块的校准通过以下方式进行：

重新向传感器模块提供至少两个压力值p_i；

记录相关的传感器测量值pS(p_i)，以及；

将带有值对p_i，pS(p_i)的校准数据存储在数据存储器中。

在本发明的进一步改进中，压力传感器模块在至少两个定义的测量范围内被补偿和/或校准，

其中，第一测量范围在测量范围方面与第二测量范围不同，和/或其中，用于在第一测量范围中校准传感器模块的压力值之间的平均压力差与用于在第二测量范围内校准传感器模块的压力值之间的平均压力差不同。

附图说明

现在将基于在附图中示出的实施例的示例来更详细地解释本发明，附图如下所示：

图1借助于本发明的方法提供的压力测量变送器的实施例的示例的示意图；

图2借助于本发明的方法提供的压力测量变送器的压力传感器的实施例的示例的示意图；和

图3本发明的方法的实施例的示例的流程图。

具体实施方式

图1所示的压力测量变送器D包括压力传感器模块100和被安装在压力传感器模块上的电子模块200。

压力传感器模块100包括压力传感器1、壳体21、过程连接件41和测量电路61。压力传感器1包括诸如图2中更详细地示出的圆盘形陶瓷测量膜2形式的变形体，其沿着外围接头4与明显更硬的圆板形陶瓷平台3紧密地压力接合，以在平台3和测量膜2之间形成测量室5。压力传感器包括具有两个电容器的电容式测量换能器，其输出由压力和温度相关电容确定的两个主信号S1，S2。为此，测量膜2在其面向平台的表面上包括全表面膜电极7，该全表面膜电极7包括例如金属层。在面向平台的表面的测量膜上布置有中央的圆盘形测量电极8，其被圆形的参考电极9围绕，该圆形的参考电极9相对于测量膜2的静止位置中的膜电极7具有基本上相等的电容。参考电极9和测量电极8经由通过平台的金属馈通10、11与测量电路61连接。膜电极7可以例如经由接头与电路接地连接。

测量电路61驱动电极并处理它们的信号。主信号S1的第一个表示测量电极8与膜电极7之间的测量电容c_p，而主信号S2的第二个表示参考电极8与膜电极7之间的参考电容c_r。

例如，主信号以辅助变量H1＝(S1-S2)/S1和H2＝S2的形式作为参数输入传递函数W(S1，S2)中，使得W(S1，S2):＝V(H1，H2)，其中，辅助传递函数V(H1，H2)尤其是H1和H2中的多项式。在给定情况下，传递函数W(S1，S2)和辅助传递函数还具有温度相关项，该温度相关项取决于附加温度传感器的信号，该附加温度传感器记录平台的温度。借助于传递函数，测量电路61计算数字传感器测量值pS，以在传感器模块接口64上输出。

在对压力传感器进行补偿的情况下，在针对压力传感器定义的温度使用范围内的两个或更多个温度下，在针对压力传感器定义的测量范围内向压力传感器提供压力值场，以便例如，确定函数V(H1，H2)的系数，使得对于所有压力值p_i，计算出的传感器测量值pS(p_i)＝W(S1(p_i，T_j)，S2(p_i，T_j))，或pS(p_i)＝V(H1(p_i，T_j)，H2(p_i，T_j))在预确定公差值内对应于所提供的压力值p_i。取决于函数中系数的数量，这可能需要例如在每种情况下在三到五个不同温度下的五到十个压力值。因此，所确定的系数被存储在测量电路的存储器中，以便实现所确定的传递函数。

有利地，在补偿设备中同步地补偿多个传感器模块(100)，该补偿设备可以具有相对紧凑的结构，因为仅补偿没有电子模块并且优选也没有过程连接件的传感器模块。

在随后的制造步骤中，可以将过程连接件41应用于传感器模块100，该过程连接件41例如被实施为法兰并且通过如图1所示的面部焊缝与壳体21连接。实际上，焊接应当几乎没有干扰的发生。但是，要完全做到这一点而不影响传递函数几乎是不可能的。当应校正这些影响时，在室温下(例如，在零点和预定的测量范围上限)进行两点测量就足够了，例如以便然后确定校正后的常数和校正后的H1中的线性项的系数，利用该系数可以重新调整已实现的传递函数。为此，在校准站中向压力传感器模块提供两个压力值，并记录传感器测量值pS(p_i)与p_i的偏差。

