DE102019131214A1

DE102019131214A1 - Druckmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102019131214A1
Application number: DE102019131214.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Buder
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Es ist eine Druckmesseinrichtung mit vergleichsweise hoher Messgenauigkeit beschrieben, mit einer Membran (1, 13), deren Außenseite mit einem zu messenden Druck (p) beaufschlagbar ist, und einer Vorrichtung, die den zu messenden Druck (p) anhand einer vom auf die Membran (1, 13) einwirkenden Druck (p) abhängigen Verformung der Membran (1, 13) bestimmt, die eine optimale Anpassung des Materials und/oder der Formgebung der Membran (1, 13) an die Einsatzbedingungen ermöglicht. Hierzu ist auf einer Innenseite der Membran (1, 13) ein Muster (3) angeordnet, dass sich in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung der Membran (1, 13) verändert. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine mindestens eine auf das Muster (3) ausgerichtete Digitalkamera (5a, 5b, 5c) umfassende Aufnahmeeinrichtung (5) und eine an die Aufnahmeeinrichtung (5) angeschlossene Auswertungseinrichtung (7), die dazu ausgestaltet ist anhand der digitalen Aufnahmen und in einem Speicher (9) abgelegten Referenzdaten mittels eines Bildkorrelationsverfahrens einen zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme vorliegenden Verformungszustand der Membran (1, 13) zu erfassen und einen diesem Verformungszustand entsprechenden Druckmesswert (pgem) des zu messenden Drucks (p) zu bestimmen und bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmesseinrichtung mit einer Membran, deren Außenseite mit einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist, und einer Vorrichtung, die den zu messenden Druck anhand einer vom auf die Membran einwirkenden Druck abhängigen Verformung der Membran bestimmt.
Druckmesseinrichtungen der eingangs genannten Art werden in der industriellen Messtechnik zur messtechnischen Erfassung von Drücken eingesetzt.
Druckmesseinrichtungen dieser Art umfassen üblicher Weise einen Drucksensor mit einer durch einen darauf einwirkenden Druck verformbaren Messmembran und einem im Drucksensor integrierten elektromechanischen Wandler. Der Wandler wandelt die druckabhängige Verformung der Messmembran in eine mittels einer an den Wandler angeschlossenen Messelektronik messtechnisch erfassbare elektrische Größe um, anhand der dann der zu messende Druck bestimmt wird.
Aus dem Stand der Technik bekannte Drucksensoren umfassen Halbleiter-Sensoren und keramische Drucksensoren. Halbleiter-Sensoren sind mechanisch empfindlich und werden daher üblicher Weise über einen dem Sensor vorgeschalteten Druckmittler mit dem zu messenden Druck beaufschlagt. Druckmittler umfassen eine Trennmembran, deren Außenseite mit einem unter dem zu messenden Druck stehenden Medium beaufschlagbar ist, und einen hydraulischen Druckübertragungspfad, der den auf die Trennmembran einwirkenden Druck auf die Messmembran des Drucksensors überträgt. Druckmittler bieten den Vorteil, dass die Formgebung und das Material der Trennmembran optimal an die Anforderungen am Einsatzort angepasst werden können. Insb. können auch ein Membranprofil aufweisende Trennmembranen eingesetzt werden. Letztere bieten gegenüber scheibenförmigen Trennmembranen den Vorteil, dass sie in einem deutlich größeren Druckbereich im Wesentlichen elastisch verformbar sind. Nachteilig ist jedoch, dass sich die Druckübertragungseigenschaften des Druckmittlers, insb. deren Temperaturabhängigkeit, nachteilig auf die erzielbare Messgenauigkeit auswirken können.
Demgegenüber bieten keramische Drucksensoren den Vorteil, dass deren keramische Messmembran aufgrund der vergleichsweise hohen mechanischen und chemischen Beständigkeit von Keramik unmittelbar dem unter dem zu messenden Druck stehenden Medium ausgesetzt werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass keramische Drucksensoren zur Befestigung am Einsatzort regelmäßig unter Zwischenfügung einer Dichtung in ein Gehäuse eingespannt werden müssen. Beispiele hierzu sind der DE 10 2004 057 967 A1 , der DE 103 34 854 A1 , der EP 995 979 A1 , sowie der DE 10 2010 029 955 A1 entnehmbar. Das ist insb. in Anwendungen in denen hohe Anforderungen an die Hygiene und die Reinigbarkeit bestehen unerwünscht. Außerdem ist der Gestaltungsspielraum hinsichtlich der Formgebung der Messmembran aufgrund des im Vergleich zu Metallen sehr spröden keramischen Werkstoffs stark eingeschränkt, so dass keramische Messmembranen heute üblicher Weise als im Wesentlichen planare Scheibe ausgebildet sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Druckmesseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der Druckmessungen mit vergleichsweise hoher Messgenauigkeit ausführbar sind und die eine optimale Anpassung des Materials und/oder der Formgebung der Membran an die Einsatzbedingungen ermöglicht.
Hierzu umfasst die Erfindung eine Druckmesseinrichtung mit einer Membran, deren Außenseite mit einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist, und einer Vorrichtung, die den zu messenden Druck anhand einer vom auf die Membran einwirkenden Druck abhängigen Verformung der Membran bestimmt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung:

ein auf einer Innenseite der Membran angeordnetes, räumlich unregelmäßig verteilt angeordnete Musterkomponenten umfassendes Muster umfasst, das sich über einen durch den auf die Membran einwirkenden Druck verformbaren Membranbereich der Membran erstreckt und derart auf die Membran aufgebracht oder in die Membran eingebracht ist, dass es sich in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung der Membran verändert,
eine mindestens eine auf das Muster ausgerichtete Digitalkamera umfassende Aufnahmeeinrichtung umfasst, die dazu ausgestaltet ist digitale Aufnahmen des Musters zu erzeugen, und
eine an die Aufnahmeeinrichtung angeschlossene Auswertungseinrichtung umfasst, die dazu ausgestaltet ist anhand der digitalen Aufnahmen und in einem Speicher abgelegten Referenzdaten mittels eines Bildkorrelationsverfahrens einen zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme vorliegenden Verformungszustand der Membran zu erfassen und einen diesem Verformungszustand entsprechenden Druckmesswert des zu messenden Drucks zu bestimmen und bereitzustellen.

Erfindungsgemäße Druckmesseinrichtungen weisen den Vorteil auf, dass durch das Bildkorrelationsverfahren eine extrem präzise Erfassung des Verformungszustands der Membran mit sehr hoher räumlicher Auflösung vorliegt. Das ermöglicht Druckmessungen mit vergleichsweise hoher Messgenauigkeit. Dabei bietet die Verwendung des Musters zur Erfassung der druckabhängigen Verformung der Membran den Vorteil, dass sich durch das Muster praktisch keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des Membranwerkstoffs, der Membranstärke und der Membranform ergeben. Diese Membraneigenschaften können somit optimal an den Druckmessbereich, sowie ggfs. am Einsatzort zu erfüllende Anforderungen, wie z.B. Hygieneanforderungen und/oder Anforderungen and die chemische und/oder mechanische Beständigkeit der Membran, angepasst werden. Insb. kann die Membran ohne Weiteres als eine unmittelbar mit einem unter dem zu messenden Druck stehenden Medium beaufschlagbare Trennmembran ausgebildet sein, die den Einsatz der Druckmesseinrichtung ohne vorgeschalteten Druckmittler ermöglicht, und/oder ein den Druckbereich, in dem die Membran elastisch verformbar ist, vergrößerndes Membranprofil aufweisen.
Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster eine Vielzahl von unregelmäßig verteilt angeordneten, durch das Bildkorrelationsverfahren identifizierbaren Musterkomponenten, als Punkte ausgebildete Musterkomponenten und/oder als Flecke ausgebildete Musterkomponenten umfasst, und/oder das Muster:

a) auf einer elastischen Folie aufgebracht ist, wobei die Folie mittels einer Fügung oder einer Klebung im Wesentlichen vollflächig mit der Membran verbunden ist, oder
b) als ein auf die Innenseite der Membran aufgesprühtes, aufgedrucktes oder auf andere Weise unmittelbar auf die Innenseite der Membran aufgebrachtes Muster ausgebildet ist, oder
c) als ein in die Membran eingebrachtes, als ein mittels eines Laser in die Membran eingebrachtes oder als ein in die Membran eingraviertes Muster ausgebildet ist.

Eine erste Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke jeweils mindestens ein in dem Speicher zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck abgespeichertes Referenzmuster umfassen, das einer bei einer Druckbeaufschlagung der Membran mit dem jeweiligen Referenzdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht, und
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts jeweils derart durchzuführen, dass sie jeweils entweder

a) durch das Bildkorrelationsverfahren dasjenige Referenzmuster ermittelt, das die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters aufweist und den Druckmesswert anhand des diesem Referenzmuster zugeordneten Referenzdrucks bestimmt, oder
b) durch das Bildkorrelationsverfahren eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Referenzmustern ermittelt, die die größten Übereinstimmungen zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters aufweisen, und den Druckmesswert durch Interpolation zwischen diesen Referenzmustern und den diesen Referenzmustern zugeordneten Referenzdrücken bestimmt.

Eine zweite Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Referenzdaten ein Ausgangsreferenzmuster umfassen, das einer bei einer Ausgangstemperatur und einer Druckbeaufschlagung der Membran mit einem Ausgangsdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht,
die Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke jeweils mindestens einen in dem Speicher zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck abgespeicherten Satz Referenzeigenschaften eines Referenzmusters umfassen, das einer bei einer Druckbeaufschlagung der Membran mit dem jeweiligen Referenzdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht, wobei jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils durch einen mittels des Bildkorrelationsverfahrens durchführbaren Vergleich mit dem Ausgangsreferenzmuster ableitbare, für den jeweiligen Verformungszustand der Membran charakteristische Eigenschaften des jeweiligen Referenzmusters umfasst, und
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, mindestens eine Bestimmung des Druckmesswerts derart durchzuführen, dass sie

a) mittels des Bildkorrelationsverfahrens die zu den abgespeicherten Referenzeigenschaften korrespondierenden Eigenschaften der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters ermittelt, und entweder
b1) denjenigen Satz Referenzeigenschaften ermittelt, der die größte Übereinstimmung zu den anhand der Aufnahme des Musters bestimmten Eigenschaften aufweist, und den Druckmesswert anhand des diesem Satz Referenzeigenschaften zugeordneten Referenzdrucks bestimmt, oder
b2) eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Sätzen von Referenzeigenschaften ermittelt, die die größten Übereinstimmungen zu den Eigenschaften der Aufnahme aufweisen, und den Druckmesswert durch Interpolation zwischen diesen Sätzen von Referenzeigenschaften und den diesen Sätzen zugeordneten Referenzdrücken bestimmt.

