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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Drucksensors.
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Als Drucksensoren werden gerne Halbleiter-Drucksensor-Chips, z.B. Silizium-Chips mit dotierten Widerstandselementen, eingesetzt. Diese umfassen eine Messmembran, deren eine Seite im Messbetrieb einem ersten Druck p1 und deren zweite Seite einem zweiten Druck p2 ausgesetzt wird. Die einwirkenden Drücke bewirken eine resultierende Auslenkung der Messmembran, die dem zu messenden Differenzdruck |p1-p2| entspricht. Für gewöhnlich sind die Drucksensoren darauf hin optimiert, geringe Druckdifferenzen p1-p2 zu messen. Dabei gilt es zu beachten, dass eine für den angedachten Einsatzzweck abgestimmte Balance zwischen Empfindlichkeit und Überlastfestigkeit gefunden wird. So kann beispielsweise für einen spezifizierten Messbereich eines Drucksensors für dessen zu messenden Differenzdruck |p1-p2| gelten, |p1 -p2| /p1 < 50% bzw. |p1 -p2| /p2 < 50%.
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Dies bedeutet, dass in dem Fall, dass in einer Prozessanlage einer der Drücke p1, p2 entfällt, der Drucksensor mit dem 2-fachen des Messbereiches belastet wird. Damit die Drucksensoren einer solchen Belastung im Überlastfall standhalten, werden Maßnahmen hinsichtlich eines möglichen Überlastschutzes ergriffen. Eine bekannte Maßnahme bei kapazitiven Drucksensoren zur Realisierung eines Überlastschutzes stellt bspw. das Einbringen jeweils eines Membranbettes in die beidseitig der Messmembran angeordneten Gegenkörpern dar. Hierbei soll sich die Messmembran bei Überschreiten eines Grenzwertes für einen einseitigen Überdruck zumindest in dem Maße an dem Membranbett abstützen, dass die Berstspannung der Messmembran auch bei einem weiteren Druckanstieg nicht erreicht wird.
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So offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 028 773 A1 einen Drucksensor bzw. eine Differenzdruckmesszelle mit einem asphärischen Membranbett, welches in Silizium mittels Laserablation, gefolgt von einem Oxidationsschritt und einem abschließenden Ätzschritt, hergestellt ist.
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Die Patentschrift
US 7 360 431 B2 wiederum offenbart einen Drucksensor bzw. einen Differenzdrucksensor mit einem asphärischen Membranbett, welches in Silizium mittels Grauskalenlithographie hergestellt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor mit Membranbett zu verbessern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Drucksensors gelöst, wobei der Drucksensor eine Messmembran, einen ersten Gegenkörper, einen zweiten Gegenkörper, einen ersten kapazitiven Wandler und einen zweiten kapazitiven Wandler aufweist, wobei die Messmembran zwischen dem ersten und dem zweiten Gegenkörper angeordnet ist und in ihrem Randbereich druckdicht mit dem ersten und zweiten Gegenkörper verbunden ist, wobei der erste kapazitive Wandler zumindest eine erste Kapazität zwischen der Messmembran und dem ersten Gegenkörper und der zweite kapazitive Wandler zumindest eine zweite Kapazität zwischen der Messmembran und dem zweiten Gegenkörper ausbildet bzw. ausbilden, wobei die Messmembran ein Volumen druckdicht in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen teilt, wobei das erste Teilvolumen zwischen der Messmembran und dem ersten Gegenkörper und das zweite Teilvolumen zwischen der Messmembran und dem zweiten Gegenkörper eingeschlossen ist, wobei eine Auslenkung der Messmembran von einer primären Druckmessgröße abhängt, welche eine Differenz zwischen einem ersten Druck in dem ersten Teilvolumen und einem zweiten Druck in dem zweiten Teilvolumen ist, wobei ein Abstand der Messmembran zu dem ersten bzw. dem zweiten Gegenkörper von einer sekundären Druckmessgröße abhängt, welche einen statischen Druck des ersten und/oder zweiten Drucks umfasst, wobei ein jeweils aktueller Wert der primären und sekundären Druckmessgröße in Abhängigkeit der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität ermittelt wird, wobei der Drucksensor ferner derartig ausgebildet ist, dass in einem Überlastfall, in dem der Drucksensor mit einem Druck außerhalb eines für den Drucksensor spezifizierten Druckmessbereichs beaufschlagt wird, sich die Messmembran zumindest teilweise an ein Membranbett des ersten oder zweiten Gegenkörpers anlegt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Impedanzmessung, vorzugsweise kontinuierliche Impedanzmessung zum Erfassen von Impedanzwerten für den ersten kapazitiven Wandler und den zweiten kapazitiven Wandler;
- - Feststellen, anhand zumindest eines erfassten Impedanzwertes oder einer davon abgeleiteten Größe, ob ein Überlastfall vorliegt und, wenn ein Überlastfall festgestellt ist:
- - Funktionsüberprüfung des Drucksensors und/oder Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße anhand der durch die Impedanzmessung erfassten Impedanzwerte oder der davon abgeleiteten Größen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eins Drucksensors vorgeschlagen, mittels dem im Überlastfall, d.h. in dem Fall, dass die Messmembran sich an ein Membranbett anlegt, weitere Informationen ermittelt werden, um so eine Funktionsüberprüfung des Drucksensors und/oder Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße (statischer Druck) durchzuführen. Auf diese Weise wird aus dem eigentlichen undefinierten Zustand in dem sich der Drucksensor im Überlastfall befindet, dennoch Informationen zur Diagnose des Drucksensors gewonnen.
