DE69319430T2

DE69319430T2 - Gerät zum Messen von Druck

Info

Publication number: DE69319430T2
Application number: DE69319430T
Authority: DE
Inventors: Roger L. Hackensack Mn 56452 Frick; Gregory S. Minnesota 55124 Munson
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: CN1053499C; WO1993024818A2; WO1993024818A3; DE69319430D1; JPH07507391A; CA2133732A1; EP0642658B1; JP3247379B2; US5329818A; MX9303098A; CN1079298A; RU94046114A; RU2139509C1; EP0642658A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Druckmessung, und insbesondere die Übertragung von Signalen, die für zwei Variablen repräsentativ sind, durch einen einzigen Analog/Digital- Wandler mit minimalem Informationsverlust und mit minimalen Fehlern aufgrund von Bandüberlappung (Aliasing). Genauer betrifft die vorliegende Erfindung die Berichtigung des Ausgangssignals einer Meßschaltung bezüglich Fehlern in einem Differenzdruck-Signal aufgrund von Änderungen des Leitungsdrucks oder der Temperatur an einem Differenzdruck-Sensor und weiterhin die Berichtigung des Ausgangssignals bezüglich Fehlern in einem Signal für einen Leitungsdruck oder einen statischen Druck aufgrund von Temperaturänderungen.
Kapazitive Differenzdruck-Sensoren enthalten oft ein Sensorgehäuse, das eine innere Kammer hat, die in zwei Hohlräume durch eine auslenkbare Membran unterteilt ist. Der erste Hohlraum ist mit einem ersten Druck beaufschlagt, während der zweite Hohlraum mit einem zweiten Druck beaufschlagt ist. Die Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck verursacht, daß die Membran ausgelenkt wird, wobei der Betrag oder Wert der Auslenkung auf dem Betrag bzw. Wert des Differenzdrucks beruht.
Die Membran enthält typischerweise einen leitenden Abschnitt, der von leitenden Abschnitten an den inneren Wänden der Hohlräume getrennt ist und mit diesen ausgerichtet ist, um einen ersten und einen zweiten variablen Kondensator innerhalb des ersten Hohlraumes bzw. des zweiten Hohlraumes auszubilden. Wenn die Membran aufgrund des Differenzdrucks ausgelenkt wird, ändern sich die Kapazitätswerte der beiden variablen Kondensatoren. Der Drucksensor ist mit einer Meßschaltung verbunden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für die Kapazitätswerte der variablen Kondensatoren repräsentativ ist.
Das Ausgangssignal stellt eine Messung des Differenzdrucks bereit.
Es können jedoch Problem aufgrund von Nichtliniaritäten des kapazitiven Drucksensors auftreten. Zum Beispiel können Streukapazitäten im System Nichtliniaritäten verursachen, die kompensiert werden müssen.
Auch körnen Fehler aufgrund der Änderungen des Leitungsdrucks resultieren. Der Leitungsdruck, der allgemein als statischer Druck bezeichnet wird, kann auf verschiedene Arten und Weisen definiert werden. Um die unterschiedlichen Definitionen das Leitungsdrucks zu erläutern, wird davon ausgegangen, daß der erste Druck und der zweite Druck, mit dem der erste Hohlraum bzw. zweite Hohlraum des kapazitiven Drucksensors beaufschlagt wird, Werte von 2990 psi (PL) bzw. 3000 psi (PH) haben, was einem Differenzdruck von 10 psi (3000 psi - 2990 psi) entspricht. Nach einer Definition ist der Leitungsdruck der Durchschnitt aus PH und PL oder 2995 psi in dem vorliegenden Beispiel. Andere Definitionen definieren den Leitungsdruck einfach als PH oder PL alleine. Unabhängig davon, welche Definition für den Leitungsdruck verwendet wird, können Fehler in dem Ausgangssignal des Drucksensors aufgrund von Änderungen des Leitungsdrucks resultieren.
Die Effekte der Änderungen des Leitungsdrucks auf einen kapazitiven Differenzdruck-Sensor können durch die nachfolgenden Beispiele erläutert werden. Wenn PH = 3000 psi und PL = 2990 psi sind, ist der Differenzdruck 10 psi und der Leitungsdruck ist 2995 psi (unter Verwendung des Durchschnitts aus PH und PL als Meßgröße für den Leitungsdruck). Wenn jedoch PH = 10 psi und PL = 0 psi sind, ist der Differenzdruck immer noch 10 psi aber der Leitungsdruck beträgt 5 psi. Aufgrund von bestimmten Belastungen, die auf das Gehäuse des Drucksensors einwirken, kann das Ausgangssignal des typischen Differenz druck-Sensors mit 1% pro 1000 psi Änderung des Leitungsdrucks variieren. Bei den vorstehenden Beispielen kann sich somit das Ausgangssignal des Differenzdruckes signifikant mit Änderungen des Leitungsdruck ändern. Es ist erwünscht, den Differenzdruck zu messen und ein Ausgangssignal bereitzustellen, das durch Änderungen des Leitungsdrucks nicht beeinflußt wird.