Eine zweite Weiterbildung der ersten und/oder der zweiten Variante zeichnet sich dadurch aus, dass
die Referenzdaten für jeden der Referenzdrücke jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur im Speicher abgespeicherten Referenzmustern umfassen, von denen jedes einer bei der zugehörigen Referenztemperatur bei der Druckbeaufschlagung der Membran mit dem jeweiligen Referenzdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht, und/oder
die Referenzdaten für jeden der Referenzdrücke jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur im Speicher abgespeicherten Sätzen von Referenzeigenschaften umfassen, wobei jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils den Referenzeigenschaften desjenigen Referenzmusters entspricht, das einer bei der zugehörigen Referenztemperatur bei der Druckbeaufschlagung der Membran mit dem jeweiligen Referenzdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht.
Eine dritte Weiterbildung der zweiten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgestaltet ist anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahmen des Musters jeweils eine Bestimmung eines Temperaturmesswert derart durchzuführen, dass sie den jeweiligen Temperaturmesswert:

a) anhand der Referenztemperatur bestimmt, die dem Referenzmuster zugeordnet ist, dass die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme aufweist,
b) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Referenzmustern, die die größten Übereinstimmungen zu der jeweiligen Aufnahme aufweisen, und den zusammen mit diesen Referenzmustern abgespeicherten Referenztemperaturen bestimmt,
c) anhand der Referenztemperatur bestimmt, die dem Satz Referenzeigenschaften zugeordnet ist, der die größte Übereinstimmung zu den Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und/oder
d) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Sätzen von Referenzeigenschaften, die die größten Übereinstimmungen zu den Eigenschaften der Aufnahme aufweisen, und den zusammen mit diesen Sätzen abgespeicherten Referenztemperaturen bestimmt.

Eine vierte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Referenzdaten ein Ausgangsreferenzmuster umfassen, das einer bei einer vorgegebenen Ausgangstemperatur und einer Druckbeaufschlagung der Membran mit einem vorgegebenen Ausgangsdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters entspricht,
in der Druckmesseinrichtung entweder:

a) ein numerisches Modell abgespeichert ist, mittels dessen Referenzdaten, nämlich Referenzmuster und/oder Sätze von Referenzeigenschaften dieser Referenzmuster, anhand des Ausgangsreferenzmusters, der Abmessungen der Membran und der Materialeigenschaften der Membran in Abhängigkeit von dem Referenzdruck numerisch bestimmbar sind, oder
b) ein numerisches Modell abgespeichert ist, mittels dessen Referenzdaten, nämlich Referenzmuster und/oder Sätze von Referenzeigenschaften dieser Referenzmuster, anhand des Ausgangsreferenzmusters, der Abmessungen der Membran, der Materialeigenschaften der Membran und der thermomechanischen Eigenschaften der Membran in Abhängigkeit von dem Referenzdruck und der Referenztemperatur numerisch bestimmbar sind,

a) das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters aufweist, oder
b) der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu den hierzu korrespondierenden anhand des Ausgangsmusters abgeleiteten Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und

Eine fünfte Weiterbildung der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
das Modell ein numerisches Modell ist, mittels dessen die numerisch bestimmbaren Referenzdaten in Abhängigkeit von dem Referenzdruck und der Referenztemperatur numerisch bestimmbar sind, und
die Auswertungseinrichtung dazu ausgestaltet ist, anhand mindestens einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters jeweils einen Temperturmesswert zu bestimmen, indem sie anhand der jeweiligen Aufnahme des Musters und des Modells diejenige Referenztemperatur ermittelt, bei der

a) das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme aufweist, oder
b) der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu den anhand des Ausgangsreferenzmusters abgeleiteten, zu den

Referenzeigenschaften korrespondierenden Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und
die auf diese Weise ermittelte Referenztemperatur als Temperaturmesswert bestimmt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der zweiten Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Eigenschaften der Aufnahmen des Muster und jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils Verschiebungsvektoren umfasst, die Verschiebungen von Positionen einzelner mittels des Bildkorrelationsverfahrens identifizierbarer Musterkomponenten gegenüber deren Position in dem Ausgangsreferenzmuster angeben.
Eine Weiterbildung der Druckmesseinrichtung gemäß der ersten und/oder der zweiten Variante und der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Auswertungseinrichtung dazu ausgestaltet ist anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahmen des Musters jeweils eine Plausibilitätsprüfung auszuführen, bei der sie:

mindestens einen anhand der Aufnahme bestimmbaren Messwert, nämlich den Druckmesswert und/oder den Temperturmesswert, jeweils sowohl anhand der abgespeicherten Referenzmuster oder der abgespeicherten Sätze von Referenzeigenschaften als auch anhand des Modells bestimmt, und
einen Fehler erkennt und ausgibt, wenn die beiden anhand der gleichen Aufnahme bestimmten Messwerte, nämlich die beiden Druckmesswerte und/oder die beiden Temperaturmesswerte, um mehr als eine vorgegebene Toleranz voneinander abweichen.

Eine Weiterbildung der Druckmesseinrichtung gemäß der dritten und/oder der fünften Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Druckmesseinrichtung einen an die Auswertungseinrichtung angeschlossen Temperatursensor umfasst, und
die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommen Aufnahmen jeweils eine Überprüfung durchzuführen, bei der sie anhand der jeweiligen Aufnahme den Temperaturmesswert bestimmt und einen Fehler erkennt und ausgibt, wenn der Temperaturmesswert und die während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur um mehr als eine vorgegebene Toleranz voneinander abweichen.
Eine Weiterbildung der zweiten und/oder der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Druckmesseinrichtung einen an die Auswertungseinrichtung angeschlossen Temperatursensor umfasst, und
die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmung mindestens eines oder jedes Druckmesswerts jeweils derart ausführt, dass sie

a) anhand der mittels des Temperatursensors während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme gemessenen Temperatur aus den im Speicher jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur abgespeicherten Referenzmustern und/oder Referenzeigenschaften diejenigen Referenzdaten auswählt, bei denen die zugehörige Referenztemperatur von der gemessenen Temperatur um weniger als eine vorgegebene Toleranz abweicht und die Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts anhand der ausgewählten Referenzdaten ausführt, und/oder
b) die Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts anhand des Modells derart ausführt, dass sie die mittels des Temperatursensors während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme gemessene Temperatur als vorgegebenen Modellparameter des Modells verwendet.

Eine sechsten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist mindestens eine Membranüberwachung durchzuführen, bei der sie jeweils anhand einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters mittels des Bildkorrelationsverfahrens:

a) überprüft, ob die Membran eine Fehlverformung aufweist, wobei die Auswertungseinrichtung eine Fehlverformung feststellt, wenn die Membran oder mindestens ein Teilbereich der Membran einen Verformungszustand aufweist, der von den gemäß der Referenzdaten zu erwartenden Verformungszuständen der Membran um mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht, und/oder
b) Abweichungen des mittels der jeweiligen Aufnahme erfassten Verformungszustands von dem bei einwandfreier Membran gemäß den Referenzdaten zu erwartenden Verformungszustand quantitativ und über die mit dem Muster ausgestattete Membranfläche hinweg ortsaufgelöst bestimmt und anhand der Größe der Abweichungen einen Fehlverformungsgrad der Membran bestimmt und/oder anhand der Größe und der Position der Abweichungen fehlverformte Teilbereiche der Membran identifiziert,

Eine Weiterbildung der sechsten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie:

a) anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnisse eine Gesamtbelastung der Membran und/oder eine verbleibende Resteinsatzdauer der Membran bestimmt und: die Gesamtbelastung und/oder die Resteinsatzdauer anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt, eine Alarm ausgibt, wenn die Gesamtbelastung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt, und/oder einen Alarm ausgibt, wenn die Resteinsatzdauer einen vorgegeben Grenzwert unterschreitet, und/oder
b) anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnissen von zwei der mehr zeitlich nacheinander ausgeführten Membranüberprüfungen überprüft, ob eine dauerhafte Fehlverformung der Membran vorliegt, und: eine festgestellte dauerhafte Fehlverformung anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt, und/oder eine Warnung oder einen Alarm ausgibt, wenn der Fehlverformungsgrad einer festgestellten dauerhaften Fehlverformung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen zeichnet sich dadurch aus, dass
die Membran als unmittelbar mit einem unter dem zu messenden Druck stehenden Medium beaufschlagbare Trennmembran ausgebildet ist und/oder ein Membranprofil aufweist,
das in einem einer Membranmitte der Membran gegenüberliegenden Bereich eines Innenraums der Druckmesseinrichtung eine Membranabstützung angeordnet ist, auf der die Membranmitte im Falle einer auf die Membran einwirkenden Überlast zur Auflage kommt,
jede Digitalkamera jeweils auf einen Membranbereich der Membran ausgerichtet ist, der sich in Abhängigkeit von dem auf die Membran einwirkenden Druck verformt, lichtempfindliche Sensoren, CCD-Sensoren, aktive Pixelsensoren oder Graustufen-Fotosensoren umfasst, mit einem optischen System ausgestattet, das eine an einen Abstand zwischen der Membran und der jeweiligen Digitalkamera angepasste Fokussierung bewirkt oder unterstützt, und/oder jeweils mit einer Kühlvorrichtung oder einer mindestens ein Peltier-Element umfassenden Kühlvorrichtung ausgestattet ist,
die Druckmesseinrichtung eine im eingeschalteten Zustand die Innenseite der Membran beleuchtende Innenbeleuchtung umfasst, die mindestens eine Lichtquelle, mindestens ein LED oder mindestens eine Weißlicht-LED umfasst,
das mittels der Auswerteeinrichtung ausführbare Bildkorrelationsverfahrens ein zweidimensionales Bildkorrelationsverfahren oder ein anhand der mittels der mindestens zwei unter unterschiedlichen Winkeln auf das Muster ausgerichtete Digitalkameras umfassenden Aufnahmeeinrichtung erzeugten Aufnahmen ausführbares dreidimensionales Bildkorrelationsverfahren ist,
die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet, eine Bildoptimierung der Aufnahmen auszuführen, bei der in den einzelnen Pixeln der erzeugten Aufnahmen enthaltene Rauschanteile herausgefiltert werden, und/oder
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Überprüfung, die Plausibilitätsprüfung und/oder die Membranüberwachung bei jeder Bestimmung des Druckmesswerts, periodisch, bedarfsabhängig, zu fest vorgegebenen Zeiten oder zu vom Betreiber vorgebbaren Zeiten durchzuführen.
Eine siebte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Digitalkameras mit einem Autofokussystem ausgestattet ist, und die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Erfassung der Verformungszustände der Membran und/oder die Bestimmung der den Verformungszuständen entsprechenden Druckmesswerte unter Heranziehung von zur Erzeugung der hierzu verwendeten Aufnahmen eingesetzten Fokuseinstellungen der Digitalkamera(s) ausführt und/oder anhand dieser Fokuseinstellungen zwischen Verformungszuständen, bei denen die Membran in kamera-zugewandter Richtung ausgelenkt ist, und Verformungszuständen, bei denen die Membran in kamera-abgewandter Richtung ausgelenkt ist, unterscheidet.
Eine achte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmungen der Druckmesswerte anhand von einen hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt, wobei der Musterbereich auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran eine ausgeprägte Druckabhängigkeit aufweisen und/oder indem die Druckabhängigkeit der Verformungen der Membran größer als deren Temperaturabhängigkeit ist, und/oder
die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmungen der Temperaturmesswerte anhand von einen hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt, wobei der Musterbereich auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit aufweisen und/oder in dem die Temperaturabhängigkeit der Verformungen der Membran größer als deren Druckabhängigkeit ist.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Um Bauteile sehr unterschiedlicher Abmessungen darstellen zu können wurde in den

Figuren eine nicht immer maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
1 zeigt: eine Druckmesseinrichtung mit scheibenförmiger Membran;
2 zeigt: ein Muster, und
3 zeigt: eine Druckmesseinrichtung mit zwei Digitalkameras und einer ein Membranprofil aufweisenden Membran.

