DE102009002662B4 - Capacitive pressure sensor as a combination sensor for recording other measured variables - Google Patents
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Abstract
Kapazitiver Drucksensor als Kombinationssensor zur Erfassung einer weiteren Messgröße mit einer im Wesentlichen aus einer Membran (1) und einem Grundkörper (2) bestehenden, sowie Messelektroden (4,5,6,7) in Form von leitfähigen Oberflächenbereichen aufweisenden keramischen Druckmesszelle, wobei der überwiegende Teil der Membranfläche allein für die Druckmessung genutzt wird, gekennzeichnet dadurch, dasssämtliche Messelektroden (4,5,6,7) im Hohlraum zwischen der Membran (1) und dem Grundkörper (2) angeordnet sind, die Messung der verschiedenen Größen in unterschiedlichen Frequenzbereichen erfolgt,wobei neben der Druckmessung eine kalorimetrische Strömungs- oder Grenzstandsmessung erfolgt.Capacitive pressure sensor as a combination sensor for detecting a further measured variable with a ceramic pressure measuring cell consisting essentially of a membrane (1) and a base body (2) and measuring electrodes (4,5,6,7) in the form of conductive surface areas, the predominant Part of the membrane surface is used solely for pressure measurement, characterized in that all measuring electrodes (4,5,6,7) are arranged in the cavity between the membrane (1) and the base body (2), the measurement of the different sizes takes place in different frequency ranges , whereby a calorimetric flow or point level measurement is carried out in addition to the pressure measurement.
Description
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Drucksensor als Kombinationssensor zur Erfassung weiterer Messgrößen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine keramische Messzelle für einen kapazitiven Drucksensor, die neben dem eigentlichen Druckmesswert noch einen weiteren Messwert liefert.
Kapazitive Drucksensoren, die neben dem Druck noch eine weitere Größe messen, sind bekannt. Weit verbreitet ist die zusätzliche Temperaturmessung, sowie Anordnungen und Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Messzelle. Zum letzteren wird auf die
Capacitive pressure sensors, which measure another variable in addition to the pressure, are known. The additional temperature measurement, as well as arrangements and methods for monitoring the functionality of the measuring cell, are widespread. For the latter, on the
Eine Druckmesszelle mit Temperatursensor wird in
Nachteilig bei dieser Anordnung auf dem Grundkörper ist die thermische Trägheit, die den Nachweis von vergleichsweise schnellen Temperaturänderungen, wie es beispielsweise für die kalorimetrische Strömungsmessung erforderlich ist, nicht erlaubt. Bei der Anordnung auf der Membran ist der unvermeidliche Verbrauch von Druckmessfläche, bzw. die Beeinflussung des dynamischen Verhaltens der Membran und der damit verbundene Verlust an Messgenauigkeit als Nachteil zu nennen.A pressure measuring cell with a temperature sensor is installed in
The disadvantage of this arrangement on the base body is the thermal inertia, which does not allow the detection of comparatively rapid temperature changes, as is required for example for calorimetric flow measurement. In the case of the arrangement on the membrane, the unavoidable consumption of pressure measurement area or the influence on the dynamic behavior of the membrane and the associated loss of measurement accuracy is a disadvantage.
Die
Die
Die Messkondensatoren sind hierbei Bestandteil eines Relaxationsoszillators, der die Kapazität der Kondensatoren nacheinander in ein Impulssignal umwandelt. Die Praxis hat gezeigt, dass bei den genannten Kapazitäts-Zeit-Wandlern, bzw. Kapazitäts-Frequenz-Wandlern insbesondere bei zähen oder pastösen Medien, wie z. B. Ketchup, Probleme bei der Unterscheidung zwischen von Benetzung, und tatsächlich anstehendem Medium auftreten.