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Hierfür wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass über eine Impedanzmessung Impedanzwerte für zumindest einen der beiden kapazitiven Wandler erfasst werden und anschließend anhand dieser Impedanzwerte festgestellt wird, ob ein Kontakt der Messmembran mit einem der beiden Membranbetten (d.h. ein Überlastfall) vorliegt. Falls ein Kontakt festgestellt wird, kann anschließend die Funktionsüberprüfung des Drucksensors und/oder die Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße erfolgen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Drucksensor ferner eine erste Isolationsschicht auf der der Messmembran zugewandten Seite des ersten Gegenkörpers, auf der sich die Messmembran im Überlastfall anlegen kann, und/oder eine zweite Isolationsschicht auf der der Messmembran zugewandten Seite des zweiten Gegenkörper, auf der sich die Messmembran im Überlastfall anlegen kann, aufweist und das Verfahren zum Feststellen, ob ein Überlastfall vorliegt, vorsieht, dass anhand von aus den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Kapazitätswerten für die erste und/oder zweite Kapazität, festgestellt wird, ob ein Überlastfall vorliegt. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass zum Feststellen, ob ein Überlastfall vorliegt, die aus den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Kapazitätswerte für die erste und/oder zweite Kapazität mit Erwartungskapazitätswerten für die erste und/oder zweite Kapazität im Überlastfall verglichen wird bzw. werden.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der erste und/oder zweite Gegenkörper sowie die Messmembran aus einem elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sind, so dass sich im Überlastfall ein Kurzschluss zwischen der Messmembran und dem Gegenkörper, an den sich die Messmembran im Überlastfall anlegt, einstellt, und wobei das Verfahren vorsieht, dass anhand der Impedanzmessung festgestellt wird, ob der Kurzschluss zwischen der Messmembran und einem der Gegenkörper auftritt, um den Überlastfall festzustellen. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass anhand von aus den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Widerstandswerten für die erste und/oder zweite Kapazität, festgestellt wird, ob der Kurzschluss vorliegt, um den Überlastfall festzustellen und/oder dass zum Feststellen, ob ein Überlastfall vorliegt, die von den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Widerstandswerte für die erste und/oder zweite Kapazität auf eine im Wesentlichen sprunghafte Änderung, insbesondere eine Änderung um mehr als 100%, vorzugsweise mehr als 1000%, besonders bevorzugt mehr als 10000%, zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Widerstandswerten, überprüft wird bzw. werden. Ferner kann die Ausführungsform vorsehen, dass anhand zumindest eines von den für die erste und/oder zweite Kapazität erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Verlustwinkels festgestellt wird, ob der Kurzschluss zwischen der Messmembran und einem der Gegenkörper auftritt, um den Überlastfall festzustellen.
