DE3414896A1

DE3414896A1 - Vorrichtung zur verringerung der temperaturabhaengigkeit eines kapazitiven einkammerdifferenzdrucksensors

Info

Publication number: DE3414896A1
Application number: DE19843414896
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. 2110 Buchholz Graeger; Reiner Dr. 2085 Quickborn Orlowski
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE3414896C2

Description

Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit
eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors mit zwei Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte sich mit dem zu erfassenden Differenzdruck ändern.
Kapazitive Einkammerdifferenzdrucksensoren werden in Differenzdruckmeßgeräten verwendet, mit deren Hilfe beispielsweise der Durchfluß einer Flüssigkeit durch ein Leitungsrohr meßbar ist.
In der Patentanmeldung P 33 21 580 ist eine Vorrichtung zur Verringerung temperaturabhängiger Meßfehler in einem kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensor beschrieben, der aus einem von zwei elastischen Membranen abgeschlossenen und mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllten Hohlraum besteht. Die Membranen sind elektrisch leitfähig und bilden mit je einer Schichtelektrode Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte von dem auf die elastischen Membranen einwirkenden und dadurch die Membranen auslenkenden Differenzdruck abhängen. Da die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit und damit auch die Kapazitätswerte der Meßkondensatoren temperaturabhängig sind, ändern sich damit auch die vom Einkammerdifferenzdrucksensor gelieferten Druckmeßwerte. Zur Verringerung dieser Meßfehler kann aus der Summe der reziproken Kapazitätswerte ein Temperatursignal abgeleitet werden, dessen Wert der Temperatur des Einkammerdifferenzdrucksensors entspricht. In einer Auswerteschaltung wird der fehlerhafte Druckmeßwert durch das Temperatursignal dividiert, wodurch die Temperaturdrift des Einkammerdifferenzdrucksensors weitgehend kompensiert wird. Sowohl zur Ermittlung des Temperatursignales als auch zur Kompensation der Temperaturdrift sind analoge bzw. digitale Rechenglieder erforderlich, die das bekannte Differenzdruckmeßgerät erheblich verteuern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und preisgünstig herstellbare Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß den Meßkondensatoren je ein gleichgroßer Korrekturkondensator parallel geschaltet ist, dessen Kapazität C sich aus der Beziehung ergibt, wobei sich A und B aus den Beziehungen ergeben und C11 bzw. C12 die Kapazität des ersten Meßkondensators bei einer ersten bzw. einer zweiten Temperatur und C21 bzw. C22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators bei der ersten bzw. zweiten Temperatur bei einem vorgegebenen Differenzdruck bedeuten.
Hierbei sind zur Verringerung der temperaturabhängigen Meßfehler lediglich zwei einfache Kondensatoren erforderlich, deren Kapazitätswerte mit vier Kapazitätsmessungen und geringem Rechenaufwand schnell bestimmbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Sie zeigt einen kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensor mit Korrekturkondensatoren, die zu den Meßkondensatoren parallel geschaltet sind.
Der Einkammerdifferenzdrucksensor 1 besteht aus einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 2, der von elektrisch leitfähigen, elastischen Membranen 3 und 4 abgeschlossen ist. Die Membranen 3 und 4 bilden mit je einer weiteren Schichtelektrode 5 und 6 Meßkondensatoren C1 und C2, denen je ein Korrekturkondensator 7 bzw. 8 parallel geschaltet ist.