有利地，在实施重新调整后的传递函数之后直接进行校准，为此向压力传感器模块提供多个压力值p_i，并且在校准数据库中记录相关联的传感器测量值pS(p_i)。结果，由测量变送器记录实际达到的信号路径的第一部分的测量精度。

上面描述了具有压力传感器的压力传感器模块，该压力传感器具有电容换能器。从根本上讲，可以使用任何其他换能器原理，例如，(压电)电阻换能器，特别是全桥电路的形式的(压电)电阻换能器，在这种情况下，对角电压形成第一近似与压力成比例的第一信号S1并且纵向电压形成基本上温度相关的第二信号S2。换能器的类型不会改变在对传感器模块进行校准之后提供校准数据记录pS(p_i)的特征。

在过程测量技术的现场设备的情况下，电子模块主要用于以特定过程工厂中使用的格式用信号发送传感器测量值。

为此，电子模块200包括壳体221和被布置在壳体中的通信电路261。操作就绪的压力测量变送器的通信电路261借助于电子模块接口262连接到传感器模块100的传感器模块接口64，以便根据传感器测量值pS确定测量值信号SM(pS)并将其在信令接口264上进行输出。特别地，通信电路被适配为首先计算表示传感器测量值的电流值，并且然后设置与所计算的电流值(例如，在4…20mA值范围中)相对应的直流信号。

根据本发明，为了检查和记录压力测量变送器的总传递函数导致正确的测量值信号，由通信电路实现的信号路径的第二部分独立于传感器模块执行，然而，利用在传感器模块的校准中确定的传感器测量值pS(p_i)。为此，电子模块接口连接至校准信号源，通过该校准信号源向通信电路提供在传感器模块的校准中记录的传感器测量值pS(p_i)。在通信接口264上输出的测量值信号SM(pS(p_i))在校准协议中被记录并且被记录为值对SM(p_i)，p_i。

结果，记录了完整信号路径的测量精度，而无需对整个信号路径进行普遍地测试。这意味着在提供经校准的测量变送器方面将大大简化后勤工作并降低成本，而不必相对校准有效性做出任何妥协。

将再次基于图3简要概述本发明的方法的实施例的形式的过程。

首先，传感器模块的补偿310随着传递函数W(S1，S2)在传感器模块的测量电路中的实现而发生。传递函数W(S1，S2)根据主信号S1，S2生成传感器测量值pS。

在随后的传感器校准320中，根据所提供的压力值p_i在传感器模块接口上提供的传感器测量值pS(p_i)被记录并存储在校准数据库中。

在随后的电子模块校准330中，根据借助于校准信号源提供的传感器测量值pS记录在信令接口上被提供的测量值信号SM(pS)并存储在校准数据库中，其中，所提供的传感器测量值对应于传感器校准的pS(p_i)。

最后，接着进行校准协议创建(340)，其中，在电子模块校准(330)中确定的测量值信号SM(pS(p_i))与在传感器校准中提供的压力值p_i相关联。

Claims (10)

1.一种用于提供经校准的压力测量变送器(D)的方法，

其中，用于实施所述方法的压力测量变送器(D)具有传感器模块(100)、过程连接件(41)和与所述传感器模块(100)耦合的电子模块(200)；

其中，所述传感器模块(100)具有传感器模块壳体(21)、测量电路(61)、具有变形体(2)的压力传感器(1)以及用于提供第一模拟主信号和第二模拟主信号的测量换能器，其中，所述测量换能器与所述变形体(1)功能地连接，其中，所述压力传感器(1)和所述测量电路(61)被布置在所述壳体(21)中；

其中，所述变形体(2)通过压力可接触，其中，所述第一主信号S1具有关于所述变形体(2)的压力相关变形和所述压力传感器(1)的温度的第一相关性，其中，所述第二主信号S2具有关于所述变形体的压力相关变形和所述压力传感器的温度的第二相关性，所述第二相关性与所述第一相关性不同，