Das US-Patent Nr. 4,370,890 von Frick, das am 01. Februar 1983 erteilt wurde und auf den gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung übertragen wurde, offenbart eine mechanische Konfiguration für einen kapazitiven Differenzdruck- Sensor, die versuch, unerwünschte mechanische Belastungen auf das Gehäuse des kapazitiven Differenzdruck-Sensors aufgrund von Änderungen des Leitungsdruckes zu kompensieren. Die Frick-Konfiguration reduziert Änderungen des Ausgangssignals des Differenzdruck-Sensors aufgrund von Änderungen des Leitungsdrucks. Es gibt jedoch ein fortbestehendes Bedürfnis für Berichtigungstechniken, die Änderungen des Ausgangssignals aufgrund von Änderungen des Leitungsdruckes berichtigen und die durch eine elektrische Vorrichtung und nicht durch eine mechanische Vorrichtung eingestellt werden können.
Die anhängige US-Anmeldung mit der Seriennummer 7-667,320 von Frick, eingereicht am 08. März 1991 und übertragen an den gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung, beschreibt die Verwendung von festen Kompensationskondensatoren, die zusammen mit den variablen Kondensatoren des Differenzsensors derart angeordnet sind, daß die Ströme durch die Kompensationskondensatoren von den Strömen durch die variablen Kondensatoren subtrahiert werden. Die Kapazitätswerte der Kompensationskordensatoren werden derart ausgewählt, daß der Ausgang der Schaltung bezüglich eines Nullfehlers und eines Meßbereichsfehlers kompensiert wird, die durch Änderungen des Leitungsdrucks verursacht werden. Die Verwendung fester Kompen sationskondensatoren ist auf den erwarteten Betriebsbereich des Sensors beschränkt und kann nicht für alle Bedingungen angemessen sein. Es verbleibt deshalb ein Bedürfnis nach verbesserten Berichtigungstechniken.
Ein anderer Typ von Drucksensor ist ein piezoresistiver Brückensensor, der typischerweise ein Brückennetzwerk aus vier piezoresistiven Elementen verwendet, die auf einem einzigen Siliciumwafer ausgebildet sind. Die piezoresistiven Elemente sind derart angeordnet, daß ein Druck, der auf eine Membran in dem Wafer einwirkt, die Widerstandswerte der Brücke aus dem Gleichgewicht bringt. Die Drücke P&sub1; und P&sub2; beeinflussen gegenüberliegende Seiten der Membran, um einen Differenzdruck an die piezoresistiven Elemente zu legen. Änderungen des Differenzdruckes ändern die Impedanz von zwei diametral gegenüberliegenden piezoresistiven Elementen der Brücke in einer Richtung und ändern die Impedanz der anderen beiden diametral gegenüberliegenden piezoresistiven Elemente in einer entgegengesetzten Richtung (wie z. B. das positive Ändern der Impedanzen der piezoresistiven Elemente R&sub5; und R&sub6; der Fig. 4 und das negative Ändern der Impedanz der piezoresistiven Elemente R&sub7; und R&sub8;). Das resultierende Ausgangssignal von der Brücke ist ein Maß für den Differenzdruck.
Im Fall einer piezoresistiven Brücke zum Messen des Leitungsdruckes (Meßnormal oder absoluter Druck) ändern Änderungen des Drucks, der an dem Wafer anliegt, typischerweise die Impedanzen der zwei gegenüberliegenden piezoresistiven Elemente positiv und ändern Änderungen die Impedanzen der beiden anderen gegenüberliegenden piezoresistiven Elemente negativ. Der Betrag oder Wert der Impedanzänderung jedes piezoresistiven Elements ist ein Maß für den Leitungsdruck.
(Von Fachleuten wird es begrüßt, daß die piezoresistiven Brücken Halbbrücken sein können, die nur zwei piezoresistive Elemente verwenden. Die piezoresistiven Elemente der Differenzdruckbrücke würden auf den Differenzdruck mit einer Änderung der Impedanz eines piezoresistiven Elements ins Positive und mit einer Änderung der Impedanz des anderen piezoresistiven Elements ins Negative reagieren. Die piezoresistiven Elemente der Leitungsdruck-Brücke würden auf den Leitungsdruck mit einer Änderung der Impedanz eines piezoresistiven Elements ins Positive und mit einer Änderung der Impedanz des anderen piezoresistiven Elements ins Negative reagieren. Die meisten piezoresistiven Brücken verwenden vier piezoresistive Elemente aus wirtschaftlichen Gründen.)