Nachteilig ist weiterhin die sehr kompliziert aufgebaute Messzelle, die zumindest teilweise mit dem anstehenden Medium gefüllt werden muss, was neben den hohen Herstellungskosten die Gefahr der Verschmutzung oder Verstopfung mit sich bringt. Natürlich erscheint es zunächst sinnvoll, die verschiedenen Messgrößen wie Druck, Temperatur, Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante des anstehenden Mediums mit derselben Elektronik auszuwerten. Dabei ist aber, wie bereits oben ausgeführt, zu bedenken, dass die Druckmessung eigentlich nicht durch die physikalischen Eigenschaften des anstehenden Mediums beeinflusst werden darf, und ein Verlust an Messgenauigkeit durch Anpassung der gemeinsamen Auswerteelektronik an die Füllstands- bzw. Grenzstandsmessung nicht hinnehmbar ist. Da aber auch störende Anhaftungen, die sich u.a. auf die Temperaturmessung auswirken, als solche erkannt werden, d.h. vom anstehenden Medium unterschieden werden sollen, muss auch für eine hinreichend genaue Grenzstandsmessung gesorgt werden.the
The measuring capacitors are part of a relaxation oscillator that successively converts the capacitance of the capacitors into a pulse signal. Practice has shown that with the above capacitance-time converters or capacitance-frequency converters, especially with viscous or pasty media such. B. ketchup, problems in distinguishing between wetting and the actually pending medium occur.
Another disadvantage is the measuring cell, which has a very complicated structure and must be at least partially filled with the medium present, which, in addition to the high production costs, entails the risk of contamination or clogging. Of course, it initially makes sense to use the same electronics to evaluate the various measured variables such as pressure, temperature, conductivity and dielectric constant of the medium in question. However, as already explained above, it should be considered that the pressure measurement should not actually be influenced by the physical properties of the medium present, and a loss of measurement accuracy due to the adaptation of the common evaluation electronics to the fill level or limit level measurement is unacceptable. However, since disruptive buildup, which affects the temperature measurement, among other things, is also recognized as such, ie it is to be distinguished from the medium present, a sufficiently precise point level measurement must also be ensured.
Darüber hinaus ist auch aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere den erhöhten Aufwand bzw. den Verlust an Messgenauigkeit bei der Druckmessung wenigstens teilweise zu überwinden.
Dazu sollen die verwendeten Messprinzipien an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden. Weiterhin sollen die Messwertaufnehmer so auf der Membran angeordnet, bzw. miteinander kombiniert werden, dass die Membranfläche weitgehend für die Druckmessung zur Verfügung steht.
Messgrößen wie Grenzstand, Medientemperatur oder Strömungsgeschwindigkeit sollen als Zusatznutzen zur Anzeige gebracht, aber auch zur Korrektur der Messergebnisse bzw. zur Überprüfung der Messzelle verwendet werden. Weiterhin soll die Integration in einer Messzelle neben der Einsparung von Material- und Montageaufwand auch noch den Vorteil bringen, dass alle Messwerte von derselben Stelle stammen; d.h. die verschiednen Messwerte auch tatsächlich miteinander korrespondieren.The object of the invention is to at least partially overcome the disadvantages of the prior art, in particular the increased complexity or the loss of measurement accuracy in the pressure measurement wise to overcome.
For this purpose, the measuring principles used should be adapted to the respective measuring task. Furthermore, the sensors should be arranged on the membrane or combined with one another in such a way that the membrane surface is largely available for pressure measurement.
Measurands such as limit level, medium temperature or flow rate should be displayed as an additional benefit, but also used to correct the measurement results or to check the measuring cell. Furthermore, the integration in a measuring cell, in addition to saving material and assembly costs, should also bring the advantage that all measured values come from the same place; ie the various measured values actually correspond to one another.
Gelöst wird diese Aufgabe entsprechend den im Anspruch 1, 2 und 3 genannten Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen findet man in den Unteransprüchen.This problem is solved according to the features mentioned in
Erfindungsgemäß wird die zur Temperaturmessung benötigte Membranfläche auf ein Minimum begrenzt und wegen der daraus resultierenden geringen Wärmekapazität kann sie auch zur kalorimetrischen Strömungsmessung oder sogar zur Grenzstandsmessung genutzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die mit einer niedrigen Frequenz arbeitende Druckmessung mit einer bei sehr hohen Frequenzen arbeitenden kapazitiven Grenzstandsmessung kombiniert.
Die Druckmessung erfolgt zweckmäßigerweise im Kilohertzbereich, während die kapazitive Grenzstandsmessung vorteilhaft im Bereich zwischen 100 und 200 MHz, aber auch bis in den GHz-Bereich hinein arbeitet. Die Temperaturmessung erfolgt dagegen mit Gleichstrom und die kalorimetrische Strömungsmessung mit pulsierendem Gleichstrom. So unterschiedliche Impulsformen bzw. Frequenzen erfordern separate Auswerteeinheiten mit unterschiedlichen Messprinzipien.According to the invention, the membrane area required for temperature measurement is kept to a minimum and because of the resulting low thermal capacity, it can also be used for calorimetric flow measurement or even for limit level measurement.