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Wiederum eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße zumindest die sekundäre Druckmessgröße im Überlastfall, insbesondere in dem Moment, in dem die Messmembran zum ersten Mal das Membranbett des ersten oder zweiten Gegenkörpers berührt, ermittelt und mit Erwartungswerten für die sekundäre Druckmessgröße im Überlastfall verglichen wird und in dem Fall, dass die ermittelte sekundäre Druckmessgröße um einen vorgegebenen ersten Toleranzbereich von den Erwartungswerten für die sekundäre Druckmessgröße im Überlastfall abweicht, eine mögliche Unzuverlässigkeit hinsichtlich der sekundären Druckmessgröße festgestellt wird. Insbesondere wird zur Plausibilitätsüberprüfung also beim Überlastfall der Moment ausgewertet, in dem die Messmembran das Membranbett zuerst berührt, bevor sich anschließend die Messmembran dann weiter an das Membranbett anlegt. Durch die Auswertung dieses Momentes ergibt sich ein charakteristischer Punkt, welcher mit den Erwartungswerten bzw. einem Toleranzbereich um die Erwartungswerte verglichen werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Erwartungswerte für die sekundäre Druckmessgröße im Überlastfall in Abhängigkeit zur primären Druckmessgröße definiert sind. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass das Verfahren bei der Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße vorsieht, dass ferner die primäre Druckmessgröße im Überlastfall ermittelt wird und die ermittelte sekundäre Druckmessgröße zusätzlich anhand der ermittelten primären Druckmessgröße mit den Erwartungswerten für die sekundäre Druckmessgröße im Überlastfall verglichen wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei der Funktionsüberprüfung des Drucksensors überprüft wird, ob die zum Feststellen, ob ein Überlastfall vorliegt, verwendeten von den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Kapazitätswerte für die erste und/oder zweite Kapazität außerhalb eines zweiten Toleranzbereiches von den Erwartungskapazitätswerten für die erste und/oder zweite Kapazität im Überlastfall liegt bzw. liegen. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass ein Warnhinweis ausgegeben wird, wenn die von den erfassten Impedanzwerten abgeleiteten Kapazitätswerte außerhalb des zweiten Toleranzbereiches liegen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: einen Querschnitt durch einen Drucksensor, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, und
- 2: ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine exemplarische Ausgestaltung eines Drucksensors 1 der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Der Drucksensor umfasst einen ersten Gegenkörper 3 und einen zweiten Gegenkörper 4 zwischen denen eine Messmembran 2, bspw. über ein Fügeverfahren, mit beiden Gegenkörpern 3, 4 entlang eines umlaufenden Randbereiches druckdicht verbunden ist. Dabei ist sowohl die Messmembran 2 mit dem ersten Gegenkörper 3 als auch mit dem zweiten Gegenkörper 4 druckdicht verbunden.
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Sowohl die beiden Gegenkörper 3, 4 als auch die Messmembran 2 weisen vorzugsweise ein Halbleitermaterial, insbesondere Silizium auf. Halbleitermaterialien und insbesondere Silizium haben sich aufgrund ihrer guten Bearbeitung durch wohldefinierte Halbleiterprozesse als besonders vorteilhaft zur Herstellung von Drucksensoren etabliert.
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Die beiden Gegenkörper 3, 4 weisen in einem im Wesentlichen mittig befindlichen Bereich jeweils ein Membranbett 6, 7 auf, so dass sich eine Messkammer 5 nach dem Fügen der beiden Gegenkörper 3, 4 mit der Messmembran 2 ausbildet. Die beiden Membranbetten 6, 7 sind so ausgebildet, dass sich die Messmembran 2 im Messbetrieb 1 daran anlegen kann. Durch die Ausbildung des ersten und des zweiten Membranbettes 6, 7 ergibt sich im gefügten Zustand des Drucksensors 1 eine erste Teilkammer 8 zwischen der Messmembran 2 und dem ersten Gegenkörper 3 und eine zweite Teilkammer 9 zwischen der Messmembran 2 und dem zweiten Gegenkörper 4. Ferner dienen die beiden Membranbetten 6, 7 dazu, dass in einem Überlastfall, in dem der Drucksensor mit einem Druck außerhalb eines für den Drucksensor spezifizierten Druckmessbereichs beaufschlagt wird, sich die Messmembran 2 zumindest teilweise an ein Membranbett 6 oder 7 des ersten oder zweiten Gegenkörpers 3 oder 4 anlegt. Beispielsweise kann ein Drucksensor der für einen spezifizierten Druckmessbereich von 1 bar ausgelegt ist, derartig ausgebildet sein, dass die Messmembran bei ca. 2 bar das Membranbett berührt.
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Die erste Teilkammer 8 ist über eine erste hydraulische Verbindung 11 mit dem Medium 10, an welches der Drucksensor 1 bspw. über einen ersten Prozessanschluss 13 verbunden ist, hydraulisch verbunden, so dass der ersten Teilkammer 8 ein erster Druck p1 des Mediums 10 zugeführt ist. Die zweite Teilkammer 9 ist über eine entsprechende zweite hydraulische Verbindung 12 mit dem Medium 10, bspw. über einen zweiten Prozessanschluss 14, hydraulisch verbunden, so dass auch der zweiten Teilkammer 9 ein zweiter Druck p2 des Mediums 10 zugeführt ist.