1 zeigt ein Beispiel einer Druckmesseinrichtung. Diese Druckmesseinrichtung umfasst eine Membran 1, deren Außenseite mit einem zu messenden Druck p beaufschlagbar ist, und eine Vorrichtung die den zu messenden Druck p anhand einer vom auf die Membran 1 einwirkenden Druck p abhängigen Verformung der Membran 1 bestimmt.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung hierzu ein auf einer Innenseite der Membran 1 angeordnetes, räumlich unregelmäßig verteilt angeordnete Musterkomponenten umfassendes Muster 3. Dieses Muster 3 erstreckt sich über einen durch den auf die Membran 1 einwirkenden Druck p verformbaren Membranbereich der Membran 1 und ist derart auf die Membran 1 aufgebracht oder in die Membran 1 eingebracht, dass es sich in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung der Membran 1 verändert. Anders ausgedrückt ist das Muster 3 derart aufgebracht oder eingebracht, dass sich druckabhängige Verformungen der Membran 1 in einer dementsprechenden Veränderung des Musters 3 wiederspiegeln. Dabei führen lokale Verformungen der Membran 1, wie z.B. Dehnungen oder Stauchungen einzelner Membranbereiche, zu diesen lokalen Verformungen entsprechenden lokalen Veränderungen der auf den jeweiligen Membranbereich aufgebrachten bzw. darin eingebrachten Musterbereiche des Musters 3. Insoweit kann sich das Muster 3 entweder über die gesamte Messmembran 1 erstrecken oder aber einen oder mehrere Musterbereiche umfassen, von denen sich mindestens einer über einen sich in Abhängigkeit von dem auf die Membran 1 einwirkenden Druck p verformenden Membranbereich der Messmembran 1 erstreckt.
Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung 5, die mindestens eine auf das Muster 3 ausgerichtete Digitalkamera 5a umfasst. Die Aufnahmeeinrichtung 5 ist dazu ausgestaltet digitale Aufnahmen des Musters 3 zu erzeugen. Da sich das Muster 3 in Abhängigkeit von der Verformung der Membran 1 verändert enthält jede mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 erzeugte Aufnahme des Musters 3 jeweils Informationen über den während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme vorliegenden, von dem auf die Membran 1 einwirkenden Druck p abhängigen Verformungszustand der Membran 1.
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine an die Aufnahmeeinrichtung 5 angeschlossene Auswertungseinrichtung 7, die dazu ausgestaltet ist anhand der digitalen Aufnahmen und in einem Speicher 9 abgelegten Referenzdaten mittels eines mittels der Auswerteeinrichtung 7 ausführbaren Bildkorrelationsverfahrens einen zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme vorliegenden Verformungszustand der Membran 1 zu erfassen und einen dem jeweiligen Verformungszustand entsprechenden Druckmesswert p_gem des zu messenden Drucks p zu bestimmen und bereitzustellen. Dabei können zur Erfassung des Verformungszustands aus dem Stand der Technik bekannte Bildkorrelationsverfahren eingesetzt werden, wie sie heute z.B. zur berührungslosen Materialprüfung verwendet werden. Bei diesen Verfahren werden üblicher Weise räumlich begrenzte Musterkomponenten des Musters durch das Bildkorrelationsverfahren in den Aufnahmen identifiziert und deren Veränderung gegenüber vorgegebenen Referenz- oder Vergleichsdaten ermittelt.
Erfindungsgemäße Druckmessaufnehmer weisen die eingangs genannten Vorteile auf. Dabei können einzelne Komponenten jeweils einzeln und/oder in Kombination miteinander einsetzbare unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen.
Als Muster 3 eignen sich insb. aus dem Stand der Technik bekannte zur Ausführung von Bildkorrelationsverfahren geeignete Muster. Ein Beispiel hierfür sind Muster 3, die eine Vielzahl von unregelmäßig verteilt angeordneten Musterkomponenten, wie z.B. Punkte, Flecken oder andere durch das Bildkorrelationsverfahren identifizierbare Musterkomponenten, umfassen. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen auf der Innenseite der Membran 1 angeordneten Musters 3. Dabei werden die Größe und die Anzahl der Musterkomponenten pro Oberflächeneinheit vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anzahl der Pixel der digitalen Aufnahmen bzw. der Auflösung der Aufnahmeeinrichtung 5 dahingehend optimiert, dass die Musterkomponenten groß genug sind, um durch das Bildkorrelationsverfahren identifiziert werden zu können, und klein genug sind, um über eine entsprechende Anzahl von Musterkomponenten pro Oberflächeneinheit eine präzise Erfassung des Verformungszustands der Membran 1 mit hoher räumlicher Auflösung zu ermöglichen. Dabei können bereits mit einem 2-dimensionalen Bildkorrelationsverfahren lokale Dehnungen bzw. Stauchungen des Musters 3 von größer gleich 0,002 % bzw. lokale Verschiebungen von größer gleich 0,01 Pixel bestimmt werden.
Unabhängig von der diesbezüglichen Ausgestaltung des Musters 3, kann das Muster 3 auf unterschiedliche Weise auf der Innenseite der Membran 1 erzeugt werden. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem das Muster 3 auf eine elastische Folie 11 aufgebracht oder aufgedruckt ist, die mittels einer Fügung oder einer Klebung im Wesentlichen vollflächig mit der Membran 1 verbunden ist. Bei dieser Variante wird durch die Elastizität der Folie 11 und die vollflächige Verbindung der Folie 11 mit der Membran 1 sichergestellt, dass sich das Muster 3 in Abhängigkeit von der Verformung der Membran 1 verändert.
Alternativ kann das Muster 3 aber auch als ein unmittelbar auf die Innenseite der Membran 1 aufgesprühtes, aufgedrucktes oder auf andere Weise unmittelbar auf die Innenseite der Membran 1 aufgebrachtes Muster 3 ausgebildet sein. 2 zeigt hierzu den mit dem Muster 3 bedruckten Bereich der Innenseite der Membran 1. Diese Form der Musteraufbringung bietet den Vorteil, dass sie auf sehr einfache und kostengünstige Weise auf Membranen 1 beliebiger Geometrie ausführbar ist und praktisch keinen Einfluss auf die druckabhängige Verformbarkeit der Membran 1 ausübt.
Ein weitere Alternative besteht darin, dass das Muster 3 als ein in die Membran 1 eingebrachtes oder eingraviertes Muster 3 ausgebildet ist. Diese Muster 3 können z.B. mittels eines Laser, wie z.B. eines Beschriftungslasers, erzeugt werden. Auch bei dieser Variante ergibt sich die in 2 dargestellte Ansicht des Musters 3, wobei die in 2 als dunkle Flecken dargestellten Musterkomponenten hier durch Materialabtrag des Membranmaterials entstehen. Diese Muster 3 bieten den Vorteil, dass sie auch unter extremen Einsatzbedingungen dauerhaft erhalten bleiben.
Als Membran 1 eignet sich z.B. eine im Wesentlichen scheibenförmige Membran 1. 1 zeigt hierzu ein Beispiel, bei dem die Membran 1 auf einem ringförmigen, z.B. hohlzylindrischen, Träger 19 angeordnet ist. Dabei sind Membran 1 und Träger 19 als einteiliges Bauelement ausgebildet. Alternativ kann die Membran 13 aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein.
Alternativ können in erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen aber auch Membranen eingesetzt werden, die ein Membranprofil aufweisen. Dabei bietet das Muster 3 den Vorteil, dass es vor oder nach der Erzeugung des Profils auf Membranen nahezu beliebiger Formgebung aufgebracht bzw. erzeugt werden kann. 3 zeigt hierzu eine Abwandlung der in 1 dargestellten Druckmesseinrichtung, deren Membran 13 ein Membranprofil aufweist. Die hier nur als ein mögliches Beispiel dargestellte profilierte Membran 13 umfasst einen planaren mittleren Bereich 15, der außenseitlich allseitig von einem Wellenprofil 17 aus konzentrisch zur Membranmitte verlaufenden Wellen umgeben ist. Membranprofile bieten den Vorteil, dass sie den Druckbereich, in dem sich die Membran 13 rein elastisch verformt, vergrößern. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist ein äußerer Rand der Membran 13 mittels einer Fügung 21, wie z.B. einer Schweißung, mit dem Träger 19 verbunden.
Unabhängig von deren Formgebung ist die Membran 1, 13 vorzugsweise als Trennmembran ausgebildet, deren Außenseite unmittelbar, ohne vorgeschalteten Druckmittler, mit einem unter dem zu messenden Druck p stehenden Medium beaufschlagbar ist.
Wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckmittlern auch, kann die Membran 1, 13 z.B. aus einem metallischen Werkstoff, einen Edelstahl, oder einem Spezialwerkstoff, wie z.B. Hastelloy oder Tantal, bestehen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Membran 1, 13 z.B. einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 cm bis 10 cm aufweisen und/oder eine Membranstärke in der Größenordnung von 10 µm bis zu mehreren Hundert Mikrometern, z.B. bis zu 500 µm, aufweisen.
Unabhängig von den zuvor genannten Ausgestaltungen ist die Aufnahmeeinrichtung 5 vorzugsweise in einem Gehäuse 23 der Druckmesseinrichtung angeordnet, dessen Innenraum an einen den verformbaren Bereich der Membran 1, 13 freigebenden Innenraum des die Membran 1, 13 tragenden Trägers 19 angrenzt. Dabei ist jede Digitalkamera 5a der Aufnahmeeinrichtung 5 jeweils auf einen Membranbereich der Membran 1, 13 ausgerichtet, der sich in Abhängigkeit von dem auf die Membran 1, 13 einwirkenden Druck p verformt. Optional ist auch die Auswertungseinrichtung 7 in diesem Gehäuse 23 angeordnet. Alternativ kann die Auswertungseinrichtung 7 aber auch an anderer Stelle angeordnet sein.
Vorzugsweise umfasst die Druckmesseinrichtung mindestens eine im eingeschalteten Zustand die Innenseite der Membran 1, 13 beleuchtende Innenbeleuchtung, die mindestens eine Lichtquelle 25 umfasst. Als Lichtquelle 25 eignen sich z.B. LEDs, wie z.B. Weißlicht-LEDs. 1 und 3 zeigen eine im Gehäuse 23 angeordnete Innenbeleuchtung, die zwei außerhalb des Blickfelds der Digitalkamera(s) 5a, 5b, 5c angeordnete Lichtquellen 25 umfasst. Die Innenbeleuchtung 25 bietet den Vorteil, dass sie insb. auch in Verbindung mit Druckmesseinrichtungen mit lichtundurchlässigen Komponenten, wie z.B. lichtundurchlässigen Membranen 1, 13, Trägern 19 und/oder Gehäusen 23, eine gleichmäßige vom Umgebungslicht unabhängige Ausleuchtung der Innenseite der Membran 1, 13 sicherstellt.
Zur Erfassung des Verformungszustands der Membran 1, 13 kann z.B. ein zweidimensionales Bildkorrelationsverfahren eingesetzt werden. Bei dieser Variante genügt bereits eine einzige auf das Muster 3 ausgerichtete Digitalkamera 5a, um den Verformungszustand der Membran 1, 13 zu erfassen. Alternativ kann die Druckmesseinrichtung zwei oder mehr jeweils auf unterschiedliche Bereiche des Musters 3 ausgerichtete und/oder unter unterschiedlichen Winkeln auf das Musters 3 ausgerichtete Digitalkameras 5b, 5c umfassen. Hierdurch erhöht sich die Genauigkeit der mittels zweidimensionaler Bildkorrelation erzielbaren Erfassung des Verformungszustands. Alternativ kann die Auswertungseinrichtung 7 dazu ausgestaltet sein, ein dreidimensionales Bildkorrelationsverfahren auszuführen. In dem Fall sind mindestens zwei unter unterschiedlichen Winkeln auf das Muster 3 ausgerichtete Digitalkameras 5b, 5c erforderlich. 3 zeigt hierzu ein Beispiel mit zwei symmetrisch zu einer parallel zur Flächennormale auf die Membran 13 durch die Membranmitte verlaufenden Längsachse der Druckmesseinrichtung angeordneten Digitalkameras 5b, 5c. Optional können mehr als zwei Digitalkameras 5b, 5c eingesetzt werden, um die Genauigkeit der mittels dreidimensionaler Bildkorrelation erzielbaren Erfassung des Verformungszustands erhöhen.