In a further embodiment of the invention, the pressure measurement operating at a low frequency is combined with a capacitive limit level measurement operating at very high frequencies.
The pressure measurement is expediently carried out in the kilohertz range, while the capacitive limit level measurement works advantageously in the range between 100 and 200 MHz, but also into the GHz range. The temperature measurement, on the other hand, is carried out with direct current and the calorimetric flow measurement with pulsating direct current. Such different pulse shapes and frequencies require separate evaluation units with different measuring principles.
Erfindungsgemäß wird eine keramische Druckmesszelle so ausgestaltet, dass sie auch für die o.g. Messungen geeignet ist. Weiterhin hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Ergebnisse der Grenzstandsmessung nicht nur zur Nullpunktkorrektur der Druckmessung, sondern auch zur Überprüfung der einwandfreien Funktion der Messzelle, (Zellengesundheit) zu nutzen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die vorliegenden Messwerte auch anzuzeigen. Das kann unter Umständen sehr hilfreich bei der Identifikation von Leerständen, zur Erkennung von Anhaftungen oder auch bei der Unterscheidung bestimmter Medien sein.
Beispielsweise bei der Reinigung einer Anlage zur Verarbeitung von flüssigen oder pastösen Lebensmitteln ist die Feststellung von an den Drucksensoren verbliebenen Anhaftungen oder von noch anstehendem Reinigungsmittel durchaus sinnvoll.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die
Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der
For example, when cleaning a system for processing liquid or pasty foodstuffs, it makes sense to determine the buildup remaining on the pressure sensors or the cleaning agent that is still present.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures.
the
A first embodiment is described below with reference to
Die Druckmessung erfolgt mit Hilfe der beiden Kondensatoren 15 und 16. Sie bestehen aus den auf dem Grundkörper 2 befindlichen Elektroden 5 und 6 und der gemeinsamen Gegenelektrode 4 auf der Membran 1.
Die Kapazitäten 15 und 16 werden durch den auf die Membran 1 ausgeübten Druck beeinflusst. Die mehr in der Mitte der Membran 1 befindliche Messkapazität 16 wird dabei wegen der stärkeren Durchbiegung der Membran 1 in der Mitte auch mehr vergrößert als die am Rand der Membran 1 befindliche Referenzkapazität 15.
Die mit 11 bezeichneten Kondensatoren repräsentieren die parasitären Kapazitäten. Wie der Fachmann leicht sieht, gibt es noch weitere parasitäre Kapazitäten, auf deren Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet wurde.The pressure is measured using the two
The
The capacitors labeled 11 represent the parasitic capacitances. As the person skilled in the art can easily see, there are other parasitic capacitances which have not been shown for reasons of clarity.
Das vom Generator 13 erzeugte Rechtecksignal gelangt einerseits direkt zum Druckmesswertaufnehmer 19, in diesem Fall zum invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers, und andererseits über die Entkopplungsschaltung 20 und den Tiefpass 14 zu dem die Zeitkonstante des Integrierers 17 wesentlich bestimmenden Referenzkondensator 15.The square-wave signal generated by
Das am Ausgang des Integrierers 17 entstehende Dreieckssignal gelangt nun über den Messkondensator 16, den Tiefpass 14 und die Entkopplungsschaltung 20 zum Differenzierer 18, wo der Messkondensator 16 als zeitbestimmende Kapazität wirkt. Das hier entstehende Rechtecksignal gelangt an den nichtinvertierenden Eingang des zum Messwertaufnehmer 19 gehörenden Operationsverstärkers.
Die Schaltung wird in vorteilhafter Weise so dimensioniert, dass bei unbelasteter
Membran 1, und damit im Ausgangszustand befindlicher Messkapazität 16 am Ausgang des Differenzierers 18 wieder das ursprüngliche Rechtecksignal entsteht. In diesem Fall heben sich die Eingangssignale der Auswerteschaltung 19 gegenseitig auf, so dass ein Ausgangssignal von nahezu Null entsteht.