Piezoresistive Brücken zum Erfassen des Differenzdrucks reagieren auf Änderungen des Differenzdrucks und auch des Leitungsdrucks und der Temperatur. Piezoresistive Brücken zum Erfassen des Leitungsdrucks reagieren auf Änderungen des Leitungsdrucks und der Temperatur. Dies ist das Ergebnis von unerwünschten mechanischen Belastungen, die auf die piezoresistiven Elemente auf dem Wafer aufgrund von Änderungen des Leitungsdrucks und der Temperatur einwirken und das Ergebnis von unerwünschten Änderungen des spezifischen Widerstands der piezoresistiven Elemente aufgrund von Temperaturänderungen. Diese Belastungen und Änderungen des spezifischen Widerstands beeinflussen die Ausgangssignale von der Brücke nachteilig. Demzufolge war es üblich, einen separaten Temperatursensor mit einer Leitungsdruck-Brücke zu verwenden und eine separate Leitungsdruck-Brücke und einen Temperatursensor mit einer Differenzdruck-Brücke zu verwenden. Im Falle der Differenzdruck-Brücke wurde der Ausgang der Brücke mit den Ausgängen des Temperatursensors und der Leitungsdruck-Brücke verarbeitet, um einen berichtigten Differenzdruck zu berechnen. Im Falle der Leitungsdruck-Brücke wird der Ausgang mit dem Ausgang des Temperatursensors verarbeitet, um einen berichtigten Leitungsdruck zu berechnen. Jeder Sensor benötigt seinen eigenen zugewiesenen Analog/Digital-Wandler, so daß die Berich tigung einer Leitungsdruck-Brücke zwei Wandler und die Berichtigung einer Differenzdruck-Brücke drei Wandler erfordert, wobei jeder Wandler ein Sensoreingangssignal für einen Prozessor liefert. Um das Erfordernis von zwei oder drei Wandlern zu beseitigen, wurden manchmal Multiplex-Techniken verwendet, um abwechselnd die getrennten Sensorausgänge mit einem einzelnen Wandler zu verbinden. Ein Multiplexen hat aber den Nachteil, daß die abwechselnde Verbindung der verschiedenen Sensorinformationssignale mit dem Wandler einen Informationsverlust aufgrund von Aliasing-Fehlern ergibt.

ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG

Die Erfindung ist in dem Anspruch 1 angegeben.
In der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Drucksensor eine erste und eine zweite Erfassungsvorrichtung, wobei jede einen Impedanzwert aufweist, der sich mit den Druck und auch mit Änderungen einer anderen variablen Umgebungsbedingung ändert, für die eine Berichtigung auszuführen ist. Die weitere variable Umgebungsbedingung kann der Leitungsdruck (im Fall eines Differenzdruck-Sensors) sein oder sie kann die Temperatur (im Fall entweder des Differenzdruck-Sensors oder eines Leitungsdruck-Sensors) sein. Eine festgelegte Impedanz wird abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit der ersten Erfassungsvorrichtung und der zweiten Erfassungsvorrichtung verbunden, um ein erstes Signal und ein zweites Signal abzuleiten, die jeweils unterschiedliche Funktionen der überwachten Variable und der Variable sind, für die die Berichtigung ausgeführt wird.
Genauer werden das erste und das zweite Signal während eines ersten und eines zweiten Aktualisierungszyklusses erzeugt und sie basieren auf der kombinierten, effektiven Impedanz der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung und einer fest gelegten Impedanzvorrichtung in einer ersten und einer zweiten Schaltungskonfiguration. In der ersten Schaltungskonfiguration läßt die festgelegte Impedanzvorrichtung ein Signal durch, das Signale ändert, die durch die erste Erfassungsvorrichtung hindurchgehen, während in der zweiten Schaltungskonfiguration die festgelegte Impedanzvorrichtung ein Signal durchläßt, das Signale ändert, die durch die zweite Erfassungsvorrichtung hindurchgehen. Eine Berichtigungsschaltung reagiert auf das erste und zweite Signal zum Berechnen des Wertes der berichtigten Variablen, die überwacht wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druck, der erfaßt wird, der Differenzdruck und die Berichtigungsschaltung berechnet den Differenzdruck, der für Änderungen des Leitungsdrucks berichtigt wird. Das erste und das zweite Signal sind Funktionen des Differenzdruck und des Leitungsdrucks. Die Berichtigungsschaltung verarbeitet das erste und das zweite Signal in Übereinstimmung mit einer Polynom- Folge oder mit Bezug auf eine Suchtabelle, um ein Differenzdruck-Signal abzuleiten, das bezüglich der Änderungen des Leitungsdruckes berichtigt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Differenzdruck-Sensor auch ein kapazitiver Drucksensor, der eine erste und eine zweite kapazitive Erfassungsvorrichtung hat, die auf einen ersten und einen zweiten Druck reagieren, um einen Ausgang bereitzustellen, der ein Maß für den Differenzdruck ist. Die festgelegte Impedanzvorrichtung ist ein festgelegter Kondensator, dessen Kapazitätswert aufgrund von Änderungen des Leitungsdruckes unveränderbar ist. Eine Verbindungsvorrichtung verbindet die festgelegte Kondensatorvorrichtung abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit der ersten bzw. der zweiten kapazitiven Erfassungsvorrichtung.