Als Digitalkamera(s) 5a, 5b, 5c eignen sich z.B. aus dem Stand der Technik bekannte, lichtempfindliche Sensoren, wie z.B. CCD-Sensoren, aktive Pixelsensoren (Acitive Pixel Sensors APS) oder Graustufen-Fotosensoren, umfassende Digitalkameras 5a, 5b, 5c. Optional ist jede Digitalkamera 5a, 5b, 5c jeweils mit einem optischen System 27 ausgestattet, das eine an einen Abstand zwischen der Membran 1, 13 und der jeweiligen Digitalkamera 5a, 5b, 5c angepasste Fokussierung bewirkt oder unterstützt. Als optische Systeme 27 eignen sich z.B. mindestens eine Linse umfassende Systeme 27 mit fest vorgegebener Brennweite oder Autofokus-Systeme mit einer flexibel, insb. selbsttätig, an den vom Verformungszustand der Membran 1, 13 anhängigen Abstand zwischen der Membran 1, 13 und der jeweiligen Digitalkamera 5a, 5b, 5c anpassbaren Brennweite.
Bei Druckmesseinrichtungen mit mindestens einer mit einem Autofokussystem ausgestatten Digitalkamera 5a, 5b, 5c, kann die Auswertungseinrichtung 7 optional derart ausgebildet sein, dass sie die Erfassung der Verformungszustände der Membran 1,13 und/oder die Bestimmung der den Verformungszuständen entsprechenden Druckmesswerte p_gem unter Heranziehung von zur Erzeugung der hierzu verwendeten Aufnahmen eingesetzten Fokuseinstellungen der Digitalkamera(s) 5a, 5b, 5c ausführt. Das ist insb. dann von Vorteil, wenn während des Einsatzes der Druckmesseinrichtungen neben den im Normalfall zu erwartenden druckbedingten Auslenkungen der Membran 1, 13 in Richtung der Digitalkamera(s) 5a, 5b, 5c auch Situationen auftreten können, bei denen die Membran 1,13 durch einen auf deren Außenseite einwirkenden Unterdruck in hierzu entgegengesetzter Richtung ausgelenkt wird. In diesen Anwendungen kann die Auswertungseinrichtung 7 bereits anhand der Fokuseinstellungen zwischen Verformungszuständen, bei denen die Membran 1 in kamera-zugewandter Richtung ausgelenkt ist, und Verformungszuständen, bei denen die Membran 1 in kamera-abgewandter Richtung ausgelenkt ist, unterscheiden. Letzteres ist insb. in Verbindung mit zweidimensionalen anhand der Aufnahmen einer einzigen Digitalkamera 5a ausgeführten Bildkorrelationsverfahren von Vorteil, wo unter Umständen der Fall eintreten kann, dass anhand der Aufnahmen nicht zweifelsfrei zwischen im Wesentlichen formgleichen aber spiegelsymmetrisch zur Membranebene ausgebildeten Verformungszuständen der Membran 1 unterschieden werden kann.
Die Bestimmung des Druckmesswerts p_gem anhand der Referenzdaten und des mittels des Bildkorrelationsverfahren erfassten Verformungszustands der Membran 1, 13 kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Eine erste Variante besteht darin, dass die Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke p_R jeweils ein Referenzmuster umfassen, dass einer bei einer Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R zu erwartenden Aufnahme des Musters 3 entspricht. Dabei liegen die Referenzdrücke p_R innerhalb eines Druckmessbereichs der Druckmesseinrichtung und umfassen vorzugsweise eine Messbereichsobergrenze und eine Messbereichsuntergrenze des Druckmessbereichs. Diese Referenzmuster können z.B. in einem Kalibrationsverfahren bestimmt werden, bei dem die Membran 1, 13 nacheinander mit den einzelnen Referenzdrücken p_R beaufschlagt wird, und bei jeder dieser Druckbeaufschlagungen mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 jeweils eine Aufnahme des Musters 3 erzeugt und als Referenzmuster zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R in einem Speicher 9 abgespeichert wird.
Bei dieser Variante ist die Auswerteeinrichtung 7 dazu ausgebildet mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts p_gem jeweils derart durchzuführen, dass sie anhand der jeweiligen im Messbetrieb erzeugten Aufnahme des Musters 3 durch das Bildkorrelationsverfahren dasjenige Referenzmuster ermittelt, das die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters 3 aufweist, und den Druckmesswert p_gem anhand des diesem Referenzmuster zugeordneten Referenzdrucks p_R bestimmt. Alternativ kann ein Interpolationsverfahren eingesetzt werden. In dem Fall ermittelt die Auswertungseinrichtung 7 eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Referenzmustern, die die größten Übereinstimmungen zu der jeweiligen Aufnahme aufweisen. Anschließend führt sie ein Interpolationsverfahren durch, bei dem sie den Druckmesswert p_gem durch Interpolation zwischen diesen Referenzmustern und den diesen Referenzmustern zugeordneten Referenzdrücken p_R bestimmt.
Eine zweite Variante besteht darin, dass die abgespeicherten Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke p_R jeweils mindestens einen in dem Speicher 9 zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R abgespeicherten Satz Referenzeigenschaften desjenigen Referenzmusters umfassen, das der bei der Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R zu erwartenden Aufnahme des Musters 3 entspricht. Dabei umfasst jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils durch einen mittels des Bildkorrelationsverfahrens durchführbaren Vergleich mit einem vorgegebenen Ausgangsreferenzmuster ableitbare bzw. abgeleitete und in dem Speicher 9 abgespeicherte Eigenschaften des jeweiligen Referenzmusters, die charakteristisch für den von dem Referenzdruck p_R abhängigen Verformungszustand der Membran 1, 13 sind. Als Referenzeigenschaften eignen sich insoweit insb. Verschiebungsvektoren, die die Verschiebungen der Positionen einzelner mittels des Bildkorrelationsverfahrens identifizierbarer Musterkomponenten des Musters 3 gegenüber deren Position in dem Ausgangsreferenzmuster angeben. Als Ausgangsreferenzmuster eignet sich insb. ein Ausgangsreferenzmuster, das einer bei einer vorgegebenen Ausgangstemperatur und einer Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit einem vorgegebenen Ausgangsdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters 3 entspricht. Auch das Ausgangsreferenzmuster kann z.B. dadurch erhalten werden, dass mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 eine Aufnahme des Musters 3 aufgenommen wird, während die Membran 1, 13 bei der Ausgangstemperatur mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt ist. Das Ausgangsreferenzmuster ist vorzugsweise als Bestandteil der Referenzdaten zusammen mit dem Ausgangsdruck, sowie vorzugsweise auch der Ausgangstemperatur in dem Speicher 9 abgespeichert.
Bei der zweiten Variante ist die Auswerteeinrichtung 7 dazu ausgebildet, mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts p_gem jeweils derart durchzuführen, dass sie anhand der jeweiligen im Messbetrieb erzeugten Aufnahme des Musters 3 und des Ausgangsreferenzmusters mittels des Bildkorrelationsverfahrens die zu den abgespeicherten Referenzeigenschaften korrespondierenden Eigenschaften der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters 3 ermittelt. Anhand dieser Eigenschaften ermittelt die Auswerteinrichtung 7 dann denjenigen Satz Referenzeigenschaften, der die größte Übereinstimmung zu den anhand der Aufnahme des Musters 3 bestimmten Eigenschaften aufweist. Abschließend bestimmt sie den Druckmesswert p_gem anhand des diesem Satz Referenzeigenschaften zugeordneten Referenzdrucks p_R. Optional kann natürlich auch hier ein Interpolationsverfahren eingesetzt werden. In dem Fall ermittelt die Auswertungseinrichtung 7 eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Sätzen von Referenzeigenschaften, die die größten Übereinstimmungen zu den anhand der jeweiligen Aufnahme bestimmten Eigenschaften aufweisen, und bestimmt den Druckmesswert p_gem durch Interpolation zwischen diesen Sätzen von Referenzeigenschaften und den diesen Sätzen zugeordneten Referenzdrücken p_R.
Vorzugsweise umfassen die Referenzdaten bei der ersten und der zweiten Variante darüber hinaus auch Daten, die eine Temperaturabhängigkeit des in Abhängigkeit von dem auf die Membran 1, 13 einwirkenden Druck p zu erwartenden Verformungszustand der Membran 1, 13 wiedergeben. Hierzu umfassen die Referenzdaten vorzugsweise für jeden der Referenzdrücke p_R jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen T_R entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur T_R im Speicher 9 abgespeicherten Referenzmustern. Dabei entspricht jedes dieser Referenzmuster jeweils einer bei der zugehörigen Referenztemperatur T_R bei der Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R zu erwartenden Aufnahme des Musters 3. Alternativ oder zusätzlich können die Referenzdaten aber auch für jeden der Referenzdrücke p_R jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen T_R entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur T_R im Speicher 9 abgespeicherten Sätzen von Referenzeigenschaften umfassen. Dabei entspricht jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils den Referenzeigenschaften desjenigen Referenzmusters, das einer bei der zugehörigen Referenztemperatur T_R bei der Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R zu erwartenden Aufnahme des Musters 3 entspricht. Analog zu den obigen Ausführungen können die Referenzmuster für jeden der Referenzdrücke p_R jeweils im Rahmen des Kalibrationsverfahrens bestimmt werden, indem die Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit jedem der Referenzdrücke p_R jeweils bei zwei oder mehr verschiedenen Referenztemperaturen T_R ausgeführt wird, und die bei der jeweiligen Referenztemperatur T_R und dem jeweiligen Referenzdruck p_R mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 erzeugten Aufnahmen des Musters 3 als Referenzmuster zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck p_R und der jeweiligen Referenztemperatur T_R in dem Speicher 9 abgespeichert werden und/oder zur Bestimmung des jeweiligen Satzes Referenzeigenschaften herangezogen werden. Dabei umfassen die Referenztemperaturen T_R vorzugsweise innerhalb eines für die Druckmesseinrichtung vorgegebenen Einsatztemperaturbereichs liegende Temperaturen, die vorzugsweise eine Obergrenze und eine Untergrenze des Einsatztemperaturbereichs umfassen. Abgesehen von der sich durch die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit ergebenden größeren Menge an Referenzdaten, erfolgt die Bestimmung der Druckmesswerte p_gem mittels der Auswertungseinrichtung 7 auch hier jeweils anhand der Referenzmuster gemäß der zuvor beschriebenen ersten Variante und/oder anhand der Sätze von Referenzeigenschaften gemäß der zuvor beschriebenen zweiten Variante. Dabei bietet die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit in den Referenzdaten den Vorteil, dass die anhand dieser Referenzdaten bestimmten Druckmesswerte p_gem bezüglich einer ggfs. vorhandenen Temperaturabhängigkeit der druckabhängigen Verformung der Membran 1, 13 kompensierte Druckmesswerte p_gem sind.
Optional ist die Auswertungseinrichtung 7 bei dieser Ausführungsform dazu ausgestaltet, anhand mindestens einer oder jeder der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters 3 jeweils einen Temperaturmesswert T_gem zu bestimmen. Analog zu der Bestimmung der Druckmesswerte p_gem erfolgt auch die Bestimmung dieser Temperaturmesswerte T_gem jeweils:

a) anhand der Referenztemperatur T_R, die dem Referenzmuster zugeordnet ist, dass die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters 3 aufweist,
b) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Referenzmustern, die die größten Übereinstimmungen zu der Aufnahme des Musters 3 aufweisen und den zusammen mit diesen Referenzmustern abgespeicherten Referenztemperaturen T_R,
c) anhand der Referenztemperatur T_R, die dem Satz Referenzeigenschaften zugeordnet ist, der die größte Übereinstimmung zu den Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme des Musters 3 aufweist, und/oder
d) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Sätzen von Referenzeigenschaften, die die größten Übereinstimmungen zu den Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme des Musters 3 aufweisen, und den zusammen mit diesen Sätzen abgespeicherten Referenztemperaturen T_R.

Alternativ oder zusätzlich können zur Bestimmung der Druckmesswerte p_gem aber auch numerisch bestimmte oder numerisch bestimmbare Referenzdaten eingesetzt werden. Hierzu wird vorzugsweise ein numerisches Modell verwendet, mittels dessen Referenzdaten, wie z.B. die Referenzmuster und/oder die Sätze von Referenzeigenschaften der Referenzmuster, anhand des verwendeten Musters 3 und der Abmessungen und Materialeigenschaften der Membran 1, 13 in Abhängigkeit von dem Referenzdruck p_R numerisch bestimmbar sind. Bei der Erstellung des Modells wird ausgenutzt, dass die Abhängigkeit der zu erwartenden Verformungszustände der Membran 1, 13 von dem auf die Membran 1, 13 einwirkenden Referenzdruck p_R zumindest näherungsweise anhand der Abmessungen und der Materialeigenschaften der Membran 1, 13 berechenbar ist, und dass jedem Verformungszustand der Membran 1, 13 das zugehörige bei diesem Verformungszustand zu erwartende Referenzmuster anhand des verwendeten Musters 3 eindeutig zugeordnet werden kann. Vorzugsweise wird ein numerisches Modell verwendet, mittels dessen diese Referenzdaten in Abhängigkeit von dem Referenzdruck p_R und der Referenztemperatur T_R numerisch bestimmbar sind. In dem Fall werden bei der Erstellung des Modells zusätzlich auch die Verformung der Membran 1, 13 beeinflussende thermomechanische Eigenschaften der Membran 1, 13 berücksichtigt. Das ermöglicht es die Abhängigkeit der zu erwartenden Verformungszustände der Membran 1, 13 und damit auch der daraus ableitbaren Referenzmuster und/oder deren Referenzeigenschaften von dem auf die Membran 1, 13 einwirkenden Referenzdruck p_R und der Referenztemperatur T_R zu berücksichtigen. Bei beiden Modellvarianten wird das verwendete Muster 3 in dem Modell vorzugweise anhand einer mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 erzeugten und/oder in dem Speicher 9 abgespeicherten digitalen Aufnahme des Musters 3 berücksichtigt. Als digitale Aufnahme eignet sich auch hier insb. das zuvor beschriebene bei der Ausgangstemperatur und der Druckbeaufschlagung der Membran 1, 13 mit dem Ausgangsdruck mittels der Aufnahmeeinrichtung 5 aufgenommene Ausgangsreferenzmuster. Dabei wird als auf die Außenseite der Membran 1, 13 einwirkender Ausgangsdruck vorzugsweise ein Druck angesetzt, der zumindest näherungsweise gleich dem zeitgleich auf die Innenseite der Membran 1, 13 einwirkenden Druck ist.
Optional können die numerisch bestimmbaren Referenzdaten vorab anhand des Modells für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke p_R oder für Kombinationen von zwei oder mehr verschiedenen Referenzdrücke p_R und zwei oder mehr verschiedenen Referenztemperaturen T_R jeweils numerisch bestimmt und in dem Speicher 9 abgelegt werden. In dem Fall erfolgt die Bestimmung der Druckmesswerte p_gem, sowie ggfs. auch der Temperaturmesswerte T_gem auf die zuvor beschriebene Weise. Alternativ können Modell und Ausgangsreferenzmuster in der Druckmesseinrichtung abgespeichert werden. Dabei wird das Modell vorzugsweise in Form eines mittels der Auswertungseinrichtung 7 ausführbaren Computerprogramms in der Druckmesseinrichtung hinterlegt. Bei dieser Ausführungsform ist die Auswertungseinrichtung 7 dazu ausgestaltet mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts p_gem jeweils derart durchzuführen, dass sie anhand der jeweiligen im Messbetrieb erzeugten Aufnahme des Musters 3 anhand des Modells mittels des Bildkorrelationsverfahrens denjenigen Referenzdruck p_R ermittelt, bei dem das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme aufweist und/oder denjenigen Referenzdruck p_R ermittelt bei dem der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu den hierzu korrespondierenden anhand der jeweiligen Aufnahme abgeleiteten Eigenschaften aufweist, und diesen Referenzdruck p_R als Druckmesswert p_gem bestimmt.
Bei Druckmesseinrichtungen, bei denen das im Speicher 9 hinterlegte Modell zusätzlich zu der Abhängigkeit der Referenzmuster und/oder der Sätze von Referenzeigenschaften von dem Referenzdruck p_R auch deren Abhängigkeit von der Referenztemperatur T_R wiedergibt, ist die Auswertungseinrichtung 7 optional vorzugsweise dazu ausgestaltet, anhand mindestens einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters 3 und des Modells jeweils diejenige Referenztemperatur T_R zu ermitteln, bei der das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster oder der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme bzw. zu den anhand der Aufnahme und des Ausgangsreferenzmusters abgeleiteten Eigenschaften der Aufnahme aufweist, und diese Referenztemperatur T_R als Temperaturmesswert T_gem zu bestimmen.
Bei den zuvor beschriebenen Bestimmungen der Druckmesswerte p_gem und/oder der Temperaturmesswerte T_gem können die Aufnahmen des Musters 3 jeweils als Ganzes herangezogen werden. Alternativ kann die Auswertung der Aufnahmen jeweils auf mindestens einen hierfür vorgegebenen Musterbereich des Musters 3 beschränkt werden. Hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 optional derart ausgebildet, dass sie die Bestimmungen der Druckmesswerte p_gem auf die zuvor beschriebene Weise anhand von den hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt. Als Musterbereich eignet sich insoweit insb. ein Musterbereich, der auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran 1, 13 eine ausgeprägte Druckabhängigkeit aufweisen. Besonders geeignet ist insoweit insb. ein Membranbereich, in dem die Druckabhängigkeit der Verformungen der Membran 1, 13 größer als deren Temperaturabhängigkeit ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 optional derart ausgebildet, dass sie die Bestimmungen der Temperaturmesswerte T_gem auf die zuvor beschriebene Weise anhand von einen hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt. Als Musterbereich eignet sich insoweit insb. ein Musterbereich, der auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran 1, 13 eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit aufweisen. Besonders geeignet ist insoweit insb. ein Membranbereich, in dem die Temperaturabhängigkeit der Verformungen der Membran 1, 13 größer als deren Druckabhängigkeit ist. Für den jeweiligen Zweck besonders gut geeignete Musterbereiche können z.B. anhand der bei den verschiedenen Referenztemperaturen T_R und Referenzdrücken p_R aufgenommenen Referenzmuster ermittelt werden.
Optional kann die Messgenauigkeit insb. in Verbindung mit Druckmesseinrichtungen, die in einem vergleichsweise großen Einsatztemperaturbereich einsetzbar sind, zusätzlich dadurch erhöht werden, dass jede Digitalkamera 5a, 5b, 5c jeweils mit einer Kühlvorrichtung 31 ausgestattet ist. Hierzu eigenen sich z.B. mindestens ein Peltier-Element umfassende Kühlvorrichtungen. Die aktive Kühlung bietet den Vorteil, dass hierdurch in den einzelnen Pixeln der erzeugten Aufnahmen enthaltene Rauschanteile reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Auswertungseinrichtung 5 optional vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Bildoptimierung der Aufnahmen auszuführen, bei der in den einzelnen Pixeln der Aufnahmen enthaltene Rauschanteile herausgefiltert werden. Auch diese Maßnahme bietet den Vorteil, dass sie eine Verbesserung der Messgenauigkeit der mittels dieser Druckmesseinrichtungen ausgeführten Druckbestimmungen bewirkt.
Optional können erfindungsgemäße Druckmesseinrichtungen einen in 1 und 3 als Option dargestellten Temperatursensor 29 umfassen. Dieser Temperatursensor 29 ist vorzugsweise in der Nähe der Membran 1, 13 angeordnet und stellt eine mittels des Temperatursensors 29 gemessene Temperatur T bereit. Der Temperatursensor 29 ist vorzugsweise an die Auswertungseinrichtung 7 angeschlossen. Das bietet den Vorteil, dass die mittels des Temperatursensors 29 gemessene Temperatur T sowohl in Verbindung mit den vorab in dem Speicher 9 abgelegten, die Temperaturabhängigkeit berücksichtigenden Referenzdaten als auch in Verbindung mit dem die Temperaturabhängigkeit berücksichtigenden Modell zur Einsparung von Rechenleistung verwendet werden kann. Im ersten Fall ist die Auswertungseinrichtung 7 optional derart ausgebildet, dass sie die Bestimmung der Druckmesswerte p_gem jeweils derart ausführt, dass sie anhand der mittels des Temperatursensors 29 gemessenen Temperatur T aus den im Speicher 9 zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur T_R abgespeicherten Referenzdaten diejenigen Referenzmuster und/oder diejenigen Sätze von Referenzeigenschaften auswählt, bei denen die zugehörige Referenztemperatur T_R von der gemessenen Temperatur T um weniger als eine vorgegebene Toleranz abweicht. Zusätzlich ist die Auswertungseinrichtung 7 hier derart ausgebildet, dass sie die Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts p_gem auf die zuvor beschriebene Weise anhand der ausgewählten Referenzdaten ausführt. Im zweiten Fall ist die Auswertungseinrichtung 7 optional derart ausgebildet, dass sie die mittels des Temperatursensors 29 gemessene Temperatur T bei der mittels des Modells durchgeführten Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts p_gem als vorgegebenen Parameter einsetzt. Das führt zu einer Vereinfachung des Modells und damit auch zu einer Vereinfachung der mittels des Modells ausgeführten Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts p_gem.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 optional dazu ausgebildet mindestens eine Überprüfung durchzuführen, bei der sie jeweils anhand einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters 3 auf die zuvor beschriebene Weise den Temperaturmesswert T_gem bestimmt und einen Fehler erkennt und ausgibt, wenn der Temperaturmesswert T_gem von der während Erzeugung der jeweiligen Aufnahme des Musters 3 mittels des Temperatursensors 29 gemessenen Temperatur T um mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht. Das bietet den Vorteil, dass Funktionsbeeinträchtigungen der Druckmesseinrichtung frühzeitig erkannt und ggfs. behoben werden können, die zu einer die Toleranz übersteigenden Abweichung führen. Hierzu zählen insb. die Form und/oder die Verformbarkeit der Membran 1, 13 verändernde Beschädigungen oder Beeinträchtigungen der Membran 1, 13, Beschädigungen des Muster 3, sowie auch Funktionsbeeinträchtigungen der Aufnahmeeinrichtung 5 und der Auswertungseinrichtung 7.