其中，所述测量电路(61)适于根据所述第一主信号S1和所述第二主信号S2来确定传感器测量值pS(S1，S2)并将其提供给传感器模块接口；

其中，所述电子模块(200)具有电子壳体(221)和被布置在所述电子壳体(221)中的信令电路(261)，用于从传感器模块接口(64)接收所述传感器测量值pS的电子模块接口(262)，以及用于根据所接收的传感器测量值输出测量值信号SM(pS)的信令接口(264)；

其中，所述方法包括：

校准(320)所述传感器模块(100)，其中，所述传感器模块(100)的校准包括：向所述传感器模块提供多个定义的压力值p_i，并记录从所述传感器模块输出的传感器测量值pS(p_i)；并且存储传感器校准数据，其中，所述传感器校准数据包括用于校准的压力值p_i和相关的传感器测量值pS(p_i)；

单独校准(320)与所述传感器模块(100)相关联的电子模块(200)，其中，所述电子模块(200)的校准包括：将所述电子模块(200)的接口与校准信号源连接；借助于所述校准信号源将所述传感器校准数据的所记录的传感器测量值pS输出到所述电子模块接口；在所述信令接口上记录测量值信号SM(pS)；以及

创建校准协议(340)，所述校准协议将在所述电子模块的校准中记录的所述测量值信号与所述定义的压力值相关联，在所述传感器校准中所述传感器模块被提供有所述定义的压力值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器测量值在所述传感器模块接口上作为数字信号输出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量值信号是电流信号，特别是4…20mA的电流信号。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，进一步包括：将所述电子模块与所述传感器模块连接，特别是将所述传感器模块接口与所述电子模块接口连接和/或将所述电子壳体安装在所述传感器模块壳体上。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，进一步包括：

补偿所述传感器模块，其中，所述补偿发生在所述传感器模块的校准之前。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

安装过程连接件；以及

重新调整所述传感器模块；

其中，所述安装过程连接件和所述重新调整在所述传感器模块的所述补偿和所述校准之间发生。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述补偿所述传感器模块包括：

将所述传感器模块引入补偿装置中；

在多个温度T_j下向至少一个传感器模块提供多个压力值p_i；

记录相关的第一主信号S1(p_i，T_j)和第二主信号S2(p_i，T_j)；

基于所记录的信号确定换能器传递函数W(S1，S2)，以计算传感器测量值；

pS(S1，S2)＝W(S1(p，T)，S2(p，T))

使得，对于所有i和j，所述传感器测量值pS(S1(p_i，T_j)，S2(p_i，T_j))在预确定公差值dp1内对应于压力p的预确定线性传感器传递函数S(p)，所述压力p被提供给所述压力传感器，其中，S(p)＝a_s*p+S₀；

在所述测量电路中实现所确定的换能器传递函数W(S1，S2)；以及

从所述补偿装置移除所述传感器模块。

8.根据权利要求6或根据权利要求6和7所述的方法，其中，重新调整所述传感器模块包括：

借助于所述过程连接件将所述传感器模块安装在传感器模块校准站上；

向所述传感器模块提供至少两个压力值p_i，记录相关的传感器测量值pS(p_i)；以及

确定并在所述测量电路中实现经重新调整的换能器传递函数W(S1，S2)，使得对于所述至少两个压力测量值p_i的所述传感器测量值pS(p_i)在公差值dp2内对应于所述预确定传感器传递函数S(p)＝a_s*p+S₀。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中，在所述传感器模块校准站中对所述传感器模块的校准通过以下方式进行：

重新向所述传感器模块提供至少两个压力值p_i；

记录相关的传感器测量值pS(p_i)；以及

将带有值对p_i，pS(p_i)的所述校准数据存储在数据存储器中。

10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述压力传感器模块在至少两个定义的测量范围内被补偿和/或校准，

其中，第一测量范围在所述测量范围方面与第二测量范围不同，和/或其中，用于在所述第一测量范围中校准所述传感器模块的所述压力值之间的平均压力差与用于在所述第二测量范围中校准所述传感器模块的所述压力值之间的平均压力差不同。

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