DE102006058269A1

DE102006058269A1 - Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überwachung mindestens eines Drucksensors und entsprechender Drucksensor

Info

Publication number: DE102006058269A1
Application number: DE200610058269
Authority: DE
Inventors: Michael Roth; Stefan Schulze
Original assignee: Endress and Hauser Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-12-09
Also published as: DE102006058269B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überwachung mindestens eines Drucksensors (1), wobei der Drucksensor (1) mindestens eine Membran (2) aufweist. Die Erfindung beinhaltet, dass mit dem Drucksensor (1) ein an der Membran (2) anliegender Prozessdruck gemessen wird, dass die Membran (2) mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt wird, und dass der durch die Druckbeaufschlagung sich an der Membran (2) ergebende Druck gemessen wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen entsprechenden Drucksensor (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überwachung mindestens eines Drucksensors, wobei der Drucksensor mindestens eine Membran aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Drucksensor zur Messung eines Druckes, mit mindestens einer Membran.
In der modernen Prozess- und Automatisierungstechnik werden in vielen Bereichen Drucksensoren zur Druckmessung eingesetzt. Ein Drucksensor ist ein Druckmessgerät, welches die physikalische Größe Druck beispielsweise in eine zum Druck (= Kraft pro Flächeneinheit) proportionale elektrische Ausgangsgröße umwandelt. Alternativ sind auch mechanische Anzeigegeräte bekannt. Bekannt sind beispielsweise Absolut- oder Relativdrucksensoren. Viele Drucksensoren weisen wenigstens eine Membran auf, auf welche ein Prozessdruck wirkt und deren Ausdehnung als Maß für den Druck verwendet wird. So enthalten beispielsweise kapazitive Drucksensoren einen z.B. in einen Siliziumchip eingebrachten Kondensator. Der Abstand der Kondensatorplatten ist dabei abhängig vom Druck, der über die Membran auf sie wirkt. Dadurch ergibt sich, dass die Kapazität des Kondensators druckabhängig ist, so dass aus der Kapazität auf den Druck bzw. aus einer Kapazitätsänderung auf eine Druckänderung geschlossen werden kann. Bei einem Relativdrucksensor wird zumindest eine Membran von einer Seite mit dem Prozessdruck und von der anderen Seite mit einem Relativdruck, meist dem Atmosphärendruck beaufschlagt.
Bei im Prozess befindlichen Messgeräten ist es meist ein aufwändiges Unterfangen, die Messgeräte zu kalibrieren oder zumindest in Bezug auf ihre Messgenauigkeit zu überprüfen. Hierfür ist es meist erforderlich, die Geräte auszubauen, was meist zu einer Unterbrechung des Prozesses führt oder was auch mit Reinigungsproblemen einhergehen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein möglichst einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überwachung eines Drucksensors bzw. einen entsprechend verwendbaren Drucksensor vorzuschlagen.
Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich des Verfahrens derartig, dass mit dem Drucksensor ein an der Membran anliegender Prozessdruck gemessen wird, dass die Membran mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt wird und dass der durch die Druckbeaufschlagung sich an der Membran ergebende Druck gemessen wird. Das Verfahren weist somit zumindest folgende Schritte auf: ein Prozessdruck wird gemessen, die Membran wird zusätzlich zum Prozessdruck mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt und der sich aus der Druckbeaufschlagung ergebende Druck von dem Drucksensor wird gemessen. Der an der Membran anliegende Prozessdruck wird also mit einem zusätzlichen Druck überlagert und anschließend wird der sich an der Membran ergebende Druck gemessen. In diesem Verfahren ist es somit möglich, dass der Drucksensor eingebaut im Prozess verbleibt. Der Erfindung liegt somit zugrunde, dass bei einem gemessenen Prozessdruck ein vorgebbarer und somit bekannter Druck auf die Membran gegeben wird und dass der sich aus Prozessdruck und aufgebrachtem Druck einstellende Druck vom Messsensor selbst gemessen wird. In einer Ausgestaltung wird die Membran mit dem gemessenen Wert für den Prozessdruck beaufschlagt, wobei jedoch die vom Prozess abgewandte Seite beaufschlagt wird, d.h. die Membran erfährt von beiden Seiten den gleichen Druck, so dass der resultierende bzw. der vom Sensor gemessene Druck Null in dem Fall sein müsste, dass der Sensor kalibriert ist und der gemessene Wert dem real gegebenen Wert entspricht, d.h. in dem Fall, dass mit dem Sensor alles in Ordnung ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass der Wert, welcher für den sich durch die Druckbeaufschlagung ergebenden Druck gemessen wird, mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird. In dem oben geschilderten Fall, dass die Membran rückseitig mit dem für den Prozessdruck gemessenen Wert beaufschlagt wird, ist der Sollwert Null. Bei diesem Vergleich wird insbesondere in einer Ausgestaltung ein Toleranzband für die Abweichung vorgegeben. In der Ausgestaltung, in welcher die Rückseite, d.h. die vom Prozess abgewandte und somit nicht mit dem Prozessdruck beaufschlagte Seite der Membran mit dem zusätzlichen Druck beaufschlagt wird, ist der Sollwert im Wesentlichen gleich der Differenz aus dem Prozessdruck und dem zusätzlichen Druck.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Membran mehrfach mit dem gleichen Druck und/oder mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt wird. In einer Ausgestaltung wird der Prozessdruck parallel mit einem zusätzlichen, unabhängigen Druckmessegerät gemessen, um Änderungen des Prozessdruckes während des erfindungsgemäßen Verfahrens zu berücksichtigen. Wird die Membran mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt, wobei damit unterschiedliche Sollwerte einhergehen, d.h. den unterschiedlichen Drücken ist jeweils ein eigener Sollwert zugeordnet, so erlaubt dies, nicht nur einen speziellen Druckpunkt auszumessen, sondern auch eine Steigung des Drucksensors zu kalibrieren.