DE10393130B4

DE10393130B4 - Druckmessvorrichtung mit einem kapazitiven Drucksensor in einem Verstärkerrückkopplungspfad

Info

Publication number: DE10393130B4
Application number: DE10393130.9T
Authority: DE
Inventors: John P. Schulte
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP2005535900A; CN1675527A; RU2005107328A; US20040032268A1; RU2319124C2; DE10393130T5; AU2003265312A1; WO2004017036A2; WO2004017036A3; CN1675527B; US6828802B2

Abstract

Druckmeßvorrichtung (10) zum Erfassen von Druck in einem industriellen Prozeß mit:einer digitalen Taktschaltung (22), die Erregungstaktimpulse (24, PHO) und Steuerausgangssignalimpulse (26, PH1) bereitstellt, die phasenverschoben zu den Erregungstaktimpulsen sind;einem ersten Integrator(30), der einen von den Steuerausgangssignalimpulsen (26, PH1) gesteuerten ersten Schalter (32), einen ersten Verstärker (34) und einen mittels Fluid an dem industriellen Prozeß ankoppelbaren kapazitiven Druckmeßwandler umfaßt und eine erste Druckerfassungskapazität (36) aufweist, die elektrisch in einen Verstärkerrückkopplungspfad (38) zwischen einem Ausgang (40) des ersten Verstärkers (34) und einem Eingang des ersten Verstärkers (34) angeschlossen ist,wobei der erste Schalter (32) eine Verbindung über der ersten Druckerfassungskapazität (36) erzeugt; wobei der Verstärker (34) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal erzeugt, und die Steuerausgangssignalimpulse den Ausgang des ersten Verstärkers zurückstellen;einer ersten Bezugskapazität (47), die gegenüber dem Druck unempfindlich ist, und die Erregungstaktimpulse (24, PHO) mit dem Eingang (42) des ersten Verstärkers (34) verbindet; ferner mit:einer Summierschaltung (46), welche das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (34), das durch die Steuerausgangssignalimpulse zurückgestellt wird, und ein erstes Bezugspotential aufnimmt; wobei die Summierschaltung (46) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal (52) der Summierschaltung (46) erzeugt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen industrielle Druckmeßvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Druckmeßvorrichtungen, die einen kapazitiven Drucksensor aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Industrielle Druckmeßvorrichtungen, wie zum Beispiel Meßwertgeber und Druckerfassungsmodule können mit oder ohne eingebaute Mikroprozessoren hergestellt werden. Meßwertgeber, die eingebaute Mikroprozessoren aufweisen, besitzen typischerweise Ferneinstellungsfähigkeiten und weisen höhere Genauigkeiten, höhere Linearität und höhere Kosten auf. Meßwertgeber aufgebaut mit analoger oder digitaler Schaltung und ohne eingebauten Mikroprozessor besitzen üblicherweise niedrigere Genauigkeiten, niedrigere Linearität und niedrigere Kosten. Modifikationen zur Verbesserung der Genauigkeit und Linearität von Meßwertgebern durch Hinzufügen einer komplexen analogen oder digitalen Schaltung, jedoch ohne Hinzufügen eingebauter Mikroprozessoren können zu erhöhten Kosten, verringerter Geschwindigkeit oder beidem führen.
Die Patentanmeldungen JP 8 122 180 A , JP 8 122 181 A JP 6 180 336 A sowie DE 38 86 244 T2 offenbaren Druckmessvorrichtungen mit kapazitiven Sensoren.
Es besteht ein Bedarf zur Bereitstellung einer Druckmeßvorrichtung, welche verbesserte Linearität und Genauigkeit ohne die zusätzlichen Kosten eines eingebauten Mikroprozessors oder einer komplexen Schaltung bereitstellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird in den unabhängigen Ansprüchen 1, 13 und 14 definiert. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Insbesondere wird wird im Folgenden eine Druckmeßvorrichtung zum Erfassen von Druck offenbart. Die Druckmeßvorrichtung weist eine digitale Taktschaltung auf, welche einen Erregungstakt und einen Steuerausgangssignal bereitstellt. Die Druckmeßvorrichtung weist auch einen ersten Integrator auf.
Der erste Integrator aufweist einen von dem Steuerausgangssignal gesteuerten ersten Schalter, einen ersten Verstärker und einen kapazitiven Druckmeßwandler auf. Der kapazitive Druckmeßwandler ist über ein Fluid an einen industriellen Prozeß ankoppelbar. Der kapazitive Druckmeßwandler weist eine erste Druckerfassungskapazität auf, die elektrisch in einen Verstärkerrückkopplungspfad zwischen einem Ausgang des ersten Verstärkers und einem Eingang des ersten Verstärkers geschaltet ist. Der erste Schalter erzeugt eine Verbindung über der ersten Druckerfassungskapazität. Das Ausgangssignal des ersten Verstärkers repräsentiert den Druck.
Die Druckmeßvorrichtung weist eine erste Bezugskapazität, die unempfindlich gegen Druck ist und die zwischen dem Erregungstakt und dem Eingang des ersten Verstärkers angeschlossen ist.
Diese und verschiedene weitere Merkmale sowie Vorteile, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen, werden bei dem Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung und Betrachtung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen stellen dar

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
3 eine Übersicht einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
4 einen Abschnitt einer Druckmeßvorrichtung der einen zwischen einem Erregungstakt und einem Bezugskondensator angeschlossenen Spannungsteiler aufweist.
5 ein Beispiel einer Potentialschaltung, die ein festes Potential erzeugt, das vor dem Einsatz einer Druckmeßvorrichtung, in welcher sie verwendet wird, eingestellt werden kann.
6 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
8 ein Zeittaktdiagramm für die in 7 dargestellte Schaltung.
9 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung.
10 ein Zeittaktdiagramm für die in 9 dargestellte Schaltung.
11 eine Kompensation zur Verbesserung des Abgleichs von Verstärkungsfaktoren der Drucksensoren.

Detaillierte Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen
In den nachstehend in den 1 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen werden Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen von Druck in einer Druckmeßvorrichtung offenbart. Diese Druckmeßvorrichtungen weisen einen Integrator mit einer Druckmeßkapazität auf, die elektrisch in einem Verstärkerrückkopplungspfad zwischen einem Verstärkerausgang und einem Verstärkereingang angeschlossen ist. Ein Schalter erzeugt eine Verbindung über der Druckerfassungskapazität und nullt periodisch die elektrische Ladung auf der Druckerfassungskapazität. Eine Kapazität die unempfindlich gegen Druck ist, ist zwischen einer Erregungsspannung und dem Verstärkereingang angeschlossen. Die Druckmeßvorrichtungen stellen Geschwindigkeit, Linearität und Genauigkeit ohne die zusätzlichen Kosten eines eingebauten Mikroprozessors oder einer zusätzlichen komplexen Schaltung bereit.