Der Nullabgleich mit Hilfe der vorhandenen Kapazitäten und Widerstande ist dem Fachmann geläufig, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.
Bei belasteter Membran 1 vergrößert sich die Messkapazität 16 gegenüber der Referenzkapazität 15. Damit vergrößert sich auch die Zeitkonstante des Differenzierers 18 gegenüber der Zeitkonstante des Integrierers 17. Nun kompensieren sich die Signale an den beiden Eingängen des Messwertaufnehmers 19 nicht mehr vollständig. Das am Ausgang des Messwertaufnehmers 19 entstehende Signal wird zunächst der Sensorelektronik 27 zur Weiterverarbeitung und schließlich dem Mikrocontroller 29 zugeführt. Nach der Analog-Digital-Wandlung und Normierung bzw. Skalierung kann das Ergebnis über die E/A-Einheit 28 einer übergeordneten Steuereinheit zugeführt, und von der Anzeigeeinheit 30 angezeigt werden.
Das Prinzip der Druckmessung ist ausführlich in den Schriften
The circuit is dimensioned advantageously so that when unloaded
The person skilled in the art is familiar with the zero adjustment with the aid of the existing capacitances and resistances, so that it is not discussed in any more detail here got to.
When the
The principle of pressure measurement is detailed in the writings
Wegen der geringen Wärmekapazität der Membran und des guten Kontakts des Temperaturmessfühlers 23 mit dem Medium ist neben der Temperaturmessung sogar eine kalorimetrische Strömungsmessung möglich
Der Temperaturmessfühler 23 ist vorzugsweise ein mehrlagiger PTC-Widerstand, oder auch ein Halbleitersensor wie z.B. in der WO 2003/ 100 846 A2 beschrieben.
Da die Temperaturmessung bzw. die kalorimetrische Strömungsmessung praktisch mit Gleichstrom erfolgen, können die Messleitungen mit Drosseln 25 entkoppelt werden.Because of the low thermal capacity of the membrane and the good contact of the
The
Since the temperature measurement and the calorimetric flow measurement are practically carried out with direct current, the measuring lines can be decoupled with
Zur kalorimetrischen Strömungsmessung wird das Sensorelement, in diesem Fall der Temperaturmessfühler 23, zyklisch mit einem Heizstrom und während einer anschließenden Abkühlphase mit einem vergleichsweise niedrigen Messstrom beaufschlagt. Gemessen wird die Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen unteren Temperaturschwellwertes oder die nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit erreichte Temperatur. In vielen Fällen wird mit einem zweiten Sensor die Medientemperatur gemessen. Wenn man das vermeiden möchte, kann man die Strömungsgeschwindigkeit auch unabhängig von der Umgebungstemperatur aus der Differenz aus zwei Messphasen mit unterschiedlichen Heizleistungen bestimmen. Die Wärmeübergangsfunktion erhält man als Quotienten von Heizleistungsdifferenz. Und zugehöriger Temperaturdifferenz. Ein solches Verfahren wird in
Zur Grenzstandsmessung wird vom Hochfrequenzgenerator 21 ein Sinussignal von ca. 150 MHz erzeugt, und nacheinander oder auch gleichzeitig über die Entkopplungsschaltung 20 und die Bandpässe 24 der Referenzelektrode 10 und der Messelektrode 12 zugeführt.
Das durch ein Ersatzschaltbild aus einer Kapazität, einem Widerstand und einer Induktivität charakterisierte Medium 9 ist kapazitiv mit der auf der Innenseite der Membran 1 befindlichen Grenzstandsmesselektrode 12 gekoppelt. Das Gerätegehäuse dient hierbei als Masseanschluss.
Die Messfrequenz kann konstant gehalten oder auch über einen Frequenzbereich von beispielsweise 120 bis 170 MHz variiert werden. Der gegen Masse abfließende hochfrequente Wechselstrom wird von den beiden Messwertaufnehmern 22 sowohl für die Messelektrode 12 als auch für die Referenzelektrode 10 als Impedanz oder auch Admittanz gemessen.To measure the limit level, the high-
The medium 9 characterized by an equivalent circuit diagram of a capacitance, a resistance and an inductance is capacitively coupled to the limit
The measurement frequency can be kept constant or varied over a frequency range of, for example, 120 to 170 MHz. The high-frequency alternating current flowing off to ground is measured by the two
Sie werden von der Sensorelektronik 27 weiterverarbeitet und schließlich vom Mikrocontroller 29 aufgezeichnet. Anhand dieser Messwerte und im Mikrocontroller 29 hinterlegter oder während eines Teach-Vorgangs eingelernter Referenzwerte lassen sich detaillierte Informationen über das an der Grenzstandsmesselektrode 12 anstehende Medium gewinnen.They are further processed by the
Anhand ihres Frequenzgangs können nicht nur bestimmte Medien identifiziert, sondern auch Anhaftungen erkannt, und von einem anstehenden Medium unterschieden werden.