Gemäß einer Modifikation der Erfindung leitet die Berichtigungsschaltung ein Differenzdruck-Signal her, das bezüglich Temperaturänderungen berichtigt ist. In dieser Ausführungsform ist die festgelegte Impedanzvorrichtung ein festgelegter Kondensator, der einen Temperaturkoeffizienten hat, der sich von dem der ersten und der zweiten kapazitiven Erfassungsvorrichtung unterscheidet. Das erste und das zweite Signal sind Funktionen des Differenzdrucks und der Temperatur und werden durch die Berichtigungsschaltung in Übereinstimmung mit einer Polynom-Folge oder mit Bezug auf eine Suchtabelle verarbeitet, um ein Differenzdruck-Signal abzuleiten, das bezüglich der Temperaturschwankungen berichtigt ist.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung ist der Differenzdruck-Sensor ein piezoresistiver Brückensensor, der ein erstes und ein zweites piezoresistives Element hat, die jeweils in einer unterschiedlichen Art und Weise auf einen Differenzdruck reagieren, um einen Brückenausgang bereitzustellen, der für einen Differenzdruck repräsentativ ist. Die festgelegte Impedanzvorrichtung ist ein festgelegter Widerstand, dessen Widerstandswert bei Änderungen des Leitungsdruckes unverändert bleibt. Der festgelegte Widerstand hat vorzugsweise einen Temperaturkoeffizienten, der dem des ersten und des zweiten piezoresistiven Elements entspricht.
Gemäß einer weiteren Modifikation der Erfindung ist der Druck, der erfaßt wird, der Leitungsdruck und die Berichtigungsschaltung berechnet den Leitungsdruck, der bezüglich Temperaturänderungen berichtigt wird. In dieser Ausführungsform ist der Drucksensor ein piezoresistiver Brückensensor, der ein erstes und ein zweites piezoresistiven Element hat, die jeweils unterschiedlich auf einen Leitungsdruck reagieren, um einen Brückenausgang zu erzeugen, der ein Maß für den Leitungsdruck ist. Die festgelegte Impedanzvorrichtung ist ein festgelegter Widerstand, der einen Temperaturkoeffizienten hat, der unterschiedlich zu dem des ersten und des zweiten piezoresistiven Elements ist. Das erste und das zweite Signal sind Funktionen des Leitungsdrucks und der Temperatur und werden durch die Berichtigungsschaltung in Übereinstimmung mit einer Polynom-Folge oder bezüglich einer Suchtabelle verarbeitet, um ein Leitungsdruck-Signal abzuleiten, das bezüglich Temperaturänderungen berichtigt ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Differenzdruck-Sensor in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik erläutert;
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm des Differenzdruck-Sensors mit der bevorzugten Ausführungsform der Meßschaltung, die Berichtigungstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm für die Schaltung, die in der Fig. 2 erläutert ist;
Fig. 4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines piezoresistiven Brückensensors und einer Meßschaltung zum Messen des Differenzdrucks oder des Leitungsdrucks zusammen mit einem Temperatursensor, der angeordnet ist, um die Temperatur zu messen, in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik; und
Fig. 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung, die einen piezoresistiven Brückensensor und eine Meßschaltung zum Messen entweder des Differenzdrucks oder des Leitungsdrucks zeigt, die Berichtigungstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Fig. 1 zeigt einen typischen kapazitiven Differenzdruck- Sensor 5, der ein Gehäuse 7 enthält, das eine innere Kammer 9 hat, welche mit Öl gefüllt ist, das einen Dielektrizitätskoeffizienten &epsi;R hat. Die innere Kammer 9 ist in einen ersten Hohlraum 11 und einen zweiten Hohlraum 13 unterteilt, die durch eine Membran 15 getrennt sind. Die Membran 15 enthält einen leitenden Abschnitt 17, der im allgemeinen mit leitenden Abschnitten 19 und 21 an den inneren Oberflächen der Hohlräume 11 bzw. 13 ausgerichtet ist, aber von diesen getrennt ist.
Die leitenden Abschnitte 17 und 19 bilden zwei Platten eines ersten variablen Kondensator C&sub1;, die an ihren Mitten durch einen Abstand X&sub1; getrennt sind, und die leitenden Abschnitte 17 und 21 bilden zwei Platten eines zweiten Kondensators C&sub2; die an ihren Mitten durch einen Abstand X&sub2; getrennt sind. Ein Druck beaufschlagtes Fluid, das durch die Pfeile P&sub1; und P&sub2; angegeben ist, wird den Hohlräumen 11 und 13 durch irgendeine geeignete Vorrichtung 23 und 25 zugeführt. Die Vorrichtungen 23 und 25 zum Beaufschlagen der Hohlräume 11 und 13 mit dem Drücken P&sub1; bzw. P&sub2; sind bevorzugt ähnlich zu den flexiblen Isolatoren, die in größerem Detail in dem US-Patent Nr. 4,370,890 von Frick diskutiert werden.