Druckmeßvorrichtungen, wie zum Beispiel Meßwertgeber und Druckerfassungsmodule können in verschiedene Konfigurationen hergestellt werden, so daß sie zu koplanaren Flanschen passen oder zu zweiseitigen Flanschen passen oder zu Gewinde- oder anderen bekannten Druckverbindungen passen. Druckmeßvorrichtungen, welche von denjenigen reichen, die Fluidisolatoren aufweisen bis zu denjenigen, in welchem kapazitive Drucksensoren in direkten Kontakt mit Prozeßfluiden stehen, können hergestellt werden. Druckerfassungskapazitäten können aus verschiedenen Arten von Materialien, einschließlich Metallen, Glas, Keramiken, Silizium, Saphir, Quarz und anderen bekannten Materialien hergestellt werden, welche zum Bau kapazitiver Drucksensoren verwendet werden. Die Druckerfassungskapazitäten können als zwei getrennte Teile hergestellt werden, oder, falls gewünscht, beide Drucksensoren können in einem einzigen Substrat abhängig von den Erfordernissen der Anwendung hergestellt werden. Die elektrische Schaltung in den Druckelementen kann analoge, digitale, diskrete, integrierte oder kundenspezifisch integrierte Schaltungen aufweisen und erfordert keinen eingebauten Mikroprozessor. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltung Druckerfassungskondensatoren auf, welche aus Saphir hergestellt sind und mit einer integrierten MOS-Schaltung verbunden sind.
1 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Druckmeßvorrichtung 10 dar. Eine oder mehrere Druckmeßvorrichtungen 10 können beispielsweise in einem Druckmeßwertgeber zum Erfassen von Absolut-, Eich- oder Differenzdruck P in einem industriellen Prozeß verwendet werden. Die Druckmeßvorrichtung 10 weist eine digitale Taktschaltung 22 auf, die einen Erregungstakt 24 (PHO) und ein Steuerausgangssignal 26 (PH1) erzeugt. Die digitale Taktschaltung 22 kann unter Verwendung herkömmlicher Techniken mit MOS-Schaltkreisen hergestellt werden, und jedes von den Ausgangssignalen PHO und PH1 besitzt eine rechteckige Wellenform, die zwischen einem gemeinsamen DC-pegel (Masse- bzw. Null-pegel; Gleichspannungsnullpegel) bei 28 und einer maximalen Amplitude V_EX (Spitze/Spitze) im Bezug auf DC-Masse 28, die typischerweise eine feste Spannung in dem Bereich von 2,5 bis 5 Volt ist, umschaltet. Die Rechteckwellenform PHO ist typischerweise zu der Rechteckwellenform PH1 phasenverschoben. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wellenformen PHO und PH1 überlappende Rechteckwellen.
Ein erster Integrator 30 weist einen ersten Schalter 32, der durch das Steuerausgangssignal 26 gesteuert wird, einen ersten Verstärker 34 und einen kapazitiven Druckmeßwandler der über ein Fluid an den (nicht vollständig dargestellten) industriellen Prozeß ankoppelbar ist. Der kapazitive Druckmeßwandler weist eine Druckerfassungskapazität 36 (C_s), die elektrisch in einem Verstärkerrückkopplungspfad 38 zwischen einem Ausgang 40 eines ersten Verstärkers und einem Eingang 42 eines ersten Verstärkers angeschlossen ist. Der erste Schalter 32 stellt eine Verbindung über der Druckerfassungskapazität 36 her. Der erste Schalter 32 wird dazu verwendet, periodisch die auf der Druckerfassungskapazität 36 gespeicherte Ladung auf Null zurückzustellen. Ein nichtinvertierender Eingang 44 des Verstärkers ist mit der DC-Masse 28 verbunden.
Eine erste Bezugskapazität 47 ist gegen den Druck P unempfindlich und zwischen dem Erregungstakt 24 und dem Eingang 42 des ersten Verstärkers gemäß Darstellung angeschlossen.
Die Erfassungskapazität C_S ist modelliert als: $\begin{array}{l} C_{S} = \frac{C_{0}}{1 - α P_{n}} \\ für 0 \leq P_{N} \leq 1 \end{array}$
wobei C₀ die Restkapazität des Sensors bei normierten Druck, P_N = 0 und α ein Kalibrierfaktor ist. In der Gleichung 0 ist der Druck auf einen Wert P_N normiert, welcher zwischen 0 und 100% eines Bereichsenddruckes reicht.
Die Anordnung in 1 stellt ein Integratorausgangssignal 40 (V₀) gemäß der Darstellung in Gleichung 1 bereit: $\begin{array}{l} V_{0} = (V_{E X}) \frac{C_{R}}{C_{S}} = (V_{E X})) (1 - α P_{N}) \\ {für C}_{R} = C_{O} \end{array}$
wobei V_O und V_EX Spitze/Spitze-Werte sind. Die Druckmeßvorrichtung 10 in 1 besitzt somit die gewünschte lineare Übertragungsfunktion zwischen dem erfaßten Fluiddruck P und ihrem elektrischen Ausgangssignal V_O . Zur Vereinfachung kann C_R so gewählt werden, daß C_R = C_O so ist, daß der Term C_R/C_O aus den verschiedenen Ausgangssignalfunktionen, wie zum Beispiel der Gleichung 1, herausfällt. Eine oder mehrere von in 1 dargestellten Druckerfassungsvorrichtungen 10 können in eine größere Schaltung für Absolut-, Überdruck- oder Differenzdruck-Erfassungsanwendungen eingebaut werden. Die Druckerfassungsvorrichtung 10 kann auch ohne jede weitere Schaltung verwendet werden, um ein Druckerfassungs-Ausgangssignal zu erzeugen, daß eine rechteckige Welle mit einer Spitze/Spitze-Amplitude ist, die den erfaßten Druck repräsentiert.
2 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung 20 dar. Die Druckmeßvorrichtung 20 weist eine Druckmeßvorrichtung 10 auf (dargestellt in 1). Die in 2 verwendeten Bezugszeichen, die dieselben wie die in 1 verwendeten Bezugszeichen sind, bezeichnen dieselben oder ähnliche Merkmale.