Einzelheiten zur Grenzstandsmessung findet man in den ebenfalls von der Anmelderin stammenden Schriften
Auch an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sämtliche in den beiden o.g. Schriften der Anmelderin beschriebenen Ausgestaltungen zur Anwendung kommen können.
Sämtliche Messungen können nacheinander, aber auch nahezu gleichzeitig erfolgen. Das begrenzende Element ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Mikrocontrollers. Eine Entkopplung erfolgt durch die Tiefpassfilter 14, die Bandpässe 24 und die Drosseln 25. Darüber hinaus können die Signalpfade durch die Schalter in der Entkopplungsschaltung 20 unterbrochen, und/oder die Baugruppen von der Stromversorgung getrennt werden.
Die Entkopplungsschaltung 20 ist als Prinzipdarstellung zu verstehen. Praktisch kann die Entkopplung zusätzlich oder auch ausschließlich durch die Trennung der Baugruppen von der Betriebsspannung erreicht werden. Auch der gleichzeitige Betrieb der beiden Messanordnungen ist bei so weit auseinander liegenden Arbeitsfrequenzbereichen und insbesondere wegen der Tiefpassfilter 14 und der Bandpässe 24 möglich und durchaus sinnvoll.
Im Mikrocontroller 29 werden die Messergebnisse einer Plausibilitätsprüfung unterzogen. Beispielsweise wird beim Systemdruck Null festgestellt, ob es sich nur um einen Druckabfall, oder einen echten Leerstand handelt.
Hierbei wird auch überprüft, ob der bei der Grenzstandsmessung über die Messelektrode abfließende hochfrequente Wechselstrom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Insbesondere die durch einen Riss oder gar bei einen Bruch der Membran eindringende Feuchtigkeit könnte zu einer erheblichen Überschreitung führen. Die Temperaturmessung erweist sich ebenfalls als überaus nützlich, weil sie zur Korrektur der übrigen Messwerte, insbesondere der Druckmesswerte verwendet werden kann.
Der gemessene Systemdruck, die Temperatur oder die Strömungsgeschwindigkeit sowie Zusatzinformationen über die Art des anstehenden Mediums oder Fehlermeldungen können von der Anzeigeeinheit 30 angezeigt, aber auch über das Ein- und Ausgabemodul 28 einer übergeordneten Einheit zugeleitet werden.Based on their frequency response, not only certain media can be identified, but adhesions can also be recognized and distinguished from a pending medium.
Details on the limit level measurement can be found in the documents also originating from the
It should also be pointed out at this point that all of the configurations described in the two above-mentioned publications by the applicant can be used.
All measurements can be carried out one after the other, but also almost simultaneously. The limiting element is the processing speed of the microcontroller. Decoupling is effected by the low-
The
In the
It is also checked whether the high-frequency alternating current flowing out via the measuring electrode during the limit level measurement is within a specified range. In particular, moisture penetrating through a tear or even a rupture of the membrane could lead to a significant exceedance. The temperature measurement is also extremely useful because it can be used to correct the other readings, especially the pressure readings.
The measured system pressure, the temperature or the flow rate and additional information about the type of medium present or error messages can be displayed by the
Bei dem in der
Auf Grund der getroffenen Entkopplungsmaßnahmen durch die Tiefpassfilter 14 und die Bandpässe 24 können die Messungen vorzugsweise gleichzeitig, insbesondere die Druckmessung ständig, erfolgen. In diesem Fall könnte sogar auf die Entkopplungsschaltung 20 verzichtet werden, oder ihre Schalter ständig geschlossen bleiben. So kann die Ansprechzeit für die Messungen deutlich verkürzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, je nach Messaufgabe, insbesondere bei hohen Genauigkeitsanforderungen an die Druckmessung, die Grenzstandsmessung in größeren Zeitabständen oder nur auf Anforderung durch den Bediener oder die übergeordnete Steuereinheit, aber auch nur bei sprunghafter Druckänderung durchzuführen. Der Signalfluss und die Auswertung bzw. Anzeige erfolgt wie bereits oben beschrieben.At the in the
Due to the decoupling measures taken by the low-
In
Sie wird also neben ihrer Funktion als Gegenelektrode 4 für die Druckmessung auch noch als Grenzstandsmesselektrode 7 genutzt.