Die Funktionalität und die Betriebssicherheit erfindungsgemäßer Druckmesseinrichtungen kann optional zusätzlich dadurch verbessert werden, dass die Auswertungseinrichtung 7 dazu ausgestaltet mindestens eine Plausibilitätsprüfung auszuführen, bei der sie den Druckmesswert p_gem und/oder den Temperturmesswert T_gem anhand der selben im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters 3 jeweils auf zweierlei Weise bestimmt, nämlich einmal auf die oben beschriebene Weise anhand der abgespeicherten Referenzmuster oder Sätze von Referenzeigenschaften und einmal auf die oben beschriebene Weise anhand des Modells. Dabei ist die Auswertungseinrichtung 7 dazu ausgestaltet einen Fehler zu erkennen und auszugeben, wenn die beiden anhand der gleichen Aufnahme bestimmten Druckmesswerte p_gem um mehr als eine vorgegebene Toleranz +/-ΔP voneinander abweichen. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist sie vorzugsweise dazu ausgestaltet einen Fehler zu erkennen und auszugeben, wenn die beiden anhand der gleichen Aufnahme bestimmten Temperaturmesswerte T_gem um mehr als eine vorgegebene Toleranz +/-ΔT voneinander abweichen.
Optional ist die Auswertungseinrichtung 7 dazu ausgebildet, die zuvor beschriebenen Überprüfungen und/oder die zuvor beschriebenen Plausibilitätsprüfungen jeweils im Rahmen mindestens einer Bestimmung des Druckmesswerts p_gem, bei jeder Bestimmung des Druckmesswerts p_gem, periodisch, bedarfsabhängig, zu fest vorgegebenen Zeiten oder zu vom Betreiber vorgebbaren Zeiten auszuführen. Dabei ist die oben beschriebene Einsparung der Rechenleistung auch hier in Verbindung mit all denjenigen Bestimmungen des Druckmesswerts p_gem erzielbar, bei denen nicht zugleich auch die für die Durchführung der Überprüfung bzw. der Plausibilitätsprüfung erforderliche Bestimmung des Temperaturmesswerts T_gem durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise dazu ausgebildet mindestens eine Membranüberwachung auszuführen, bei der die Auswertungseinrichtung 7 jeweils anhand einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters 3 mittels eines anhand der abgespeicherten oder der mittels des Modells numerisch bestimmbaren Referenzdaten ausgeführten Bildkorrelationsverfahrens überprüft, ob die Membran 1, 13 eine Fehlverformung aufweist. Hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine Fehlverformung erkennt, wenn die Membran 1, 13 oder mindestens ein Teilbereich der Membran 1, 13 einen Verformungszustand aufweist, der von den gemäß der abgespeicherten oder numerisch bestimmbaren Referenzdaten zu erwartenden Verformungszuständen der Membran 1, 13 um mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht. Fehlverformungen können sowohl durch die Form der Membran 1, 13 als auch durch die Verformbarkeit der Membran 1, 13 verändernde Beeinträchtigungen der Membran 1, 13 verursacht werden. Diese Beeinträchtigungen können zeitlich begrenzt auftreten oder sogar dauerhaft sein. Zeitlich begrenzte Beeinträchtigungen können z.B. durch vorübergehend auf die Membran 1, 13 oder einen Teilbereich der Membran 1, 13 einwirkende Kräfte verursacht werden, die elastische Verformungen bewirken. Dieser Fall kann z.B. eintreten, wenn die Membran 1, 13 mittels eines Reinigungsstrahl eines Hochdruckreinigers gereinigt wird. Dauerhafte Beeinträchtigungen treten z.B. dann auf, wenn die Membran 1,13 oder mindestens ein Teilbereichs der Membran 1, 13 plastisch verformt wurde. Plastische Verformungen können z.B. durch kurzzeitige Überbelastungen der Membran 1, 13 mit einem den Druckmessbereich übersteigenden Druck p oder durch vorübergehend auf die Membran 1, 13 ausgeübte Kräfte verursacht werden. Mittels der Membranüberwachung detektierbare Fehlverformungen verursachende Beeinträchtigungen der Membran 1, 13 führen regelmäßig zu einer entsprechenden Beeinträchtigung der Druckmesswertbestimmungen. Diese können mittels der Membranüberwachung(en) frühzeitig erkannt, sowie ggfs. durch Ergreifung entsprechender Maßnahmen behoben werden, bevor ein damit einhergehender Druckmessfehler ein tolerierbares Maß übersteigt.
Membranüberwachungen können z.B. im Rahmen mindestens einer Bestimmung des Druckmesswerts p_gem, bei jeder Bestimmung des Druckmesswerts p_gem, periodisch, bedarfsabhängig, zu fest vorgegebenen Zeiten oder zu vom Betreiber vorgebbaren Zeiten durchgeführt werden. Dabei bilden sowohl die im Speicher 9 abgespeicherten als auch die mittels des Modells generierbaren Referenzdaten jeweils ein unmittelbares Maß für die bei unbeeinträchtigter Membran 1, 13 zu erwartenden Verformungszustände der Membran 1, 13. Entsprechend ist die Auswertungseinrichtung 7 optional vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie mittels des Bildkorrelationsverfahrens Abweichungen d(x,y) des mittels der jeweiligen Aufnahme erfassten Verformungszustands von dem bei einwandfreier Membran 1, 13 zu erwartenden Verformungszustand quantitativ und über die gesamte mit dem Muster 3 ausgestattete Membranfläche hinweg ortsaufgelöst bestimmt. Dabei ist die Auswertungseinrichtung optional vorzugsweise dazu ausgebildet, anhand der Größe der Abweichungen d(x,y) einen Fehlverformungsgrad der Membran 1, 13 zu bestimmen und/oder anhand der Größe und der Position der Abweichungen d(x,y) fehlverformte Teilbereiche der Membran 1, 13 zu identifizieren. Dabei ist der Fehlverformungsgrad umso größer, je größer die festgestellten Abweichungen d(x,y) sind. Optional ist die Auswertungseinrichtung 7 oder die Druckmesseinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Alam ausgibt, wenn der Fehlverformungsgrad der Membran 1, 13 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Optional ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie für jede durchgeführte Membranüberprüfung oder zumindest für jede Membranüberprüfung, bei der eine Fehlverformung festgestellt wurde, bei der eine einen vorgegebenen Fehlverformungsgrad übersteigende Fehlverformung festgestellt wurde und/oder bei der mindestens ein fehlverformter Teilbereich der Membran 1, 13 identifiziert wurde, jeweils ein entsprechendes Membranüberprüfungsergebnis bereitstellt, anzeigt und/oder in Form eines Ausgangssignals ausgibt.
Darüber hinaus ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die Membranüberprüfungsergebnisse der durchgeführten Membranprüfungen jeweils zusammen mit dem Zeitpunkt der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung in dem Speicher 9 abspeichert. Jede Fehlverformung stellt eine Belastung der Membran 1, 13 dar, durch die sich die Gesamtlebensdauer der Membran 1, 13 verkürzt. Diese Belastung ist umso größer, je länger die Fehlverformung anhält und je größer deren Fehlverformungsgrad ist. Entsprechend ist die Auswertungseinrichtung 7 optional vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnisse eine Gesamtbelastung der Membran 1, 13 und/oder eine verbleibende Resteinsatzdauer der Membran 1, 13 bestimmt. Dabei ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die Gesamtbelastung und/oder die Resteinsatzdauer als Überwachungsergebnis anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt. Optional ist sie alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet, dass sie einen Alarm ausgibt, wenn die Gesamtbelastung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt und/oder einen Alarm ausgibt, wenn die Resteinsatzdauer einen vorgegeben Grenzwert unterschreitet.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Auswertungseinrichtung 7 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnissen von zwei der mehr zeitlich nacheinander ausgeführten Membranüberprüfungen überprüft, ob eine dauerhafte Fehlverformung der Membran 1, 13 vorliegt. Dabei ist sie auch hier vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine festgestellte dauerhafte Fehlverformung als Überwachungsergebnis anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt, und/oder eine Warnung oder einen Alarm ausgibt, wenn der Fehlverformungsgrad einer festgestellten dauerhaften Fehlverformung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt.
Die mit erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen bestimmten Druckmesswerte p_gem entsprechen der die druckabhängige Verformung der Membran 1, 13 bewirkenden Druckdifferenz zwischen einem auf die Membraninnenseite einwirkenden Innendruck und dem auf die Membranaußenseite 1, 13 einwirkende zu messenden Druck p. Entsprechend können sie z.B. als Relativdruckmesseinrichtungen ausgebildet sein, die eine in 1 als Option gestrichelt dargestellte Bezugsdruckzufuhr 33 aufweisen, über die die Innenseite der Membran 1, 13 mit einem den Innendruck bildenden Bezugsdruck patm, z.B. einem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Alternativ können sie als Absolutdruckmesseinrichtung ausgebildet sein. Hierzu kann ein an die Innenseite der Membran 1, 13 angrenzender Innenraum 35 der Druckmesseinrichtung evakuiert sein. In dem Fall entsprechen die Druckmesswerte p_gem dem auf den Vakuumdruck bezogenen Absolutwert des auf die Membran 1, 13 einwirkenden Drucks p. Alternativ können sie einen in 1 als Option gestrichelt dargestellten Absolutdrucksensor 37 zur Messung des Innendrucks aufweisen. In dem Fall bestimmt die Auswertungseinrichtung 7 den Absolutwert des zu messenden Drucks p als Differenz zwischen dem mittels der Druckmesseinrichtung bestimmten Druckmesswert p_gem und dem mit dem Absolutdrucksensor 37 gemessenen Innendruck. Darüber hinaus können mit zwei erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtungen natürlich auch Differenzdrücke zwischen den auf die Membranen 1, 13 der beiden Druckmesseinrichtungen bestimmt werden.
Zum Schutz der Membran 1, 13 können erfindungsgemäße Druckmesseinrichtungen optional mit einer in 3 als Option gestrichelt dargestellten Membranabstützung 39 ausgestattet werden, auf der eine Membranmitte der Membran 13 im Falle einer auf die Membran 13 einwirkenden Überlast zur Auflage kommt. Hierzu ist die Membranabstützung 39 in einem der Membranmitte gegenüberliegenden Bereich des Innenraum 35 angeordnet. Dabei sind die Abmessungen der Membranabstützung 39 vorzugsweise derart bemessen, dass sie nur einen auf die Membranmitte gerichteten kleinen Teilbereich des Sichtfelds der hier vorzugsweise exzentrisch zur Membranmitte angeordneten Digitalkameras 5b, 5c blockiert.
Bezugszeichenliste