Die Druckmeßvorrichtung 20 kann beispielsweise als ein Druckmeßwertgeber zum Erfassen des Absolutdruckes P in einem industriellen Prozeß verwendet werden.
Eine Summierschaltung 46 empfängt das Ausgangssignal 40 (V₀ ) des ersten Verstärkers und ein erstes Bezugspotential 48, das von einer Potentialschaltung 50 erzeugt wird. Wie es nachstehend detaillierter in Verbindung mit 5 erläutert wird, erzeugt die Potentialschaltung 50 ein Potential, das in einer bevorzugten Ausführungsform vor der Verwendung der Druckmeßvorrichtung 20 lasergetrimmt oder manuell eingestellt werden kann. Alternativ kann einer von den Eingängen der Summierschaltung 46 mit einem von einem zweiten Integrator ausgegebenen Potential verbunden werden, wie es in den 3, 5, 6 oder 7 dargestellt ist. Die Summierschaltung 46 liefert ein Ausgangssignal 52 (V₀₂ ) der Summierschaltung, das den Druck P repräsentiert. Die Summierschaltung 46 weist einen Operationsverstärker 54, einen Rückkopplungswiderstand 56 (R₂ ) und einen Eingangswiderstand 58 (R₁ ) auf. Das Ausgangssignal 52 der Summierschaltung ist in Gleichung 2 dargestellt: $\begin{matrix} V_{O 2} = [V_{Z} (1 + \frac{R_{2}}{R_{1}}) - V_{E X} \frac{C_{R}}{C_{0}} \frac{R_{2}}{R_{1}}] + \\ (V_{E X}) (α) (P_{N}) \frac{C_{R}}{C_{O}} (\frac{R_{2}}{R_{1}}) \end{matrix}$
Aus der Betrachtung von Gleichung 2 kann man ersehen, daß der erste Term in der ersten Zeile der Gleichung 2 keine Terme aufweist, die von dem erfaßten Druck P abhängig sind. Es ist auch zu sehen, daß der zweite Term in der zweiten Zeile eine günstige lineare Funktion des normierten erfaßten Druckes P_N ist. Die Druckmeßvorrichtung 20 in 2 hat somit die gewünschte lineare Übertragungsfunktion zwischen dem erfaßten Fluiddruck P und seinem elektrischen Ausgangssignal bei 52. Zur Berechnungsvereinfachung kann der Druck C_R = C₀ so ausgelegt werden, daß der Term C_R /C_O aus Gleichungen, wie zum Beispiel Gleichung 2, weggelassen werden kann.
3 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung 60 dar, die eine Druckerfassungskapazität 36 aufweist, die den Druck P erfaßt. Die Druckmeßvorrichtung 60 in 3 weist die Druckmeßvorrichtung 20 in 2 auf, wobei in 3 verwendete Bezugszeichen, die dieselben wie in 2 verwendete Bezugszeichen sind, dieselben oder ähnliche Merkmale bezeichnen.
Die Druckmeßvorrichtung 60 weist eine zweite Bezugskapazität 78, die gegen Druck unempfindlich ist, und die zwischen dem Erregungstakt 24 und einem Eingang 72 eines zweiten Verstärkers angeschlossen ist. Die Druckmeßvorrichtung 60 weist einen zweiten Integrator 62, der einen von dem Steuersignal 26 gesteuerten zweiten Schalter 64, einen zweiten Verstärker 66 und eine dritte Bezugskapazität 37 aufweist. Die dritte Bezugskapazität 37 ist fest und gegenüber Druck unempfindlich und ist in einem zweiten Rückkopplungspfad 68 zwischen einem Ausgang 70 des zweiten Verstärkers und einem Eingang 72 des zweiten Verstärkers angeschlossen. Der zweite Schalter 64 stellt eine Verbindung über der dritten Bezugskapazität 37 her. Der Ausgang 70 des zweiten Verstärkers ist mit einer Summierschaltung 74 über einen Eingangswiderstand 76 verbunden. Der zweite Integrator 62 dient in 3 einer Funktion, die äquivalent zu der Funktion der Schaltung 50 in 2 ist.
4 stellt einen Abschnitt 80 einer Druckmeßvorrichtung ähnlich der Druckmeßvorrichtung 60 in 3 dar, wobei jedoch in 4 ein erster Spannungsteiler 82 zwischen den Erregungstakt 24 und den ersten Bezugskondensator 47 geschaltet ist. Der Spannungsteiler 82 weist einen festen Widerstand 84 auf, welcher zwischen der Kapazität 47 und DC-Masse angeschlossen ist, und weist auch einen einstellbaren Widerstand 86 auf, welcher zwischen der Kapazität 47 und dem Erregungstakt 24 angeschlossen ist. Der einstellbare Widerstand 86 kann ein lasertrimmbarer Widerstand oder ein manuell einstellbares Potentiometer sein. Der erste Spannungsteiler 82 liefert eine Spitze/Spitze-Spannung V_E1 an die Kapazität 47.
Ein zweiter Spannungsteiler 90 ist zwischen den Erregungstakt 24 und der zweiten Bezugskapazität 78 geschaltet. Der zweite Spannungsteiler 90 weist einen festen Widerstand 92 auf, welcher zwischen der zweiten Kapazität 78 und DC-Masse angeschlossen ist, und weist auch einen einstellbaren Widerstand 94 auf, der zwischen der Kapazität 78 und dem Erregungstakt 24 angeschlossen ist.
In 4 ist das Ausgangssignal des ersten Integrators 30 in Gleichung 3 dargestellt. $V_{O 1} = V_{E 1} \frac{C_{R 1}}{C_{s}} = V_{E 1} (1 - α P_{N 1})$
wobei C_R1 = C₀ ist. Die Änderungsrate des Integratorausgangssignals V₀₁ mit dem normierten Druck P_N ist in Gleichung 4 dargestellt. $\frac{d V_{O 1}}{d P_{N}} = - (V_{E1}) (α)$
Aus Gleichung 4 kann man ersehen, daß der effektive Kalibrierfaktor für den Integrator 30 - (V_E1) (α) ist. Da der Spannungsteiler 82 so eingestellt werden kann, daß er V_E1 verändert, kann man sehen, daß die Einstellung des Spannungsteilers 82 die Einstellung des effektiven Kalibrierfaktors des ersten Integrators 30 ermöglicht. Diese Anordnung ermöglicht die Anpassung des effektiven Kalibrierfaktors des ersten Integrators 30 an den zweiten Integrator 62. Falls gewünscht kann der zweite Spannungsteiler 90 ebenfalls dazu verwendet werden eine zusätzliche Einstellung an V_E2 bereitzustellen, um einen effektive Abgleich zu erzielen. Wenn die Kapazität in der Rückkopplungsschleife des zweiten Integrators 62 so gewählt wird, daß sie ein Drucksensor ist, wird die Schaltung 80 für eine Differenzdruckerfassung verwendet, und die durch die Spannungsteiler 82, 90 bereitgestellten Anpassungen können dazu verwendet werden, die Kalibrierfaktoren jedes Kanals anzupassen, um einen Gleichtaktfehler (Empfindlichkeit gegenüber einem Leitungsdruck) in der summierenden Ausgangsschaltung zu kompensieren.