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Stärke des Drucks, mit welchem die Membran beaufschlagt wird, im Wesentlichen gleich dem gemessenen Prozessdruck vorgegeben wird, und dass der Sollwert als im Wesentlichen identisch mit Null vorgegeben wird. In einer weiteren Ausgestaltung wird insbesondere ein zum Prozessdruck, aber auch zum Atmosphärendruck unterschiedlicher Druck auf die Membran gegeben.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass eine Abweichung zwischen dem Wert, welcher für den sich durch die Druckbeaufschlagung ergebenden Druck gemessen wird, und dem vorgebbaren Sollwert für die Kalibrierung und/oder für die Überwachung verwendet wird. Tritt eine Abweichung zwischen dem gemessenen resultierenden Druck und dem zu erwarteten Sollwert auf, so bedeutet dies, dass der gemessene Wert für den Druck nicht den anliegenden Wert wiedergibt. Somit ist dies zumindest ein Anzeichen dafür, dass ggf. ein Ausbau oder ein Austauschen erforderlich ist. Aus dem Maß des Unterschieds wird in einer Ausgestaltung ein Maß für die Kalibrierungs- oder Service-Intervalle ermittelt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die vom Prozessdruck abgewandte Seite der Membran mit dem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt wird. Dies ist insbesondere für die Ausgestaltung vorteilhaft, dass die Membran mit dem für den Prozessdruck gemessenen Wert beaufschlagt wird, so dass Null der zu erwartende Sollwert ist.
Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe gemäß des Drucksensors dadurch, dass der Drucksensor derartig ausgestaltet ist, dass die Membran mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagbar ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors beinhaltet, dass der Drucksensor derartig ausgestaltet ist, dass die Membran mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke, welcher im Wesentlichen unterschiedlich zu einem anliegenden Atmosphärendruck ist, beaufschlagbar ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors sieht vor, dass die Membran zwei Seiten aufweist, wobei eine Seite einem Prozessdruck zugewandt ist, und wobei die vom Prozessdruck abgewandte Seite der Membran mit dem Druck der vorgebbaren Stärke beaufschlagbar ist. Es ist also insbesondere erforderlich, dass die Bauteile und Dichtungen eine Druckbeaufschlagung erlauben.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematisch Darstellung eines erfindungsgemäßen Drucksensors, und
2: eine detaillierte Darstellung eines Drucksensors.
In der 1 ist schematisch ein Drucksensor 1 dargestellt, welcher den Prozessdruck in einem Behälter 5 messen soll, in welchem sich beispielsweise ein Medium 6 befindet. Für die Druckmessung verfügt der Drucksensor 1 über eine Membran 2, deren Verhalten als Reaktion auf den Druck oder eine Druckänderung als Maß für den Druck genommen wird.
Für die Kalibrierung und/oder Überprüfung des Drucksensors 1 wird in dem hier gezeigten Beispiel der Prozessdruck gemessen, welcher sich beispielsweise über die hier nur sehr schematisch dargestellte Auswerteeinheit 3 ergibt. Dieser Prozessdruck liegt dabei auf der dem Prozessdruck zugewandten Seite der Membran 2 an. Dann wird auf der vom Prozess abgewandten Seite ein Druck einer vorgebbaren Stärke aufgebracht. Dazu wird eine Druckbeaufschlagungseinheit 4 verwendet, also eine Einheit, welche einen vorgebbaren Druck erzeugen kann. Damit die Druckbeaufschlagung erfolgen kann, ist der Drucksensor 1 passend auszugestalten, d.h. insbesondere das der Druckkanal bzw. Dichtungen usw. mit einem solchen Druck beaufschlagbar sind. Der zusätzlich an der vom Prozessdruck abgewandten Seite der Membran 2 aufgebrachte Druck wirkt dem Prozessdruck, der an der anderen Seite der Membran 2 anliegt, entgegen und bewirkt somit, dass auch die „Auslenkung" der Membran 2 geändert wird. Damit geht einher, dass der Drucksensor 1 als Ganzes einen anderen Druck misst, welcher sich aus der Überlagerung des Prozessdruckes mit dem zusätzlichen Druck ergibt, d.h. die Auswerteeinheit 3 erzeugt, während der Prozessdruck und der zusätzliche Druck anliegen, einen neuen Messwert. Bei dieser Beaufschlagung der Rückseite der Membran 2, während des Anliegens des Prozessdrucks an der Vorderseite, ergibt sich der Sollwert für den nach der Druckbeaufschlagung messbaren Wert als Differenz aus dem gemessenen Prozessdruck und der Stärke des Drucks, mit dem die Rückseite beaufschlagt wird. In dem Fall, dass die Rückseite der Membran 2 mit dem für den Prozessdruck gemessenen Wert beaufschlagt wird, ist der vorgegebene Sollwert Null. D.h. zeigt der Drucksensor 1 in diesem Fall einen Wert außerhalb eines Toleranzbereichs ungleich Null an, so ist eine Kalibrierung erforderlich.
In der 2 sind ein Schnitt und eine Vergrößerung (Z) durch einen Drucksensor 1 dargestellt, bei welchem es sich um einen Differenzdrucksensor handelt, welcher insbesondere für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In einem solchen Differenzdrucksensor wird eine Seite der Membran mit dem Prozessdruck beaufschlagt, während an der anderen Seite der Atmosphärendruck anliegt. Die Einlässe sind dabei jeweils über Kanäle mit der jeweils passenden Seite verbunden. Für die Beaufschlagung mit dem zusätzlichen Druck sind daher diese Kanäle bzw. die Verbindungen und die Dichtungen druckdicht auszugestalten. Insbesondere ist ein passender Anschluss am Drucksensor 1 vorgesehen, an welchem sich eine Druckbeaufschlagungseinheit anschließen lässt.