1: Membran
3: Muster
5: Aufnahmeeinrichtung
7: Auswertungseinrichtung
9: Speicher
11: Folie
13: Membran
15: Membranbereich
17: Wellenprofil
19: Träger
21: Fügung
23: Gehäuse
25: Lichtquelle
27: optisches System
29: Temperatursensor
31: Kühlvorrichtung
33: Bezugsdruckzufuhr
35: Innenraum
37: Absolutdrucksensor
39: Membranabstützung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004057967 A1 [0005]
DE 10334854 A1 [0005]
EP 995979 A1 [0005]
DE 102010029955 A1 [0005]

Claims

Druckmesseinrichtung mit einer Membran (1, 13), deren Außenseite mit einem zu messenden Druck (p) beaufschlagbar ist, und einer Vorrichtung, die den zu messenden Druck (p) anhand einer vom auf die Membran (1, 13) einwirkenden Druck (p) abhängigen Verformung der Membran (1, 13) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung: ein auf einer Innenseite der Membran (1, 13) angeordnetes, räumlich unregelmäßig verteilt angeordnete Musterkomponenten umfassendes Muster (3) umfasst, das sich über einen durch den auf die Membran (1, 13) einwirkenden Druck (p) verformbaren Membranbereich der Membran (1, 13) erstreckt und derart auf die Membran (1, 13) aufgebracht oder in die Membran (1, 13) eingebracht ist, dass es sich in Abhängigkeit von der druckabhängigen Verformung der Membran (1, 13) verändert, eine mindestens eine auf das Muster (3) ausgerichtete Digitalkamera (5a, 5b, 5c) umfassende Aufnahmeeinrichtung (5) umfasst, die dazu ausgestaltet ist digitale Aufnahmen des Musters (3) zu erzeugen, und eine an die Aufnahmeeinrichtung (5) angeschlossene Auswertungseinrichtung (7) umfasst, die dazu ausgestaltet ist anhand der digitalen Aufnahmen und in einem Speicher (9) abgelegten Referenzdaten mittels eines Bildkorrelationsverfahrens einen zum Zeitpunkt der jeweiligen Aufnahme vorliegenden Verformungszustand der Membran (1, 13) zu erfassen und einen diesem Verformungszustand entsprechenden Druckmesswert (p_gem) des zu messenden Drucks (p) zu bestimmen und bereitzustellen.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (3) eine Vielzahl von unregelmäßig verteilt angeordneten, durch das Bildkorrelationsverfahren identifizierbaren Musterkomponenten, als Punkte ausgebildete Musterkomponenten und/oder als Flecke ausgebildete Musterkomponenten umfasst, und/oder das Muster (3): a) auf einer elastischen Folie (11) aufgebracht ist, wobei die Folie (11) mittels einer Fügung oder einer Klebung im Wesentlichen vollflächig mit der Membran (1, 13) verbunden ist, oder b) als ein auf die Innenseite der Membran (1, 13) aufgesprühtes, aufgedrucktes oder auf andere Weise unmittelbar auf die Innenseite der Membran (1, 13) aufgebrachtes Muster (3) ausgebildet ist, oder c) als ein in die Membran (1, 13) eingebrachtes, als ein mittels eines Laser in die Membran (1, 13) eingebrachtes oder als ein in die Membran (1, 13) eingraviertes Muster (3) ausgebildet ist.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke (p_R) jeweils mindestens ein in dem Speicher (9) zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) abgespeichertes Referenzmuster umfassen, das einer bei einer Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht, und die Auswerteeinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts (p_gem) jeweils derart durchzuführen, dass sie jeweils entweder a) durch das Bildkorrelationsverfahren dasjenige Referenzmuster ermittelt, das die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters (3) aufweist und den Druckmesswert (p_gem) anhand des diesem Referenzmuster zugeordneten Referenzdrucks (p_R) bestimmt, oder b) durch das Bildkorrelationsverfahren eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Referenzmustern ermittelt, die die größten Übereinstimmungen zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters (3) aufweisen, und den Druckmesswert (p_gem) durch Interpolation zwischen diesen Referenzmustern und den diesen Referenzmustern zugeordneten Referenzdrücken (p_R) bestimmt.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten ein Ausgangsreferenzmuster umfassen, das einer bei einer Ausgangstemperatur und einer Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit einem Ausgangsdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht, die Referenzdaten für zwei oder mehr verschiedene Referenzdrücke (p_R) jeweils mindestens einen in dem Speicher (9) zusammen mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) abgespeicherten Satz Referenzeigenschaften eines Referenzmusters umfassen, das einer bei einer Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht, wobei jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils durch einen mittels des Bildkorrelationsverfahrens durchführbaren Vergleich mit dem Ausgangsreferenzmuster ableitbare, für den jeweiligen Verformungszustand der Membran (1, 13) charakteristische Eigenschaften des jeweiligen Referenzmusters umfasst, und die Auswerteeinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Bestimmung des Druckmesswerts (p_gem) derart durchzuführen, dass sie a) mittels des Bildkorrelationsverfahrens die zu den abgespeicherten Referenzeigenschaften korrespondierenden Eigenschaften der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters (3) ermittelt, und entweder b1) denjenigen Satz Referenzeigenschaften ermittelt, der die größte Übereinstimmung zu den anhand der Aufnahme des Musters (3) bestimmten Eigenschaften aufweist, und den Druckmesswert (p_gem) anhand des diesem Satz Referenzeigenschaften zugeordneten Referenzdrucks (p_R) bestimmt, oder b2) eine vorgegebene Anzahl von mindestens zwei Sätzen von Referenzeigenschaften ermittelt, die die größten Übereinstimmungen zu den Eigenschaften der Aufnahme aufweisen, und den Druckmesswert (p_gem) durch Interpolation zwischen diesen Sätzen von Referenzeigenschaften und den diesen Sätzen zugeordneten Referenzdrücken (p_R) bestimmt.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten für jeden der Referenzdrücke (p_R) jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen (T_R) entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur (T_R) im Speicher (9) abgespeicherten Referenzmustern umfassen, von denen jedes einer bei der zugehörigen Referenztemperatur (T_R) bei der Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht, und/oder die Referenzdaten für jeden der Referenzdrücke (p_R) jeweils eine einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Referenztemperaturen (T_R) entsprechende Anzahl von mindestens zwei jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur (T_R) im Speicher (9) abgespeicherten Sätzen von Referenzeigenschaften umfassen, wobei jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils den Referenzeigenschaften desjenigen Referenzmusters entspricht, das einer bei der zugehörigen Referenztemperatur (T_R) bei der Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgestaltet ist anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahmen des Musters (3) jeweils eine Bestimmung eines Temperaturmesswert (T_gem) derart durchzuführen, dass sie den jeweiligen Temperaturmesswert (T_gem): a) anhand der Referenztemperatur (T_R) bestimmt, die dem Referenzmuster zugeordnet ist, dass die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme aufweist, b) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Referenzmustern, die die größten Übereinstimmungen zu der jeweiligen Aufnahme aufweisen, und den zusammen mit diesen Referenzmustern abgespeicherten Referenztemperaturen (T_R) bestimmt, c) anhand der Referenztemperatur (T_R) bestimmt, die dem Satz Referenzeigenschaften zugeordnet ist, der die größte Übereinstimmung zu den Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und/oder d) durch Interpolation zwischen der vorgegebenen Anzahl an Sätzen von Referenzeigenschaften, die die größten Übereinstimmungen zu den Eigenschaften der Aufnahme aufweisen, und den zusammen mit diesen Sätzen abgespeicherten Referenztemperaturen (T_R) bestimmt.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten ein Ausgangsreferenzmuster umfassen, das einer bei einer vorgegebenen Ausgangstemperatur und einer Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit einem vorgegebenen Ausgangsdruck zu erwartenden Aufnahme des Musters (3) entspricht, in der Druckmesseinrichtung entweder: a) ein numerisches Modell abgespeichert ist, mittels dessen Referenzdaten, nämlich Referenzmuster und/oder Sätze von Referenzeigenschaften dieser Referenzmuster, anhand des Ausgangsreferenzmusters, der Abmessungen der Membran (1, 13) und der Materialeigenschaften der Membran (1, 13) in Abhängigkeit von dem Referenzdruck (p_R) numerisch bestimmbar sind, oder b) ein numerisches Modell abgespeichert ist, mittels dessen Referenzdaten, nämlich Referenzmuster und/oder Sätze von Referenzeigenschaften dieser Referenzmuster, anhand des Ausgangsreferenzmusters, der Abmessungen der Membran (1, 13), der Materialeigenschaften der Membran (1, 13) und der thermomechanischen Eigenschaften der Membran (1, 13) in Abhängigkeit von dem Referenzdruck (p_R) und der Referenztemperatur (T_R) numerisch bestimmbar sind, wobei die Referenzmustern den bei der Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) bzw. den bei der jeweiligen Referenztemperatur (T_R) bei der Druckbeaufschlagung der Membran (1, 13) mit dem jeweiligen Referenzdruck (p_R) zu erwartenden Aufnahmen des Musters (3) entsprechen, wobei die Sätze von Referenzeigenschaften durch einen mittels des Bildkorrelationsverfahrens durchführbaren Vergleich mit dem Ausgangsreferenzmuster ableitbare, für den Verformungszustand der Membran (1, 13) charakteristische Eigenschaften der Referenzmuster umfassen, und die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgestaltet ist mindestens eine oder jede Bestimmung des Druckmesswerts (p_gem) jeweils derart durchzuführen, dass sie anhand der jeweiligen im Messbetrieb erzeugten Aufnahme des Musters (3) und des Modells durch das Bildkorrelationsverfahren denjenigen Referenzdruck (p_R) ermittelt, bei dem a) das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahme des Musters (3) aufweist, oder b) der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu den hierzu korrespondierenden anhand des Ausgangsmusters abgeleiteten Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und den auf diese Weise ermittelten Referenzdruck (p_R) als Druckmesswert (p_gem) bestimmt.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell ein numerisches Modell ist, mittels dessen die numerisch bestimmbaren Referenzdaten in Abhängigkeit von dem Referenzdruck (p_R) und der Referenztemperatur (T_R) numerisch bestimmbar sind, und die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgestaltet ist, anhand mindestens einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters (3) jeweils einen Temperturmesswert (T_gem) zu bestimmen, indem sie anhand der jeweiligen Aufnahme des Musters (3) und des Modells diejenige Referenztemperatur (T_R) ermittelt, bei der a) das mittels des Modells numerisch bestimmbare Referenzmuster die größte Übereinstimmung zu der jeweiligen Aufnahme aufweist, oder b) der mittels des Modells numerisch bestimmbare Satz Referenzeigenschaften die größte Übereinstimmung zu den anhand des Ausgangsreferenzmusters abgeleiteten, zu den Referenzeigenschaften korrespondierenden Eigenschaften der jeweiligen Aufnahme aufweist, und die auf diese Weise ermittelte Referenztemperatur (T_R) als Temperaturmesswert (T_gem) bestimmt.
Druckmesseinrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften der Aufnahmen des Muster (3) und jeder Satz Referenzeigenschaften jeweils Verschiebungsvektoren umfasst, die Verschiebungen von Positionen einzelner mittels des Bildkorrelationsverfahrens identifizierbarer Musterkomponenten gegenüber deren Position in dem Ausgangsreferenzmuster angeben.
Druckmesseinrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6 und mindestens einem der Ansprüche Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgestaltet ist anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommenen Aufnahmen des Musters (3) jeweils eine Plausibilitätsprüfung auszuführen, bei der sie: mindestens einen anhand der Aufnahme bestimmbaren Messwert, nämlich den Druckmesswert (p_gem) und/oder den Temperturmesswert (T_gem), jeweils sowohl anhand der abgespeicherten Referenzmuster oder der abgespeicherten Sätze von Referenzeigenschaften als auch anhand des Modells bestimmt, und einen Fehler erkennt und ausgibt, wenn die beiden anhand der gleichen Aufnahme bestimmten Messwerte, nämlich die beiden Druckmesswerte (p_gem) und/oder die beiden Temperaturmesswerte (T_gem), um mehr als eine vorgegebene Toleranz (+/-ΔP, +/-ΔT) voneinander abweichen.
Druckmesseinrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung einen an die Auswertungseinrichtung (7) angeschlossen Temperatursensor (29) umfasst, und die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgebildet anhand mindestens einer der im Messbetrieb aufgenommen Aufnahmen jeweils eine Überprüfung durchzuführen, bei der sie anhand der jeweiligen Aufnahme den Temperaturmesswert (T_gem) bestimmt und einen Fehler erkennt und ausgibt, wenn der Temperaturmesswert (T_gem) und die während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme mittels des Temperatursensors (29) gemessene Temperatur (T) um mehr als eine vorgegebene Toleranz voneinander abweichen.
Druckmesseinrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung einen an die Auswertungseinrichtung (7) angeschlossen Temperatursensor (29) umfasst, und die Auswertungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmung mindestens eines oder jedes Druckmesswerts (p_gem) jeweils derart ausführt, dass sie a) anhand der mittels des Temperatursensors (29) während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme gemessenen Temperatur (T) aus den im Speicher (9) jeweils zusammen mit der zugehörigen Referenztemperatur (T_R) abgespeicherten Referenzmustern und/oder Referenzeigenschaften diejenigen Referenzdaten auswählt, bei denen die zugehörige Referenztemperatur (T_R) von der gemessenen Temperatur (T) um weniger als eine vorgegebene Toleranz abweicht und die Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts (p_gem) anhand der ausgewählten Referenzdaten ausführt, und/oder b) die Bestimmung des jeweiligen Druckmesswerts (p_gem) anhand des Modells derart ausführt, dass sie die mittels des Temperatursensors (29) während der Erzeugung der jeweiligen Aufnahme gemessene Temperatur (T) als vorgegebenen Modellparameter des Modells verwendet.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgebildet ist mindestens eine Membranüberwachung durchzuführen, bei der sie jeweils anhand einer der im Messbetrieb erzeugten Aufnahmen des Musters (3) mittels des Bildkorrelationsverfahrens: a) überprüft, ob die Membran (1, 13) eine Fehlverformung aufweist, wobei die Auswertungseinrichtung (7) eine Fehlverformung feststellt, wenn die Membran (1, 13) oder mindestens ein Teilbereich der Membran (1, 13) einen Verformungszustand aufweist, der von den gemäß der Referenzdaten zu erwartenden Verformungszuständen der Membran (1, 13) um mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht, und/oder b) Abweichungen (d(x,y)) des mittels der jeweiligen Aufnahme erfassten Verformungszustands von dem bei einwandfreier Membran (1, 13) gemäß den Referenzdaten zu erwartenden Verformungszustand quantitativ und über die mit dem Muster (3) ausgestattete Membranfläche hinweg ortsaufgelöst bestimmt und anhand der Größe der Abweichungen (d(x,y)) einen Fehlverformungsgrad der Membran (1, 13) bestimmt und/oder anhand der Größe und der Position der Abweichungen (d(x,y)) fehlverformte Teilbereiche der Membran (1, 13) identifiziert, wobei die Auswertungseinrichtung (7) für jede durchgeführte Membranüberprüfung oder zumindest für jede Membranüberprüfung, bei der eine Fehlverformung festgestellt wurde, bei der eine einen vorgegebenen Fehlverformungsgrad übersteigende Fehlverformung festgestellt wurde und/oder bei der mindestens ein fehlverformter Teilbereich der Membran (1, 13) identifiziert wurde, jeweils ein entsprechendes Membranüberprüfungsergebnis bereitstellt, anzeigt, in Form eines Ausgangssignals ausgibt, und/oder zusammen mit dem Zeitpunkt der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung in dem Speicher (9) abspeichert.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) derart ausgebildet, dass sie: a) anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnisse eine Gesamtbelastung der Membran (1, 13) und/oder eine verbleibende Resteinsatzdauer der Membran (1, 13) bestimmt und: die Gesamtbelastung und/oder die Resteinsatzdauer anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt, einen Alarm ausgibt, wenn die Gesamtbelastung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt, und/oder einen Alarm ausgibt, wenn die Resteinsatzdauer einen vorgegeben Grenzwert unterschreitet, und/oder b) anhand der jeweils zusammen mit den Zeitpunkten der Durchführung der jeweiligen Membranüberprüfung abgespeicherten Membranüberprüfungsergebnissen von zwei der mehr zeitlich nacheinander ausgeführten Membranüberprüfungen überprüft, ob eine dauerhafte Fehlverformung der Membran (1, 13) vorliegt, und: eine festgestellte dauerhafte Fehlverformung anzeigt, ausgibt und/oder zur Verfügung stellt, und/oder eine Warnung oder einen Alarm ausgibt, wenn der Fehlverformungsgrad einer festgestellten dauerhaften Fehlverformung einen vorgegeben Grenzwert übersteigt.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1, 13) als unmittelbar mit einem unter dem zu messenden Druck (p) stehenden Medium beaufschlagbare Trennmembran ausgebildet ist und/oder ein Membranprofil aufweist, das in einem einer Membranmitte der Membran (13) gegenüberliegenden Bereich eines Innenraums (35) der Druckmesseinrichtung eine Membranabstützung (39) angeordnet ist, auf der die Membranmitte im Falle einer auf die Membran (13) einwirkenden Überlast zur Auflage kommt, jede Digitalkamera (5a, 5b, 5c) jeweils auf einen Membranbereich der Membran (1, 13) ausgerichtet ist, der sich in Abhängigkeit von dem auf die Membran (1, 13) einwirkenden Druck (p) verformt, lichtempfindliche Sensoren, CCD-Sensoren, aktive Pixelsensoren oder Graustufen-Fotosensoren umfasst, mit einem optischen System (27) ausgestattet, das eine an einen Abstand zwischen der Membran (1, 13) und der jeweiligen Digitalkamera (5a, 5b, 5c) angepasste Fokussierung bewirkt oder unterstützt, und/oder jeweils mit einer Kühlvorrichtung (31) oder einer mindestens ein Peltier-Element umfassenden Kühlvorrichtung (31) ausgestattet ist, die Druckmesseinrichtung eine im eingeschalteten Zustand die Innenseite der Membran (1, 13) beleuchtende Innenbeleuchtung umfasst, die mindestens eine Lichtquelle (25), mindestens ein LED oder mindestens eine Weißlicht-LED umfasst, das mittels der Auswerteeinrichtung (7) ausführbare Bildkorrelationsverfahrens ein zweidimensionales Bildkorrelationsverfahren oder ein anhand der mittels der mindestens zwei unter unterschiedlichen Winkeln auf das Muster (3) ausgerichtete Digitalkameras (5b, 5c) umfassenden Aufnahmeeinrichtung (5) erzeugten Aufnahmen ausführbares dreidimensionales Bildkorrelationsverfahren ist, die Auswertungseinrichtung (7) dazu ausgebildet, eine Bildoptimierung der Aufnahmen auszuführen, bei der in den einzelnen Pixeln der erzeugten Aufnahmen enthaltene Rauschanteile herausgefiltert werden, und/oder die Auswerteeinrichtung (7) dazu ausgebildet ist, die Überprüfung, die Plausibilitätsprüfung und/oder die Membranüberwachung bei jeder Bestimmung des Druckmesswerts (p_gem), periodisch, bedarfsabhängig, zu fest vorgegebenen Zeiten oder zu vom Betreiber vorgebbaren Zeiten durchzuführen.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Digitalkameras (5a, 5b, 5c) mit einem Autofokussystem ausgestattet ist, und die Auswertungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass sie die Erfassung der Verformungszustände der Membran (1,13) und/oder die Bestimmung der den Verformungszuständen entsprechenden Druckmesswerte (p_gem) unter Heranziehung von zur Erzeugung der hierzu verwendeten Aufnahmen eingesetzten Fokuseinstellungen der Digitalkamera(s) (5a, 5b, 5c) ausführt und/oder anhand dieser Fokuseinstellungen zwischen Verformungszuständen, bei denen die Membran (1) in kamera-zugewandter Richtung ausgelenkt ist, und Verformungszuständen, bei denen die Membran (1) in kamera-abgewandter Richtung ausgelenkt ist, unterscheidet.
Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmungen der Druckmesswerte (p_gem) anhand von einen hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt, wobei der Musterbereich auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran (1, 13) eine ausgeprägte Druckabhängigkeit aufweisen und/oder indem die Druckabhängigkeit der Verformungen der Membran (1, 13) größer als deren Temperaturabhängigkeit ist, und/oder die Auswertungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass sie die Bestimmungen der Temperaturmesswerte (T_gem) anhand von einen hierfür vorgegebenen Musterbereich wiedergebenden Ausschnitten der Aufnahmen und diesen Ausschnitten zugeordneten Referenzdaten bestimmt, wobei der Musterbereich auf einen Membranbereich aufgebracht bzw. in einen Membranbereich eingebracht ist, in dem Verformungen der Membran (1, 13) eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit aufweisen und/oder in dem die Temperaturabhängigkeit der Verformungen der Membran (1, 13) größer als deren Druckabhängigkeit ist.