5 stellt ein Beispiel einer einstellbaren Potentialschaltung 100 dar, die ein festes Potential erzeugt, das vor der Verwendung einer Druckerfassungsvorrichtung, in welcher diese eingesetzt wird, lasergetrimmt oder von Hand eingestellt werden kann. Die Potentialschaltung 100 kann beispielsweise an die in 3 dargestellte Schaltung 60 als eine alternative Möglichkeit zur Bereitstellung eines Potentials analog zu der durch den Integrator 62 in 3 dargestellten Potentials angepaßt werden. Die einstellbare Potentialschaltung 100 erzeugt ein Bezugspotential 102 (V_Z ), das mit einer Summierschaltung 104 verbunden ist. Die einstellbare Potentialschaltung 100 weist einen Widerstandspannungsteiler auf, welcher einen festen Widerstand 106 und einen einstellbaren Widerstand 108 aufweist. Der Widerstand 108 kann ein lasertrimmbarer Widerstand sein oder ein von Hand einstellbares Potentiometer, das während der Herstellung eingestellt wird. Eine durch den Widerstandspannungsteiler erzeugte Spannung V₂ ist mit einem Pufferverstärker 110 verbunden, der wiederum das Bezugspotential 102 erzeugt. In 5 ist die Ausgangsspannung V₀ der Summierschaltung durch die Gleichung 5 gegeben: $V_{O} = V_{Z} + \frac{R_{2}}{R_{1}} (V_{O 2} - V_{O 1})$
Man kann aus der Gleichung 5 ersehen, daß die einstellbare Potentialschaltung 100 eine Einstellung von V_Z ermöglicht, um eine wirksame Nulleinstellung des Ausgangssignals V₀ der Summierschaltung bereitzustellen. In der Summierschaltung 104 sind bevorzugt der Widerstand R1A = R1B = R1, und der Widerstand R2A = R2B = R2.
Eine einstellbare Potentialschaltung 100 kann alternativ unter Verwendung eines analogen umschaltbaren Teilers, eines spannungsgesteuerten Widerstandes, eines kapazitiven Teilers oder eines Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung realisiert werden.
In den nachstehend in den 6 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erfassen eines Differenzdruckes in einer Differenzdruckmeßvorrichtung offenbart. Zwei Integratorkanäle sind vorgesehen und jeder Integratorkanal weist einen Drucksensor auf, welcher getrennt einen von den zwei Drücken (P1, P2) erfaßt. Die zwei Integratorkanäle werden hinsichtlich eines Verhältnisses des Integratorausgangssignals zum Druckeingangssignal abgeglichen. Das Abgleichen der Integratorkanäle wird durch Abgleichen von Kapazitätsverhältnissen in einem ersten Kanal zu Kapazitätsverhältnissen in einem zweiten Kanal erreicht. Die Differenzdruckmeßvorrichtung liefert Geschwindigkeit und Genauigkeit ohne die zusätzlichen Kosten eines eingebauten Mikroprozessors oder einer zusätzlichen komplexen Schaltung.
6 stellt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung 200 dar. Die Druckmeßvorrichtung 200 ist eine Differenzdruckmeßvorrichtung, die Drücke P1 und P2 erfaßt und Meßvorrichtungsausgangssignale 242, 202 bereitstellt, welche beide den Differenzdruck (P1 - P2) repräsentieren.
Die Meßvorrichtung 200 weist eine erste Bezugskapazität 204 und eine zweite Bezugskapazität 206 auf. Die Kapazitäten 204, 206 (auch als Bezugskondensatoren 204, 206 bezeichnet) besitzen jeweils einen Kapazitätswert, der gegen den erfaßten Druck unempfindlich ist. Bevorzugt besitzen die Bezugskapazitäten 204, 206 Temperatureigenschaften, die den Temperatureigenschaften der erfassenden Kapazitäten 210, 230 ähnlich sind, so daß die Meßvorrichtungsausgangssignale 242, 202 eine verringerte Temperaturempfindlichkeit aufweisen. Eine digitale Taktschaltung 244 in der Meßvorrichtung 200 liefert erste und zweite Erregungstakte 246, 248 an die ersten, bzw. zweiten Bezugkondensatoren 204, 206. Bevorzugt liefert die digitale Taktschaltung 244 auch einen Rücksetztakt 250 an die ersten und zweiten Integratoren 208, 228.
Der erste Integrator 208 weist die erste Druckerfassungskapazität 210 auf, die den Prozeßdruck P1 erfaßt. Der erste Integrator 208 besitzt einen ersten Eingang 212, der mit der ersten Bezugskapazität 204 verbunden ist, und ein erstes Integratorausgangssignal 214, das als eine Funktion eines ersten Verhältnisses K1 der ersten Bezugskapazität 204 zu der ersten Druckerfassungskapazität 210 variiert.
Der zweite Integrator 228 weist die erste Druckerfassungskapazität 230 auf, die den Prozeßdruck P2 erfaßt. Der zweite Integrator 228 besitzt einen zweiten Eingang 232, der mit der zweiten Bezugskapazität 206 verbunden ist, und ein zweites Integratorausgangssignal 234, das als eine Funktion eines zweiten Verhältnisses K2 der zweiten Bezugskapazität 206 zu der zweiten Druckerfassungskapazität 230 variiert. Das erste Verhältnis K1 ist auf das zweite Verhältnis K2 abgeglichen, wenn der erste erfaßte Druck P1 im wesentlichen gleich einem zweiten erfaßten Druck P2 über den Druckbereich der Meßvorrichtung 200 liegt.
Jeder von den Integratoren 208, 228 integriert an seinem jeweiligen Eingang 212, 232 empfangene Ladung und liefert ein Integratorausgangssignal 214, 234, das ein(e) von dem Eingang 212, 232 empfangene(s) Ladungsgröße oder Ladungspaket repräsentiert. Die Druckerfassungskapazitäten 210, 230 werden als Integrationskondensatoren verwendet.