1: Drucksensor
2: Membran
3: Auswerteeinheit
4: Druckbeaufschlagungseinheit
5: Behälter
6: Medium

Claims

Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überwachung mindestens eines Drucksensors (1), wobei der Drucksensor (1) mindestens eine Membran (2), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Drucksensor (1) ein an der Membran (2) anliegender Prozessdruck gemessen wird, dass die Membran (2) mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt wird, und dass der durch die Druckbeaufschlagung sich an der Membran (2) ergebende Druck gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Wert, welcher für den sich durch die Druckbeaufschlagung ergebenden Druck gemessen wird, mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) mehrfach mit dem gleichen Druck und/oder mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Drucks, mit welchem die Membran (2) beaufschlagt wird, im Wesentlichen gleich dem gemessenen Prozessdruck vorgegeben wird, und dass der Sollwert als im Wesentlichen identisch mit Null vorgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung zwischen dem Wert, welcher für den sich durch die Druckbeaufschlagung ergebenden Druck gemessen wird, und dem vorgebbaren Sollwert für die Kalibrierung und/oder für die Überwachung verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Prozessdruck abgewandte Seite der Membran (2) mit dem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagt wird.
Drucksensor (1) zur Messung eines Druckes, mit mindestens einer Membran (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1) derartig ausgestaltet ist, dass die Membran (2) mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke beaufschlagbar ist.
Drucksensor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1) derartig ausgestaltet ist, dass die Membran (2) mit einem Druck einer vorgebbaren Stärke, welcher im Wesentlichen unterschiedlich zu einem anliegenden Atmosphärendruck ist, beaufschlagbar ist.
Drucksensor (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) zwei Seiten aufweist, wobei eine Seite einem Prozessdruck zugewandt ist, und wobei die vom Prozessdruck abgewandte Seite der Membran (2) mit dem Druck der vorgebbaren Stärke beaufschlagbar ist.