Diese Ausführung stellt die absolute Minimalvariante dar. Sie hat den Vorteil, das eine „herkömmliche“ kapazitive Druckmesszelle verwendet werden kann In
In addition to its function as a
This design represents the absolute minimum variant. It has the advantage that a "conventional" capacitive pressure measuring cell can be used
Die Signalverarbeitung und Auswertung, sowie die Anzeige erfolgt wie bereits oben beschrieben. Die beiden Messungen werden vom Mikrocontroller gesteuert und ausgewertet, und können, wie bereits oben erwähnt, gleichzeitig oder auch zeitlich versetzt erfolgen.The signal processing and evaluation as well as the display takes place as already described above. The two measurements are controlled and evaluated by the microcontroller and, as already mentioned above, can take place simultaneously or at different times.
Die bevorzugte Anordnung des Temperatursensors in der Messzelle wird in der
Eine separate Grenzstandsmesselektrode 7 ist nicht dargestellt. Diese kann den ausgesparten Sektor in der ringförmigen Referenzelektrode 5 einnehmen. Eine dem entsprechende Auswerteschaltung ist in der
Bei Verzicht auf die Grenzstandsmesselektrode 7 kann die Referenzelektrode 5 sinnvoller Weise im Interesse der Messgenauigkeit der Druckmessung zu einem nahezu geschlossenen Ring zu ergänzt werden. Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht, sondern als Prinzipdarstellungen zu verstehen.
Die kapazitive Grenzstandsmessung kann auch ohne separate Messelektrode 7 durch Beaufschlagung der Gegenelektrode 4 oder der Temperaturmesselektrode 8 mit dem Hochfrequenzsignal erfolgen. In diesen Fällen darf sich zwischen der Hochfrequenzelektrode und dem Medium keine geerdete Metallschicht befinden. Eine zugehörige Sensorschaltung findet man in der
A separate limit level measuring electrode 7 is not shown. This can occupy the recessed sector in the ring-shaped
If the limit level measuring electrode 7 is dispensed with, the
The capacitive limit level measurement can also take place without a separate measuring electrode 7 by applying the high-frequency signal to the counter-electrode 4 or the temperature-measuring
Auf der Innenseite der Membran ergibt wegen deren hohen Dielektrizitätskonstanten eine gute kapazitive Kopplung mit dem Druckmedium.
In
Grenzstandsmesselektrode 7 und die Temperaturmesselektrode 8 zu einer flächigen Elektrode zusammengefasst werden. (vgl.
Because of its high dielectric constant, there is good capacitive coupling with the pressure medium on the inside of the membrane.
In
Limit level measuring electrode 7 and the
Grenzstandsmesselektrode 7. Diese befindet sich auf dem Grundkörper in der Ebene der Druckmesselektrode 6 und der Referenzelektrode 5.
Die Leitungsführung, insbesondere für die der Hochfrequenz, wird dadurch einfacher. Die auf der Membran befindliche Gegenelektrode 4 ist in dem Sektor gegenüber der Grenzstandsmesselektrode 7 zur Verbesserung der Abstrahlung ausgespart. Auch hier könnte die Referenzelektrode 5 zu einem fast geschlossenen Ring ergänzt werden. In diesem Fall ist die Grenzstandsmesselektrode 7 und die Aussparung in der Gegenelektrode 4 in Richtung der Kontaktstelle für die Druckmesselektrode 6 zu verschieben.