In einer bevorzugten Anordnung bilden die ersten und zweiten Druckerfassungskapazitäten 210, 230 abgeglichene Absolutdrucksensoren. Die Druckerfassungskapazitäten 210, 230 können jedoch auch abgeglichene Überdrucksensoren sein.
In einer weiteren bevorzugten Anordnung ist die erste Bezugskapazität 204 zu der zweiten Bezugskapazität 206 abgeglichen. In noch einer weiteren bevorzugten Anordnung ist die erste Druckerfassungskapazität 210 zu der zweiten Druckerfassungskapazität 230 abgeglichen, wenn der erste erfaßte Druck im wesentlichen gleich dem zweiten erfaßten Druck über einen Druckbereich der Druckmeßvorrichtung 200 ist.
Der Begriff „abgeglichen“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist in der Bedeutung definiert, daß eine erste Komponente einen Parameter hat, der sich von demselben Parameter einer entsprechenden zweiten Komponente, beispielsweise weniger als 0,5% unterscheidet.
Eine Summierschaltung 240 in der Meßvorrichtung 200 empfängt die ersten und zweiten Integratorausgangssignale 214, 234 und liefert das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung. Das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung besitzt eine Spitzen/Spitzen-Amplitude, die den Differenzdruck zwischen den ersten und zweiten erfaßten Drücken P1, P2 repräsentiert. Das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung ist im wesentlichen eine Rechteckwelle mit gesteuertem Betriebszyklus. Das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung besitzt einen Druchschnitts-Gleichspannungswert, der ebenfalls den Differenzdruck zwischen den ersten und zweiten erfaßten Drücken P1, P2 repräsentiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt eine Abtastschaltung 252, beispielsweise ein Sigma-Delta-Modulator das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung und liefert ein digitales Meßwertgeberausgangssignal 202, das den Differenzdruck repräsentiert. Das digitale Ausgangssignal 202 kann in ein analoges 4-20 mA Ausgangssignal umgewandelt werden, falls dieses gewünscht ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird keine Abtastschaltung 252 verwendet und das Ausgangssignal 242 der Summierschaltung ist direkt mit einer (nicht dargestellten) analogen 4-20 mA Ausgangsschaltung verbunden. Mit anderen Worten, die Verwendung der Abtastschaltung 252 ist optional. Die Summierschaltung kann direkt mit einer analogen Zweidraht 4-20 mA Meßwertgeber-Ausgabeschaltung verbunden werden, die ein Meßwertgeberausgangssignal erzeugt, das den Differenzdruck repräsentiert.
Bevorzugt liefert die digitale Taktschaltung 244 einen Abtasttakt 254 an die Abtastschaltung 252. Die Abtastschaltung 252 tastet das Ausgangssignal der Summierschaltung zum Abtastzeitpunkt (auch als Abtastfenster bezeichnet) ab, wenn die den Differenzdruck repräsentierende Amplitude an dem Ausgang 242 der Summierschaltung vorliegt.
Die Schaltung 200 wird nachstehend detaillierter in Verbindung mit in den 7 bis 11 dargestellten Beispielen erläutert.
7 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung 300 dar. Die Druckmeßvorrichtung 300 ist eine Differenzdruckmeßvorrichtung, die Drücke P1 und P2 erfaßt und ein Ausgangssignal (VO) 343 liefert, das einen Differenzdruck ±(P1 - P2) repräsentiert. Die Meßvorrichtung 300 ist ähnlich der in 6 dargestellten Meßvorrichtung 200 und weist eine erste Bezugskapazität 304 und eine zweite Bezugskapazität 306 auf. Die in 7 dargestellte Meßvorrichtung 300 weist keine Abtastschaltung auf, wie zum Beispiel die in 6 dargestellte Abtastschaltung 252.
Eine digitale Taktschaltung 344 in der Meßvorrichtung 300 liefert erste und zweite Erregungstakte 346, 348 an die ersten bzw. zweiten Bezugskondensatoren 304, 306. Wie man in 7 sehen kann sind die ersten und zweiten Erregungstakte dasselbe Signal PHO und somit ist der erste Erregungstakt 346 im wesentlichen mit dem zweiten Erregungstakt 348 phasengleich.
Die digitale Taktschaltung 344 liefert auch einen Rücksetztakt PH1 350 an erste und zweite Ladungsintegratoren 308, 328. Die digitale Taktschaltung 344 und die Ausgangssignale PHO, PH1 werden nachstehend detaillierter in Verbindung mit einem Zeittaktdiagramm in 8 erläutert.
Der erste Integrator 308 weist eine erste Druckerfassungskapazität 310, die einen Druck P1 erfaßt. Der erste Integrator 308 weist einen ersten Eingang 312, der mit der ersten Bezugskapazität 304 verbunden ist, und weist einen ersten Integratorausgang 314 auf. Der zweite Integrator 328 weist eine zweite Druckerfassungskapazität 330 auf. Der zweite Integrator 328 weist einen zweiten Eingang 332, der mit der zweiten Bezugskapazität 306 verbunden ist, und weist einen zweiten Integratorausgang 334 auf.
Jeder von den ersten und zweiten Integratoren 308, 328 weist einen Differenzoperationsverstärker mit einer Druckerfassungskapazität 310, 330 in einer Rückkopplungsschleife zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers und seinem invertierenden Eingang auf, wie es in 7 dargestellt ist. Ein über jeder Druckerfassungskapazität 310, 330 angeschlossener Festkörperschalter wird dazu verwendet, die auf der Druckerfassungskapazität gespeicherte Ladung während eines Rücksetzintervalls am Ende jedes Integrationszyklusses zurückzusetzen. Wenn die Erregung PHO den Zustand nach dem Rücksetzintervall ändert, wird Ladung über die Bezugskondensatoren 304, 306 an die Integratoren geliefert und auf dem Druckerfassungskondensator 310, 330 gespeichert. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers nach dem Abschluß der Integration ist eine Funktion des Verhältnisses der Bezugskapazität zu der Erfassungskapazität.
Eine Summierschaltung 340 in der Meßvorrichtung 300 empfängt die Ausgangssignale 314, 334 des ersten und zweiten Integrators und liefert das Ausgangssignal 342 der Summierschaltung, das eine Amplitude aufweist, die den Differenzdruck (P2-P1) repräsentiert. Die Summierschaltung 340 weist einen Differenzverstärker gemäß Darstellung auf und die Ausgangssignalamplitude der Summierschaltung repräsentiert eine Differenz zwischen den ersten und zweiten Integratorausgangssignalen.