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Aufgrund der beiden Drücke p1, p2 die den beiden Teilkammern 8, 9 zugeführt sind und an der Messmembran 2 anliegen, ergibt sich eine differenzdruckabhängige Auslenkung der Messmembran 2. Durch die Bestimmung der Auslenkung der Messmembran 2 lässt sich somit eine primäre Differenzdruckmessgröße, welche eine Differenz |p1-p2| zwischen dem ersten und dem zweiten Druck p1, p2 darstellt, ermitteln. Ferner lässt sich durch die Bestimmung eines Abstandes zwischen der Messmembran und dem ersten bzw. zweiten Gegenkörper 3, 4 eine sekundäre Druckmessgröße, welche einen statischen Druck des ersten und/oder zweiten Druckes umfasst, ermitteln.
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Die Bestimmung der Auslenkung und des Abstandes basiert auf einer kapazitiven Auswertung. Hierfür weist der erste Gegenkörper 3 im Bereich des ersten Membranbettes 6 eine erste Elektrode 15 auf und der zweite Gegenkörper 4 im Bereich des zweiten Membranbettes 7 eine zweite Elektrode 16 auf.
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Die erste Elektrode 15 und die zweite Elektrode 16 sind dabei aus einem Schichtaufbau aus jeweils einer Isolationsschicht 17, 18 (durch eine gestrichelte Linie in 1 angedeutet) auf der eine elektrisch leitende Schicht als Elektrode aufgebracht ist, ausgebildet. Die jeweilige Isolationsschicht 17 bzw. 18 ist dabei derartig angeordnet, dass sie sich zwischen der elektrisch leitenden Schicht 15 bzw. 16 und dem jeweiligen Gegenkörper 3 bzw. 4 befindet, so dass sie als Isolation für die elektrisch leitende Schicht 15 bzw. 16 gegenüber dem jeweiligen Gegenköper 3 bzw. 4 dient.
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Der erste Gegenkörper 3 weist somit im Bereich des ersten Membranbettes 6 eine erste Isolationsschicht 17 (durch eine gestrichelte Linie in 1 angedeutet) und eine darauf befindliche erste elektrisch leitende Schicht als erste Elektrode 15 auf. Der zweite Gegenköper 4 weist analog im Bereich des zweiten Membranbettes 7 eine zweite Isolationsschicht 18 (durch eine gestrichelte Linie in 1 angedeutet) und eine darauf befindliche zweite elektrisch leitende Schicht als zweite Elektrode 16 auf. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die erste und/oder die zweite Isolationsschicht 17, 18 Siliziumoxid aufweist.
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Elektrisch kontaktiert sind die erste Elektrode 15 und die zweite Elektrode 16 über in den beiden Gegenkörpern 3, 4 befindliche elektrische Leitungen 21, die zusammen mit einer weiteren elektrischen Leitung 22 zur Kontaktierung der Messmembran 2 einer Auswerte- und Recheneinheit 19 zugeführt sind. Die Leitungen 21 sind dabei als elektrisch isolierte Leitungen gegenüber den beiden Gegenkörpern 3, 4 ausgebildet.
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Die erste Elektrode 15 in Verbindung mit der Messmembran 2 als Gegenelektrode bilden zusammen einen ersten kapazitiven Wandler und die zweite Elektrode 16 in Verbindung mit der Messmembran 2 als Gegenelektrode bilden zusammen einen zweiten kapazitiven Wandler. Über den ersten und zweiten kapazitiven Wandler werden sowohl die Auslenkung der Messmembran 2 und somit die primäre Druckmessgröße in Form eines Differenzdruckwertes als auch die sekundäre Druckmessgröße in Form eines statischen Druckwertes bestimmt. Hierzu werden in der Auswerte- und Recheneinheit 19 aus einer ersten Kapazität C1 des ersten kapazitiven Wandlers und einer zweiten Kapazität C2 des zweiten kapazitiven Wandlers die primäre und sekundäre Druckmessgröße erzeugt. Stark vereinfacht dargestellt, erzeugt die Auswerte- und Recheneinheit 19 ein primäres Druckmesssignal PDiff in der Form PDiff = f(1/C1 - 1/C2). Das primäre Druckmesssignal ist in erster Näherung proportional zu dem Differenzdruck |p1-p2|. Ferner erzeugt die Auswerte- und Recheneinheit 19 ein sekundäres Druckmesssignal Pstat in der Form Pstat = f(1/C1 + 1/C2), welches in erster Näherung proportional zu dem statischen Druck ist.