Der Temperatursensor 227 ist vorzugsweise in dem Gehäuse oder in der Nähe des Gehäuses 7 angeordnet, um die Temperatur innerhalb des Gehäuses des Differenzdruck-Sensors zu erfassen. Der Sensor 227 erzeugt ein analoges Ausgangssignal auf der Leitung 29 für Zwecke, die nachfolgend erläutert werden.
Abhängig von der Differenz zwischen den Drücken P&sub1; und P&sub2; wird die Membran 15 innerhalb der Kammer 9 entweder in Richtung der Platte 19 oder in Richtung der Platte 21 ausgelenkt.
Diese Auslenkung verursacht eine Änderung der kapazitiven Werte oder der reaktiven Impedanzwerte der variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2;. Der Sensor 5 erzeugt, wenn er von einer Meßschaltung angetrieben wird, ein Ausgangssignal, das für die kapazitiven Werte der variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; und der Streukapazitäten des Sensors repräsentativ ist, die im Diagramm mit CS1 und CS2 angegeben sind. Die Meßschaltung erzeugt eine Anzeige des Differenzdruckes auf der Basis des Ausgangssignals.
Änderungen des Leitungsdrucks, der an dem kapazitiven Drucksensor 5 anliegt, bewirken jedoch Belastungen auf das Gehäuse 7. Zum Beispiel verursacht eine erhöhte Belastung, die durch einen erhöhten Leitungsdruck verursacht wird, ein leichtes Wölben des Sensorgehäuses, wodurch die Abstände X&sub1; und X&sub2; zwischen den Kondensatorplatten zunehmen, was eine Abnahme der kapazitiven Werte der variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; verursacht. Dies ergibt Fehler des Ausgangssignals des kapazitiven Drucksensors 5.
Die Wirkung des Leitungsdrucks auf den Ausgang eines kapazitiven Differenzdruck-Sensors hat sich als signifikant herausgestellt. In diesen Sensoren ergibt eine Änderung des Leitungsdrucks eine Deformation des Sensorgehäuses und auch eine Änderung der Druckantwort-Eigenschaften der Mittenmembran des Sensors. Diese Effekte verursachen Änderungen des Verhältnisses der reaktiven Impedanzwerte oder der kapazitiven Werte der variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2;. Daraus resultieren Fehler in dem Ausgangssignal. Zum Beispiel wurden in einigen Drucksensoren Meßbereichsfehler gefunden, die ungefähr eine 1%-ige Änderung des Ausgangs entlang eines Instrumentermeßbereichs von 1000 pounds per square inch (psi) Änderung des Leitungsdrucks betragen. Ähnlich treten im Ausgangssignal bei niedrigem oder keinem Differenzdruck Null-Fehler auf, wenn sich der Leitungsdruck ändert. Um diese Fehler zu kompensie ren, stellt die zuvor erwähnte US-Anmeldung Nr. 7-677,380 von Frick Kompensationskondensatoren CL1 und CL2 in einem Betriebsverhältnis mit den variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; des Differenzsensors derart bereit, daß sich die Ströme durch die Kompensationskondensatoren CL1 und CL2 von den Strömen durch die variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; subtrahieren. Die Kompensationskondensatoren stellen eine reaktive Impedanz oder Kapazität bereit, deren Werte derart gewählt werden, daß der einzige Ausgang der Schaltung bezüglich eines Nullfehlers und eines Meßbereichsfehlers kompensiert wird, die durch eine Änderung des Leitungsdrucks verursacht werden. Damit und mit Bezug auf Fig. 2 wird eine Berichtigung des Signals am Ausgang 220 der Rückkoppelschaltung erreicht. Im Unterschied hierzu erzeugt die Erfindung mehrere Signale, von denen jedes eine unterschiedliche Funktion des Differenzdruckes und Leitungsdruckes ist. Die Anzeige des Differenzdruckes wird digital für Leitungsdruckfehler unter Verwendung der mehrzähligen Signale berichtigt. Eine Berichtigung wird somit am Ausgang 240 des Mikroprozessors erhalten und nicht am Eingang 220 des Mikroprozessors.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Meßschaltung bereit, die in der Fig. 2 erläutert ist, um den Leitungsdruck-Fehler im Differenzdrucksignal zu berichtigen, indem abwechselnd und nacheinander eine Kompensationsimpedanz mit den variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; des Differenzsensors verbunden wird. Im Ergebnis wird ein separates Signal von den Ladungspaketzählungen auf der Basis der Kapazitätswerte während jeder nacheinanderfolgenden alternierenden Verbindung abgeleitet. Die separaten Signale haben unterschiedliche mathematische Beziehungen sowohl bezüglich des Differenzdruckes als auch des Leitungsdruckes zueinander. Die separaten Signale werden verarbeitet, um ein Differenzdruck-Signal abzuleiten, das bezüglich Änderungen des Leitungsdruckes berichtigt ist.