Der Differenzverstärker in der Summierschaltung weist einen Operationsverstärker 335 auf, der das Summenausgangssignal 342 liefert, zwei Eingangswiderstände 337, 339, die mit den Eingängen des Operationsverstärkers 335 verbunden sind, einen Rückkopplungswiderstand 343, welcher zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dessen invertierenden Eingang angeschlossen ist, und einen Vorspannungswiderstand 341, der einen nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 335 mit DC-Masse verbindet.
Die Ausgangssignale 314, 334 der ersten und zweiten Integratoren sowie das Ausgangssignal 342 der Summierschaltung werden nachstehend detaillierter in Verbindung mit 8 erläutert.
8 veranschaulicht ein Zeittaktdiagramm für die in 7 dargestellte Druckmeßvorrichtung 300. In 8 stellen die horizontalen Achsen 360, 362, 364, 366, 368 die Zeit dar. Die vertikale Richtung stellt die Amplitude für jedes der Signale PHO, PH1, VO1, VO2, VO in 7 dar.
Der Erregungstakt PHO ist bei 370 dargestellt und ist angenähert eine Rechteckwelle. Der Rücksetztakt PH1 ist bei 372 dargestellt. Der Rücksetztakt PH1 ist bei 373 während jedes positiv verlaufenden Übergangs 371 des Erregungstaktes PHO hoch. Der PH1 Impuls überlappt die Anstiegsflanke des PHO-Impulses.
Das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators ist bei 374 dargestellt. Wie man aus 8 ersehen kann, wird das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators wie bei 375 dargestellt bei jeder Periode 373, in der der Rücksetztakt PH1 hoch ist, auf Null gesteuert oder zurückgesetzt. Das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators steigt auf einen Nicht-Null-Pegel 376 nach jedem negativ verlaufenden Übergang 377 des Erregungstaktes PHO an.
Das Ausgangssignal V02 des zweiten Integrators ist bei 384 dargestellt. Wie man aus 8 ersehen kann, wird das Ausgangssignal VO2 des zweiten Integrators wie bei 385 dargestellt bei jeder Periode 373, in der der Rücksetztakt PH1 hoch ist, auf Null gesteuert oder zurückgesetzt. Das Ausgangssignal V02 des zweiten Integrators steigt auf einen Nicht-Null-Pegel 386 nach jedem negativ verlaufenden Übergang 377 des Erregungstaktes PHO an.
Das Summenausgangssignal VO ist bei 390 dargestellt. Das Summenausgangssignal VO weist eine Amplitude (V1-V2) auf, die optional abgetastet werden kann, und die im wesentlichen proportional zu dem Differenzdruck (P2-P1) ist.
9 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung 400 dar. Die Druckmeßvorrichtung 400 ist eine Differenzdruckmeßvorrichtung, welche Drücke P1 und P2 erfaßt, und ein Ausgangssignal (VO) 442 liefert, das einen Differenzdruck ±(P1-P2) repräsentiert. Die Meßvorrichtung 400 ist ähnlich der in 7 dargestellten Meßvorrichtung 300. In 9 verwendete Bezugszeichen, welche dieselben wie die in 7 verwendeten Bezugszeichen sind, bezeichnen dieselben oder ähnliche Merkmale. In der in 7 dargestellten Schaltung 300 besitzt die digitale Taktschaltung 344 ein Ausgangssignal PHO, das sowohl an den ersten als auch zweiten Bezugskondensator 304, 306 geliefert wird, und ferner stellt die Summierschaltung 340 ein Ausgangssignal der Summierschaltung bereit, das eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen 314, 334 der Integratoren repräsentiert. In der in 9 dargestellten Schaltung 400 weist die digitale Taktschaltung 444 logisch komplementäre Ausgangssignale PHO und /PHO (/PHO bzw. PHO ist bezüglich PHO invertiert) auf. In 9 wird PHO an den ersten Bezugskondensator 304 geliefert und /PHO wird an den zweiten Bezugskondensator 306 geliefert. In 9 weist die Summierschaltung 440 ein Summierverstärker auf und erzeugt ein Summierschaltungsausgangssignal 442, das eine Summe der Ausgangssignale 314, 334 der Integratoren repräsentiert.
Im Vergleich zu der Schaltung 300 in 2 weist die Schaltung 400 in 9 eine an den zweiten Bezugskondensator 306 gelieferte invertierte Erregung auf und die Konfiguration der Summierschaltung 440 bildet eine Summe statt einer Differenz, was wirksam die Effekte der Erregungsumkehrung bei dem Summierschaltungsausgangssignal 442 aufhebt. In beiden Schaltung 300 und 400 repräsentiert das Ausgangssignal eine Druckdifferenz (P2-P1). Das Betriebsverhalten der Ausgangssignal PHO, /PHO, PH1 der digitalen Taktschaltung 444 und der Ausgangssignale V01, VO2 und VO in 9 werden detaillierter in Verbindung mit 10 erläutert.
10 stellt ein Zeittaktdiagramm für die in 9 dargestellte Druckmeßvorrichtung 400 dar. In 10 repräsentieren die horizontalen Achsen 458, 460, 462, 464, 466, 468 die Zeit. Die vertikale Richtung repräsentiert die Amplitude für jedes von den Signalen PHO, /PHO, PH1, VO1, VO2, VO in 9.
Ein erster Erregungstakt PHO ist bei 470 dargestellt und ist angenähert eine Rechteckwelle. Ein zweiter Erregungstakt /PHO ist bei 468 dargestellt und eine logische Umkehrung der ersten Erregungswellenform 470. Der zweite Erregungstakt /PHO ist zu dem ersten Erregungstakt PHO phasenverschoben. Ein Rücksetztakt PH1 ist bei 472 dargestellt. Der Rücksetztakt PH1 ist bei 473 während jedes positiv verlaufenden Übergangs 471 des ersten Erregungstaktes PHO und während jedes negativ verlaufenden Übergangs des zweiten Erregungstaktes /PHO hoch.
Das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators ist bei 474 dargestellt. Wie man aus 10 ersehen kann, wird das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators gemäß Darstellung bei 475 während jeder Periode 473, in der der Rücksetztakt PH1 hoch ist, auf Null gesteuert oder zurückgesetzt. Das Ausgangssignal VO1 des ersten Integrators steigt auf einen Nicht-Null-Pegel 476 nach jedem negativ verlaufenden Übergang 477 des Erregungstaktes PHO an.