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Ferner kann bei dem Drucksensor 1 vorgesehen sein, dass auf der jeweiligen Elektrode 15 bzw. 16 jeweils eine weitere Isolationsschicht 20 aufgebracht ist, um die jeweilige Elektrode 15 bzw. 16 bei einem Kontakt mit der Messmembran 2 im Überlastfall elektrisch zu isolieren und einen Kurzschluss zu verhindern. Die beiden weiteren Isolationsschichten 20 werden vorzugsweise durch jeweils eine Oxidschicht mit einer Dicke von weniger als 100 nm realisiert. Die beiden weiteren Isolationsschichten 20, sind derartig auf den beiden Gegenkörpern 3 bzw. 4 aufgebracht, dass sie jeweils der Messmembran 2 zugewandt sind, so dass sich die Messmembran 2 im Überlastfall an einer der beiden weiteren Isolationsschichten 20 anlegen kann. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss zwischen der Messmembran 2 und der Elektrode des Membranbettes, an dem sich die Messmembran 2 anlegt, vermieden werden.
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Die Auswerte- und Recheneinheit 19 ist ferner dazu eingerichtet, eine Impedanzmessung zum Erfassen von Impedanzwerten für den ersten und den zweiten kapazitiven Wandler durchzuführen S100. Die Impedanzmessung wird vorzugsweise durch die Auswerte- und Recheneinheit 19 kontinuierlich im laufenden Messbetrieb durchgeführt. Anhand der erfassten Impedanzwerte stellt die Auswerte- und Recheneinheit 19 anschließend fest, ob ein Überlastfall vorliegt oder nicht S200. Hierzu werden, je nach konkreter Ausgestaltung des Drucksensors, entweder der Impedanzwert selbst oder ein davon abgeleiteter Wert, wie bspw. ein Verlustwinkel, ein Kapazitäts- oder Widerstandswert, zur Beurteilung, ob ein Überlastfall vorliegt, herangezogen.
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In dem Fall, dass der Drucksensor 1 eine weitere Isolationsschicht 20 aufweist, wird zum Feststellen, ob ein Überlastfall vorliegt, Kapazitätswerte für die erste und/oder zweite Kapazität C1 bzw. C2 verwendet. Aufgrund dessen, dass im Überlastfall der Abstand zwischen der Elektrode 15 bzw. 16 und der Messmembran 2 nur durch die weitere Isolationsschicht 20 limitiert ist, wird die Kapazität auf der druckabgewandten Seite sehr groß und die auf der druckbeaufschlagten Seite sehr klein. Dies kann sich zur Feststellung des Überlastfalls zu nutzen gemacht werden. Denkbar ist auch, dass nur die Kapazitätswerte der auf der druckabgewandten Seite befindlichen Kapazität von der Auswerte- und Recheneinheit 19 zur Feststellung, ob ein Überlastfall vorliegt, herangezogen wird.
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In dem Fall, dass der erste und/oder der zweite Gegenkörper 3 bzw. 4 sowie die Messmembran 2 aus einem elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sind und der Drucksensor 1 keine weitere Isolationsschicht aufweist, stellt sich im Überlastfall ein Kurzschluss zwischen der Messmembran 2 und der Elektrode 15 bzw. 16 des Membranbettes 2, an dem sich die Messmembran 2 anlegt, ein. In diesem Fall ist es messtechnisch nicht mehr möglich die Kapazitätswerte heranzuziehen, da die Dissipation, d.h. der Verlustwinkel der Impedanz, sprunghaft ansteigt. Oder anders ausgedrückt, der Widerstand sinkt schlagartig. In diesem Fall können im Wesentlichen die gleichen Analysen zur Feststellung, ob ein Überlastfall vorliegt, wie bei der zuvor beschriebenen Variante mit der weiteren Isolationsschicht 20, durchgeführt werden. Ausnahme ist allerdings, dass beim Anliegen der Messmembran 2 an einer der beiden Elektroden 15 bzw. 16 die Kapazitätswerte der Kapazität C1 bzw. C2 auf der druckbeaufschlagten Seite gemessen werden muss, da die Kapazität C2 bzw. C1 auf der druckabgewandten Seite kurzgeschlossen ist.