In je einer Meßschaltung 9 bzw. 10 wird ein Meßsignal erzeugt, dessen Wert der reziproken Kapazität der Parallelschaltung aus Korrekturkondensator 7 bzw. 8 und Meßkondensator C1 bzw. C2 entspricht. In einem Subtrahierglied 11 wird aus der Differenz der Meßsignale ein Drucksignal erzeugt, dessen Wert dem zu erfassenden Differenzdruck entspricht.
Wirkt in Richtung des Pfeiles 12 ein größerer Druck auf die Membrane 3 als in Richtung des Pfeiles 13 auf die Membrane 4, lenkt die Membrane 3 in Richtung des Pfeiles 12 aus und drückt Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen der Elektrode 6 und der Membrane 4, so daß dadurch auch die Membrane 4 in Richtung des Pfeiles 12 auslenkt.
Die Kapazität des Meßkondensators C1 nimmt zu, und die Kapazität des Meßkondensators C2 nimmt ab. Somit nimmt der Wert des in der Meßschaltung 9 erzeugten Meßsignales ab und der Wert des in der Meßschaltung 10 erzeugten Meßsignales nimmt zu.
Im Subtrahierglied 11 wird aus der Differenz der Meßsignale ein Drucksignal erzeugt, dessen Betrag Auskunft über die Differenz der in Richtung der Pfeile 12 und 13 auf die Membranen 3 und 4 einwirkenden Drücke gibt und dessen negatives Vorzeichen beispielsweise Auskunft darüber gibt, daß auf die Membrane 3 ein größerer Druck einwirkt als auf die Membrane 4.
Da sich die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit im Hohlraum 2 und damit auch die Kapazitätswerte der Meßkondensatoren C1 und C2 mit der Flüssigkeitstemperatur verändern, verändert sich auch der im Subtrahierglied 11 ermittelte Differenzdruckmeßwert. Ohne die Korrekturkondensatoren 7 und 8 ergibt sich der Differenzdruck A P anhand der Beziehung bx&P=1/C1-1/C2, wobei b der der Empfindlichkeit des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 entsprechende Faktor ist, dessen Wert von der Temperatur der Flüssigkeit abhängt.
Zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 ist den Meßkondensatoren C1 und C2 je ein Korrekturkondensator 7 bzw. 8 mit derselben Kapazität C parallelgeschaltet, so daß sich die Kennlinie des Einkammerdifferenzdrucksensors 1 nach der Beziehung bx a P = 1/(C1+C)-1/(C2+C) ergibt.
Diese Kennlinie ist nahezu temperaturunabhängig, wenn sich bei konstantem Differenzdruck für zwei verschiedene Temperaturen derselbe Druckmeßwert b xaP ergibt. Anhand der sich aus dieser Forderung ergebenden Beziehung 1/(C11+C)-1/(C21+C)=1/(C12+C)-1/(C22+C) ist die Kapazität C der Korrekturkondensatoren 7 und 8 bestimmbar.
Hierbei bedeuten Cli bzw. C12 die Kapazität des ersten Meßkondensators C1 bei einer ersten bzw. bei einer zweiten Temperatur und C21 bzw. C22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators C2 bei der ersten bzw. zweiten Temperatur.
Hieraus ergibt sich für die Kapazität C die Beziehung Ein experimentell erprobter Einkammerdifferenzdrucksensor 1 enthält Meßkondensatoren, die bei einem konstanten Differenzdruck von h P = 500mbar folgende Werte haben: Cli = 181,49 pF C12 = 150,22 pF C21 = 338,41 pF C22 = 254,24 pF.
Die Empfindlichkeit dieses Einkammerdifferenzdrucksensors ist weitgehend temperaturunabhängig, wenn den Meßkondensatoren je ein Korrekturkondensator parallelgeschaltet ist, dessen Kapazität 35,17 pF beträgt.

Claims

PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit eines kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensors mit zwei Meßkondensatoren, deren Kapazitätswerte sich mit dem zu erfassenden Differenzdruck ändern, dadurch gekennzeichnet, daß den Meßkondensatoren (C1, C2) je ein gleichgroßer Korrekturkondensator (7, 8) parallel geschaltet ist, dessen Kapazität C sich aus der Beziehung ergibt, wobei sich A und B aus den Beziehungen ergeben und Cli bzw. C12 die Kapazität des ersten Meßkondensators (C1) bei einer ersten bzw. zweiten Temperatur und C21 bzw. C22 die Kapazität des zweiten Meßkondensators (C2) bei der ersten bzw. zweiten Temperatur bei einem vorgegebenen Differenzdruck bedeuten.