Limit level measuring electrode 7. This is located on the base body in the plane of the
The wiring, especially for the high-frequency, becomes easier as a result. The counter-electrode 4 located on the membrane is recessed in the sector opposite the limit-level measuring electrode 7 to improve the radiation. Here, too, the
In
In
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Membran,Membrane,
- 22
- Grundkörper,body,
- 2a2a
- Aussparung im GrundkörperRecess in the body
- 33
- Glaslotglass solder
- 33
- Gegenelektrode Druckmessung,counter electrode pressure measurement,
- 4a, 4b4a, 4b
- Abschirmlaschen für MesselektrodenShielding tabs for measuring electrodes
- 55
- Referenzelektrode Druckreference electrode pressure
- 66
- Druckmesselektrodepressure measuring electrode
- 77
- GrenzstandsmesselektrodePoint level measuring electrode
- 88th
- Temperaturmesselektrode (Temperaturmessbereich)Temperature measuring electrode (temperature measuring range)
- 99
- Ersatzschaltung für das Medium (RLC)Medium protection circuit (RLC)
- 1010
- Referenzimpedanz GrenzstandReference impedance limit level
- 1111
- Parasitäre Kapazitätenparasitic capacities
- 1212
- Messimpedanz Grenzstand, (Sendeelektrode)Measuring impedance limit level, (transmitting electrode)
- 1313
- Rechteckgenerator (Druckmessung)Square wave generator (pressure measurement)
- 1414
- Tiefpass (Druckmessung)low pass (pressure measurement)
- 1515
- Referenzkapazität (Druckmessung)Reference capacitance (pressure measurement)
- 1616
- Messkapazität (Druckmessung)Measuring capacity (pressure measurement)
- 1717
- Integrierer (DruckmessungIntegrator (pressure measurement
- 1818
- Differenzierer (Druckmessung)differentiator (pressure measurement)
- 1919
- Messwertaufnehmer DruckPressure sensor
- 2020
- Entkopplungsschaltungdecoupling circuit
- 2121
- Hochfrequenzgenerator GrenzstandsmessungHigh-frequency generator limit level measurement
- 2222
- Messwertaufnehmer GrenzstandLimit value sensor
- 2323
- Temperatursensor, PTC-WiderstandTemperature sensor, PTC resistor
- 2424
- Bandpass für HochfrequenzBandpass for high frequency
- 2525
- Drossel(n)throttle(s)
- 2626
- Steuereinheitcontrol unit
- 2727
- Sensorelektroniksensor electronics
- 2828
- Ein/Ausgabe-Einheitinput/output unit
- 2929
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 3030
- Anzeigeeinheitdisplay unit
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---|---|---|---|---|
DE102010062622A1 (en) | 2010-12-08 | 2012-06-14 | Ifm Electronic Gmbh | Method for self-monitoring of a ceramic pressure measuring cell of a capacitive pressure sensor and an evaluation circuit for carrying out the method |
CH707387B1 (en) * | 2012-12-24 | 2017-01-13 | Inficon Gmbh | Measuring cell arrangement and method for vacuum pressure measurement. |
EP2784461B1 (en) * | 2013-03-27 | 2018-05-02 | VEGA Grieshaber KG | Pressure measurement cell for detecting the pressure of a medium adjoining the measurement cell |
DE102013225076B4 (en) * | 2013-12-06 | 2016-08-04 | Ifm Electronic Gmbh | Automation device with a touch sensor for device operation |
DE102013114734A1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-09 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Capacitive pressure cell with at least one temperature sensor and pressure measuring method |
DE102014201529A1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-07-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating a pressure transmitter and pressure transmitter |
DE102018126382B3 (en) | 2018-10-23 | 2020-01-16 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive pressure sensor |
DE102019133325A1 (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Pressure transducer |
DE102021119383A1 (en) | 2021-07-27 | 2023-02-02 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive limit switch |
DE102022110245B3 (en) | 2022-04-27 | 2023-05-04 | Ifm Electronic Gmbh | Method for detecting deposits and/or buildup on the outside of a measuring diaphragm of a pressure gauge |
DE102022116708A1 (en) | 2022-07-05 | 2024-01-11 | Vega Grieshaber Kg | Measuring arrangement and method for operating a measuring arrangement |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3841637C1 (en) | 1988-12-10 | 1990-05-10 | Gebr. Schmidt Fabrik Fuer Feinmechanik, 7742 St Georgen, De | |
DE4011901A1 (en) | 1990-04-12 | 1991-10-17 | Vdo Schindling | Capacitive pressure sensor with simultaneous temp. measurement - contains plates carrying electrodes, one carrying temp. dependent resistance path |