Die Übertragungsfunktion fT, die in den Differenzdruck- Sensoren, zum Beispiel dem Sensor 5, verwendet wird, kann als ein Verhältnis aus den Kapazitätswerten der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; ausgedrückt werden und ist direkt proportional zu dem Differenzdruck ΔP. Das Übertragungsfunktionsverhältnis kann angegeben werden als: Gleichung 1
wobei K&sub1; und K&sub2; Leitungsdruck-Kompersatorterme sind. K&sub1; kompensiert primär Null-Fehler und K&sub2; kompensiert Meßbereichsfehler. Weiterhin,

Gleichung 2

K&sub1; = CL1 - CL2:
K&sub2; = CL1 + CL2 - K&sub2;
wobei, CL1 und CL2 die festgelegten Kondensatoren sind, die sich nicht mit dem Leitungsdruck ändern. In der zuvor erwähnten US-Anmeldung von Frick wird die Nullfehler-Kompensation (K&sub1;) berichtigt, indem die Werte der Kapazitäten CL1 und CL2 eingestellt werden als

Gleichung 3

CL1 CS1 + ΔC
CL2 CS2 - ΔC
wobei CS1 und CS2 die Kapazitätswerte der Streukapazität in dem Sensor und ΔC der Berichtigungsfaktor für statischen Druck oder Leitungsdruck sind. Ebenso wird die Meßbereichsfehler-Kompensation (K&sub2;) in einer ähnlichen Art und Weise eingestellt. Sowohl die Nullfehler-Kompensation als auch die Meßbereichsfehler-Kompensation können simultan eingestellt werden. Die vorliegende Erfindung betrachtet eine Berichtigung des Leitungsdrucks durch eine Digitalverarbeitung der Signale und nicht durch Verwendung von ausgewählten Kompensationskondensatoren, obwohl beide Techniken angewendet werden können.
Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, ist das Gehäuse 5 des kapazitiven Sensors intern symmetrisch um die Mitte der Membran 15, wodurch die innere Kammer in zwei im wesentlichen gleiche druckerfassende Hohlräume 11 und 13 unterteilt wird. Bei dieser Anordnung sind die Streukapazitäten CS1 und CS2 ungefähr gleich zueinander. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kondensator CL1 in einem Betriebsverhältnis mit dem variablen Kondensator C&sub1; und seiner zugeordneten Streukapazität CS1 während eines ersten Aktualisierungszyklus oder Iteration verbunden und der Kondensator CL2 ist in einem Betriebsverhältnis mit dem variablen Kondensator C&sub2; und seiner zugeordneten Streukapazität CS2 während eines zweiten Aktualisierungszyklusses oder Iteration verbunden, wobei die Verbindungen sich nacheinanderfolgend zwischen dem ersten Aktualisierungszyklus und dem zweiten Aktualisierungszyklus abwechseln. In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß die Kondensatoren CL1 und CL2 zueinander gleich sind und gleich dem Zweifachen der einzelnen Streukapazitäten CS1 oder CS2 sind, um dadurch die Streukapazitäten zu kompensieren:

Gleichung 4

CL1 = CL2 = CS1 + CS2
Die Kapazitätsgrößen der Kompensationskondensatoren CL1 und CL2 sind derart ausgewählt, da es der Betrieb der Schaltung erfordert, daß jeder Kompensationskondensator ungefähr das Zweifache der einzelnen Streukapazität beträgt, und da die beiden Streukapazitäten ungefähr gleich zueinander sind.
Die Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausführungsform eines ladungsausgeglichenen Rückkoppelsenders 10, der die Kompensationstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Sender bzw. Meßumformer 10 ist für die Verwendung mit kapazitiven Drucksensoren ausgelegt und ist ähnlich zu der Schaltung, die in dem US-Patent Nr. 4,791,352 von Frick usw., erteilt am 13. Dezember 1988 und übertragen an den gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung, und insbesondere der Fig. 1 dieser Anmeldung. Die primären Unterschiede zwischen der Schaltung, die in der Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung erläutert ist, und der Schaltung, die in der Fig. 1 des zuvor erwähnten Patents von Frick usw. gezeigt ist, bestehen in (1) der Verwendung einer schaltenden Anordnung, um abwechselnd und sequentiell die Kondensatoren CL1 und CL2 in ein Betriebsverhältnis mit den variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; während nacheinanderfolgender Aktualisierungszyklen zu verbinden, und (2) in der Verwendung des Mikroprozessors 206, um die Ausgangssignale der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204 zu interpretieren. Vorteilhafterweise ist eine Hysterese-Schaltung, die Widerstände R&sub3; und R&sub4; aufweist, in der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204 aus Gründen enthalten, die in dem US-Patent Nr. 4,878,012 von Schulte, herausgegeben am 31. Oktober 1989 und an den gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung übertragen, beschrieben sind. Zum Zwecke der Klarheit werden jene Komponenten, die in der Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind und die gleich oder ähnlich den Komponenten sind, die in dem zuvor erwähnten Patent von Frick usw. gezeigt und beschrieben sind, mit Bezugszeichen wie in dem Patent von Frick usw. bezeichnet, während Komponenten, die einzigartig für die vorliegende Erfindung sind, mit Bezugszeichen von 200 und höher bezeichnet sind.