Das Ausgangssignal VO2 des zweiten Integrators ist bei 484 dargestellt. Wie man aus 10 ersehen kann, wird das Ausgangssignal VO2 des zweiten Integrators gemäß Darstellung bei 485 während jeder Periode 473, in der der Rücksetztakt PH1 hoch ist, auf Null gesteuert oder zurückgesetzt. Das Ausgangssignal VO1 des zweiten Integrators fällt auf einen Nicht-Null-Pegel 486 nach jedem negativ verlaufenden Übergang 477 des Erregungstaktes PHO ab.
Die Summenausgangsspannung VO ist bei 490 dargestellt. Die Summenausgangsspannung VO weist eine Amplitude (V1- V2) auf, die abgetastet werden kann, und die im wesentlichen proportional zum Differenzdruck (P2-P1) ist.
11 veranschaulicht eine Kompensation zur Verbesserung des Abgleichs der Kalibrierungsfaktoren der Druckerfassungskapazitäten dar. 11 stellt mit einer Summierschaltung 530 verbundene erste und zweite Integratoren 520, 522 dar. Die in 11 dargestellte Anordnung ist ähnlich der in den 6, 7 und 9 dargestellten Anordnung. Die Summierschaltung 530 weist zwei Eingangswiderstände 524, 526 auf. Druckerfassungskapazitäten CS1 und CS2 sind abgeglichene Sensoren, wobei jedoch ein extrem kleiner Unterschied zwischen dem Kalibrierfaktor der zwei Druckerfassungskapazitäten CS1 und CS2 über dem Druckbereich vorliegt. Der Kalibrierfaktor eines kapazitiven Drucksensors ist ein Verhältnis einer Änderung einer Kapazität dividiert durch eine Änderung im angelegten Druck, welcher die Änderung in der Kapazität bewirkt. Um den Kalibrierfaktorabgleich zwischen den ersten und zweiten Erfassungskapazitäten zu verbessern werden einer oder beide von den Eingangswiderständen 524, 526 während eines Fabrikkalibrierungsprozesses Laser getrimmt, um den Abgleich der effektiven Kalibrierfaktoren der ersten und zweiten Kapazitäten zu verbessern.
Für einen kapazitiven Drucksensor steht die Sensorkapazität in keinem linearen Bezug zu dem erfaßten Druck und in allgemeinem wird die Steigung der Kennlinienkurve durch die Gleichung 6 dargestellt: $\frac{Δ C_{S}}{Δ P_{N}} = f (P_{N}) \neq k o n s t a n t$
Die vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 11 beschriebenen Schaltungen liefern jedoch ein Integratorausgangssignal der Form (C_R/C_S). Für dieses Integratorausgangssignal ist die Steigung einer Kennlinie in Gleichung 7 dargestellt: $\frac{Δ (\frac{C_{R}}{C_{S}})}{Δ P_{N}} = α = k o n s t a n t$
Man kann aus der Gleichung 7 ersehen, das die vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 11 beschriebenen Integratorschaltungen, welche eine Erfassungskapazität C_S in einem Rückkopplungspfad um einen Integratorverstärker herum aufweisen und eine gegen Druck unempfindliche Kapazität C_R , die zwischen dem Verstärkereingang und der Erregungsquelle angeschlossenen ist, eine hoch erwünschte lineare Kennlinie erzeugen. Es ist keine Linearisierung durch einen Mikroprozessor erforderlich; und es müssen keine komplexen analogen Schaltungen hinzugefügt werden, um eine Linearisierung zu erzeugen.
Es dürfte sich verstehen, daß, obwohl zahlreiche Merkmale und Vorteile verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in der vorstehenden Beschreibung zusammen mit Details des Aufbaus und der Funktion verschiedener Ausführungsformen der Erfindung geschildert wurden, diese Offenbarung nur veranschaulichend ist, und daß Veränderungen im Detail, insbesondere im Hinblick auf den Aufbau und die Anordnung von Teilen innerhalb der Prinzipien der vorliegenden Erfindung bis zu dem vollen Umfang durchgeführt werden können, der durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe angezeigt wird, in welchem die beigefügten Ansprüche ausgedrückt werden. Beispielsweise können die speziellen Elemente abhängig von der speziellen Anwendung für die Druckmeßvorrichtung unter gleichzeitiger Beibehaltung im wesentlichen derselben Funktionalität ohne Abweichung von dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung variieren. Die Lehren der vorliegenden Erfindung können auf weitere Differenzdruckerfassungsinstrumente ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung angewendet werden.

Claims

Druckmeßvorrichtung (10) zum Erfassen von Druck in einem industriellen Prozeß mit: einer digitalen Taktschaltung (22), die Erregungstaktimpulse (24, PHO) und Steuerausgangssignalimpulse (26, PH1) bereitstellt, die phasenverschoben zu den Erregungstaktimpulsen sind; einem ersten Integrator(30), der einen von den Steuerausgangssignalimpulsen (26, PH1) gesteuerten ersten Schalter (32), einen ersten Verstärker (34) und einen mittels Fluid an dem industriellen Prozeß ankoppelbaren kapazitiven Druckmeßwandler umfaßt und eine erste Druckerfassungskapazität (36) aufweist, die elektrisch in einen Verstärkerrückkopplungspfad (38) zwischen einem Ausgang (40) des ersten Verstärkers (34) und einem Eingang des ersten Verstärkers (34) angeschlossen ist, wobei der erste Schalter (32) eine Verbindung über der ersten Druckerfassungskapazität (36) erzeugt; wobei der Verstärker (34) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal erzeugt, und die Steuerausgangssignalimpulse den Ausgang des ersten Verstärkers zurückstellen; einer ersten Bezugskapazität (47), die gegenüber dem Druck unempfindlich ist, und die Erregungstaktimpulse (24, PHO) mit dem Eingang (42) des ersten Verstärkers (34) verbindet; ferner mit: einer Summierschaltung (46), welche das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (34), das durch die Steuerausgangssignalimpulse zurückgestellt wird, und ein erstes Bezugspotential aufnimmt; wobei die Summierschaltung (46) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal (52) der Summierschaltung (46) erzeugt.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem ersten Spannungsteiler, der die Erregungstaktimpulse mit dem ersten Bezugskondensator verbindet, wobei der erste Spannungsteiler einen ersten effektiven Pegelfaktor setzt.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit: einem zweiten Spannungsteiler, der die Erregungstaktimpulse mit einem zweiten Bezugskondensator verbindet.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Spannungsteiler einen lasertrimmbaren Widerstand aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Spannungsteiler ein manuell einstellbares Potentiometer aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, ferner mit: einer einstellbaren Potentialschaltung, die das erste Bezugspotential bereitstellt, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen ersten effektiven Pegelfaktor einstellt.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen lasertrimmbaren Widerstand aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung ein manuell einstellbares Potentiometer aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen analogen umschaltbaren Teiler aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen spannungsgesteuerten Widerstand aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen kapazitiven Teiler aufweist.
Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Potentialschaltung einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung aufweist.
Druckmeßvorrichtung (10) zum Erfassen von Druck in einem industriellen Prozeß mit: einer digitalen Taktschaltung (22), die einen Erregungstaktimpuls (24, PHO) und einen Steuerausgangssignalimpuls (26, PH1) bereitstellt, der phasenverschoben zu dem Erregungstaktimpuls ist; einem ersten Integrator(30), der einen von dem Steuerausgangssignal (26, PH1) gesteuerten ersten Schalter (32), einen ersten Verstärker (34) und einen mittels Fluid an dem industriellen Prozeß ankoppelbaren kapazitiven Druckmeßwandler umfaßt und eine erste Druckerfassungskapazität (36) aufweist, die elektrisch in einen Verstärkerrückkopplungspfad (38) zwischen einem Ausgang (40) des ersten Verstärkers (34) und einem Eingang des ersten Verstärkers (34) angeschlossen ist, wobei der erste Schalter (32) eine Verbindung über der ersten Druckerfassungskapazität (36) erzeugt; wobei der Verstärker (34) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal erzeugt; und einer ersten Bezugskapazität (47), die gegenüber dem Druck unempfindlich ist, und die zwischen dem Erregungstakt (24, PHO) und dem Eingang (42) des ersten Verstärkers (34) angeschlossen ist, ferner mit: einer Summierschaltung (46), welche das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (34) und ein erstes Bezugspotential aufnimmt; wobei die Summierschaltung (46) ein den Druck repräsentierendes Ausgangssignal (52) der Summierschaltung (46) erzeugt, einem zweiten Integrator, der einen von dem Steuerausgangssignal gesteuerten zweiten Schalter, einen zweiten Verstärker und ein zweite Druckerfassungskapazität aufweist, die in einem zweiten Verstärkerrückopplungspfad zwischen einem zweiten Verstärkerausgang und einem zweiten Verstärkereingang verbunden ist, wobei der zweite Schalter, der eine Verbindung über der zweiten Druckerfassungskapazität und den zweiten Verstärkerausgang erzeugt, mit der Summierschaltung verbunden ist; und einer zweiten Bezugskapazität, die gegenüber dem Druck unempfindlich ist, und die zwischen dem Erregungstakt und dem Eingang des zweiten Verstärkers angeschlossen ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung, mit: erster und zweiter Bezugskapazität; einem ersten Integrator mit einer ersten Druckerfassungskapazität, wobei der erste Integrator einen mit der ersten Bezugskapazität verbundenen ersten Eingang aufweist, und ein Ausgangssignal des ersten Integrators, das als eine Funktion eines ersten Verhältnisses der ersten Bezugskapazität zu der ersten Druckerfassungskapazität variiert; einem zweiten Integrator mit einer zweiten Druckerfassungskapazität, wobei der zweite Integrator einen mit der zweiten Bezugskapazität verbundenen zweiten Eingang aufweist, und ein Ausgangssignal des zweiten Integrators, das als eine Funktion eines zweiten Verhältnisses der zweiten Bezugskapazität zu der zweiten Druckerfassungskapazität variiert; eine Summierschaltung, welche die Ausgangssignale des ersten und zweiten Integrators aufnimmt und ein Ausgangssignal der Summierschaltung mit einer einen Differenzdruck zwischen dem ersten und zweiten erfaßten Druck repräsentierenden Amplitude bereitstellt; eine digitale Taktschaltung, die einen ersten und zweiten Erregungstakt an den ersten bzw. zweiten Bezugskondensator liefert; und wobei das erste Verhältnis auf das zweite Verhältnis abgestimmt wird, wenn ein erster erfaßter Druck im wesentlichen gleich einem zweiten erfaßten Druck über einen Druckbereich der Differenzdruckmeßvorrichtung ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Bezugskapazität auf die zweite Bezugskapazität abgestimmt ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Druckerfassungskapazität auf die zweite Druckerfassungskapazität abgestimmt wird, wenn der erste erfaßte Druck im wesentlichen gleich dem zweiten erfaßten Druck über den Druckbereich der Differenzdruckmeßvorrichtung ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste und zweite Druckerfassungskapazität einen ersten bzw. zweiten Absolutdruck erfasst.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die digitale Taktschaltung einen Rücksetztakt an die erste und zweite Ladungsintegratorschaltung liefert.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einer Abtastschaltung, die das Ausgangssignal der Summierschaltung aufnimmt und ein analoges Zweidraht 4-20 mA Meßwertgeberausgangssignal liefert, das den Differenzdruck repräsentiert.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die digitale Taktschaltung eine Abtasttaktphase erzeugt, und die Abtasttaktphase mit der Abtastschaltung verbunden ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einer Abtastschaltung, die das Ausgangssignal der Summierschaltung aufnimmt und ein Ausgangssignal einer digitalen Meßvorrichtung bereitstellt, das den Differenzdruck repräsentiert.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste Erregungstakt bezüglich des zweiten Erregungstaktes invertiert ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Summierschaltung einen Differenzverstärker aufweist, und das Ausgangssignal der Summierschaltung eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Integrators repräsentiert.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der zweite Erregungstakt zu dem ersten Erregungstakt phasenverschoben ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Summierschaltung einen Differenzverstärker aufweist, und das Ausgangssignal der Summierschaltung eine Summe der Ausgangssignale des ersten und zweiten Integrators repräsentiert.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Summierschaltung einen mit der ersten Integratorschaltung verbundenen ersten Eingangswiderstand aufweist und einen mit der zweiten Integratorschaltung verbundenen zweiten Eingangswiderstand aufweist, und ein aus der Gruppe des ersten Eingangswiderstandes und des zweiten Eingangswiderstandes ausgewählter Widerstand ein getrimmter Widerstand ist.
Differenzdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Summierschaltung direkt mit einer analogen Zweidraht 4-20 mA Meßwertgeberausgangsschaltung verbunden ist, die ein Meßwertgeberausgangssignal erzeugt, das den Differenzdruck repräsentiert.