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Zusätzlich ist es in diesem Fall möglich, dass die Dissipation bzw. der Verlustwinkel der erfassten Impedanzwerte zur Feststellung, ob ein Überlastfall vorliegt, herangezogen werden kann.
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Anhand der für die erste und/oder zweite Kapazität C1 bzw. C2 erfassten Impedanzwerte oder der davon abgeleiteten Werte können anschließend, wenn ein Überlastfall festgestellt wurde, eine Funktionsüberprüfung des Drucksensors und/oder Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten sekundären Druckmessgröße durchgeführt werden S300.
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Für die Funktionsüberprüfung werden im Drucksensor 1 Erwartungswerte für die erste Kapazität C1 des ersten kapazitiven Wandlers und/oder für die zweite Kapazität C2 des zweiten kapazitiven Wandlers hinterlegt. Die Erwartungswerte definieren den Zustand bei dem ein Membrananschlag auftritt, d.h. die Erwartungswerte umfassen Kapazitätswerte für die erste und/oder zweite Kapazität C1, C2 bei einem Überlastfall in dem sich die Messmembran 2 an ein Membranbett 6 oder 7 anlegt. Dies bedeutet die Erwartungswerte sind eine Funktion zumindest der ersten und/oder zweiten Kapazität C1, C2 im Überlastfall.
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Die Erwartungswerte werden vorzugsweise vor dem eigentlichen Messbetrieb, bspw. durch den Drucksensorhersteller, in einem internen Speicher hinterlegt. Während des Messbetriebes führt die Auswerte- und/oder Recheneinheit 19 dann einen Vergleich zwischen den erfassten Impedanzwerten, insbesondere den davon abgeleiteten Kapazitätswerte, und den hinterlegten Erwartungswerten durch. In dem Fall, dass die aktuell erfassten Werte um einen vorgegebenen Toleranzbereich abweichen, wird eine mögliche Fehlfunktion des Drucksensors 1 detektiert. Die detektierte Fehlfunktion kann anschließend durch den Drucksensor, bspw. in Form eines Warnhinweises, ausgeben werden.
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Neben der Funktionsüberprüfung kann, wenn ein Überlastfall festgestellt wurde, auch eine Plausibilitätsüberprüfung der sekundären Druckmessgröße in Form des statischen Druckes durchgeführt werden. Hierbei geht die Erfindung von der Annahme aus, dass in dem Fall, dass ein Ansteigen des statischen Druckes zum Aufblähen des Drucksensors 1, genauer des ersten und zweiten Gegenkörpers 3, 4, führt. Dies hat zur Folge, dass die ersten und zweiten Kapazitätswerte C1 und C2 geringer werden, was wiederum dazu führt, dass das sekundäre Druckmesssignal Pstat ansteigt. Um die Plausibilitätsüberprüfung im laufenden Messbetrieb des Drucksensors 1 durchzuführen, weisen die Erwartungswerte zusätzlich zu den Kapazitätswerten für die erste und/oder zweite Kapazität C1, C2 auch dazu korrespondierende Differenzdruckwerte bei einem Überlastfall auf. Dies bedeutet, die Erwartungswerte sind eine Funktion sowohl der ersten und/oder zweiten Kapazität und des Differenzdruckes | p1-p21 im Überlastfall. Beispielsweise können sich die erste und zweiten Kapazitätswerte C1 und C2 bei einem statischen Druck von 100 bar um etwa 10% reduzieren, so dass sich der Abstand von Elektrode zu Messmembran etwa um 10% vergrößert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drucksensor
- 2
- Messmembran
- 3
- Erster Gegenkörper
- 4
- Zweiter Gegenkörper
- 5
- Messkammer
- 6
- Erstes Membranbett
- 7
- Zweites Membranbett
- 8
- Erste Teilkammer
- 9
- Zweite Teilkammer
- 10
- Medium
- 11
- Erste hydraulische Verbindung
- 12
- Zweite hydraulische Verbindung
- 13
- Erster Prozessanschluss
- 14
- Zweiter Prozessanschluss
- 15
- Erste Elektrode in Form einer elektrisch leitenden Schicht
- 16
- Zweite Elektrode in Form einer elektrisch leitenden Schicht
- 17
- Erste Isolationsschicht
- 18
- Zweite Isolationsschicht
- 19
- Auswerte- und Recheneinheit
- 20
- Weitere Isolationsschicht
- 21
- Elektrische Leitungen zur Kontaktierung der Elektroden
- 22
- Elektrische Leitungen zur Kontaktierung der Messmembran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028773 A1 [0004]
- US 7360431 B2 [0005]