Wie in dem US-Patent Nr. 4,791,352 von Frick usw. beschrieben wird, ist die Meßschaltung 10 ein Zweidraht-Sender.
Eine Ladungspaketgenerator-Schaltung 200 erzeugt Ladungsmengen oder -Pakete, die für die Kapazität der variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; repräsentativ sind, und führt die Ladungspakete dem Knoten 76 am Eingang der integrierenden und vergleichenden Schaltung 14 zu. Die Rückkoppelschaltung 202 erzeugt die Ladespannung Ve und die Zeitgabe der Taktsignale CK1 bis CK6 zum Betreiben von Schaltern 54, 62, 68 und 72 und der Schalter in den Feinschaltungen 20 und 34, um die Ladungspakete zu erzeugen und diese dem Knoten 76 zuzuführen, wobei dies und weiteres vollständig in dem US-Patent von Frick usw. beschrieben ist. Auf das zuvor erwähnte US-Patent von Frick usw. sollte für eine vollständige Diskussion des Betriebs der Ladungspaketgenerator-Schaltung 200 und der Rückkoppelschaltung 202 während jedes Aktualisierungszyklusses Bezug genommen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt die Rückkoppelschaltung 202 zusätzlich ein Steuersignal CNTL am Anschluß 218, um die Schalter 208 und 210 zu betreiben und die Schalter 212 und 214 durch den Inverter 216 zu betreiben, und zwar in einer Art und Weise, die in Verbindung mit der Fig. 3 beschrieben wird.
Die integrierende und vergleichende Schaltung 204 enthält einen Integrierer, der aus einem Verstärker 82 und einem Kondensator CI besteht, und einen Vergleicher 86, der eine Hysterese-Schaltung hat, die Widerstände R&sub3; und R&sub4; aufweist, wobei die Funktion in dem US-Patent Nr. 4,878,012 von Schulte usw. erläutert ist. Die Ladung wird am Knoten 76 akkumuliert und in ein analoges Signal durch den Integrierer integriert. Der Vergleicher 86 vergleicht das Signal von dem Integrierer mit einem Referenzsignal und erzeugt ein Digitalmeß- Ausgangssignal VS, das die akkumulierte Ladung am Kondensator CI des Integrierers angibt, wie in dem zuvor erwähnten US- Patent von Frick usw. beschrieben ist.
Das Ausgangssignal VS wird als ein Eingangssignal der Rückkoppelschaltung 202 zugeführt. Die Rückkoppelschaltung 202 ist die gleiche wie die Rückkoppelschaltung 50, die in dem zuvor erwähnten US-Patent von Frick usw. gezeigt und beschrieben wird, mit der Ausnahme, daß die Rückkoppelschaltung 202 zusätzlich eine Logik enthält, die ein Steuersignal CNTL am Anschluß 218 bereitstellt. Die Fig. 3 erläutert die Beziehung der Taktsignale CK1 bis CK6, des Steuersignals CNTL und der Spannungswerte bzw. -niveaus der Ladespannung Ve, des Spannungsausgangs VI vom Verstärker 62 und des Ausgangssignals VS von der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204.
Wie in dem Patent von Frick usw. beschrieben ist, richtet die Meßschaltung 10 ein erstes Zeitintervall ein, während dem anfängliche oder grobe Messungen auftreten, und ein zweites Zeitintervall, während den feine oder genaue Messungen auftreten. Während des ersten Zeitintervalls schließt das Signal CK5 am Anschluß 30 die Schalter 26 und 40 in den Feinschaltungen 20 und 34, um die volle Erregungsspannung Ve an die Platte 17 das kapazitiven Sensors und durch den Inverter 30 an die Kondensatoren CL1 und CL2 anzulegen. Während des zweiten Zeitintervalls schließt das Signal CK6 am Anschluß 31 die Schalter 28 und 42 in den Feinschaltungen, wodurch die Erregungsspannung durch die Feinschaltung 20 für den kapazitiven Sensor 5 und durch den Inverter 30 und die Feinschaltung 34 für die Kondensatoren CL1 und CL2 aufgeteilt wird. Die vorliegende Erfindung richtet zusätzlich mehrzählige hintereinanderfolgende Aktualisierungen oder Iterationen ein, wobei während jeder dieser Iterationen sowohl das erste Zeitintervall als auch das zweite Zeitintervall auftreten, um eine Grobmessung und Feinmessung des Differenzdruckes abzuleiten. Während eines ersten Aktualisierungszyklusses oder einer ersten Iteration sind die Schalter 208 und 210 geöffnet und die Schalter 212 und 214 sind geschlossen. Während eines zweiten Ak tualisierungszyklus sind die Schalter 208 und 210 geschlossen und die Schalter 212 und 214 sind offen.