DE4104056C1 (en) | 1991-02-11 | 1992-07-02 | Vega Grieshaber Gmbh & Co, 7620 Wolfach, De | Fault compensation for capacitive, ceramic pressure sensor - ses one main, or extra electrode as capacitively sensing electrode via diaphragm |
DE19708330C1 (en) | 1997-02-16 | 1998-05-28 | Ifm Electronic Gmbh | Evaluation method for capacitive sensor esp pressure sensor |
DE19851506C1 (en) | 1998-11-09 | 2000-10-19 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive sensor evaluation method e.g. for pressure sensor, has periodic input signal supplied simultaneously to integration path containing reference capacitor and series circuit containing resistor and sensor capacitor |
DE19648048C2 (en) | 1995-11-21 | 2001-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | Detector device for pressure measurement based on measured capacitance values |
US6439056B1 (en) | 1997-02-20 | 2002-08-27 | Mks Instruments | Sensor element having temperature measuring means |
DE69818762T2 (en) | 1997-07-24 | 2004-09-30 | Texas Instruments Inc., Dallas | Pressure converter combined with a temperature sensor |
DE102007059709A1 (en) | 2006-12-10 | 2008-06-12 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitative sensor has an evaluation unit, for the characteristic signal on charging/discharging the impedance and condenser, for evaluation to tune the impedance |
DE102007059702A1 (en) | 2006-12-10 | 2008-07-24 | I F M Electronic Gmbh | Capacitive sensor for use as reed switches and level detectors, has reference impedance, measuring capacitor, electrical alternating signal source, current guiding network, and evaluation unit, where reference impedance is adjusted |
DE102007016792A1 (en) | 2007-04-05 | 2008-10-30 | Ifm Electronic Gmbh | Measuring cell i.e. pressure measuring cell, for e.g. pressure sensor, has membrane mechanically movable by activatable moving unit, where mechanical impulse is transmittable to medium from membrane during activation of moving unit |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2009
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Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3841637C1 (en) | 1988-12-10 | 1990-05-10 | Gebr. Schmidt Fabrik Fuer Feinmechanik, 7742 St Georgen, De | |
DE4011901A1 (en) | 1990-04-12 | 1991-10-17 | Vdo Schindling | Capacitive pressure sensor with simultaneous temp. measurement - contains plates carrying electrodes, one carrying temp. dependent resistance path |
DE4104056C1 (en) | 1991-02-11 | 1992-07-02 | Vega Grieshaber Gmbh & Co, 7620 Wolfach, De | Fault compensation for capacitive, ceramic pressure sensor - ses one main, or extra electrode as capacitively sensing electrode via diaphragm |
DE19648048C2 (en) | 1995-11-21 | 2001-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | Detector device for pressure measurement based on measured capacitance values |
DE19708330C1 (en) | 1997-02-16 | 1998-05-28 | Ifm Electronic Gmbh | Evaluation method for capacitive sensor esp pressure sensor |
US6439056B1 (en) | 1997-02-20 | 2002-08-27 | Mks Instruments | Sensor element having temperature measuring means |
DE69818762T2 (en) | 1997-07-24 | 2004-09-30 | Texas Instruments Inc., Dallas | Pressure converter combined with a temperature sensor |
DE19851506C1 (en) | 1998-11-09 | 2000-10-19 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive sensor evaluation method e.g. for pressure sensor, has periodic input signal supplied simultaneously to integration path containing reference capacitor and series circuit containing resistor and sensor capacitor |
DE102007059709A1 (en) | 2006-12-10 | 2008-06-12 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitative sensor has an evaluation unit, for the characteristic signal on charging/discharging the impedance and condenser, for evaluation to tune the impedance |
DE102007059702A1 (en) | 2006-12-10 | 2008-07-24 | I F M Electronic Gmbh | Capacitive sensor for use as reed switches and level detectors, has reference impedance, measuring capacitor, electrical alternating signal source, current guiding network, and evaluation unit, where reference impedance is adjusted |
DE102007016792A1 (en) | 2007-04-05 | 2008-10-30 | Ifm Electronic Gmbh | Measuring cell i.e. pressure measuring cell, for e.g. pressure sensor, has membrane mechanically movable by activatable moving unit, where mechanical impulse is transmittable to medium from membrane during activation of moving unit |
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