Für Erläuterungszwecke der Schaltung, die in der Fig. 2 dargestellt ist, und mit Bezug auf das Zeitdiagramm der Fig. 3 wird davon ausgegangen, daß die Meßschaltung in einer ersten Aktualisierung oder Iteration ist, worin die Schalter 212 und 214 geschlossen sind und Schalter 208 und 210 geöffnet sind, und es wird weiterhin davon ausgegangen, daß die Schaltung während eines ersten Zeitintervalls arbeitet, wenn das CK5- Signal die Schalter 26 und 40 schließt, um Grobmessungen zu erhalten. Das Signal CK3 am Anschluß 70 der Rückkoppelschaltung 202 schließt den Schalter 68, wodurch Ladungspakete auf den Kondensatoren C&sub2; und CL2 gespeichert werden. Nachdem sich die Polarität der Erregungsspannung Ve am Anschluß 18 geändert hat, schließt das Signal CK4 am Anschluß 56 den Schalter 54, um Ladungspakete am Kondensator C&sub1; zu speichern. (Der Kondensator CL1 ist wirksam gegenüber der Schaltung aufgrund des geöffneten Zustands des Schalters 208 und des geschlossenen Zustands der Schalter 54 und 212 isoliert.) Nachdem sich die Polarität der Erregungsspannung Ve wiederum geändert hat, schließen die Signale CK1 und CK3 an den Anschlüssen 64 bzw. 70 die Schalter 62 bzw. 68. Der Schalter 62 koppelt ein Ladungspaket vom Kondensator C&sub1; mit dem Knoten 76 und der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204. Bei geschlossenem Schalter 68 sind Ladungspakete an den Kondensatoren C&sub2; und CL2 gespeichert. Nachdem sich die Polarität der Erregungsspannung Ve wieder geändert hat, treibt das Signal CK4 den Schalter 54, damit Ladungspakte am Kondensator C&sub1; gespeichert werden, und das Signal CK2 treibt den Schalter 72, damit ein Ladungspaket von den Kondensatoren C&sub2; und CL2 mit der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204 gekoppelt wird.
Der Betrieb der Schaltung ist ähnlich während des zweiten Zeitintervalls, wenn die Feinmessungen oder genauen Messungen auftreten, mit der Ausnahme, daß die Erregungsspannung Ve durch Spannungsdividierer in Feinschaltungen 20 und 34 abgeleitet wird und niedrig ist.
Die integrierende und vergleichende Schaltung 204 reagiert auf die Ladungspakete, die sie von dem Knoten 76 empfängt, und erzeugt ein Ausgangssignal VS, wie genauer in dem US- Patent Nr. 4,791,352 von Frick usw. beschrieben ist.
Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, ist während des ersten Iterations- oder Aktualisierungs-Meßzyklus des Sensors 5 das Signal CNTL am Anschluß 74 in einem ersten Zustand, um die Schalter 208 und 210 zu öffnen und um durch den Inverter 216 die Schalter 212 und 214 zu schließen. Während des ersten Aktualisierungszyklus ist deshalb der Kondensator C, wirksam außerhalb der Schaltung und der Kondensator CL2 ist wirksam innerhalb der Schaltung. Während des zweiten Aktualisierungszyklus ist das Signal CNTL in einem zweiten Zustand und die Zustände der Schalter 208 bis 214 sind umgekehrt, so daß der Kondensator CL2 wirksam außerhalb der Schaltung ist, während der Kondensator CL1 wirksam innerhalb der Schaltung ist. Die Schalter 208 bis 214 verbinden den Kondensator CL1 abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit dem Kondensator C&sub1; und den Kondensator CL2 in ein Betriebsverhältnis mit dem Kondensator C&sub2;. Die festgelegten Kompensationskondensatoren werden deshalb hintereinanderfolgend in ein Betriebsverhältnis mit den Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; während hintereinanderfolgender Aktualisierungen oder Iterationen geschaltet. Während des jeweiligen ersten Aktualisierungszyklusses und des jeweiligen zweiten Aktualisierungszyklusses, wenn der jeweilige festgelegte Kondensator CL1 bzw. CL2 in einem Betriebsverhältnis mit dem jeweiligen Erfassungskondensator C&sub1; bzw. C&sub2; ist, ist der festgelegte Kondensator CL1 bzw. CL2 entgegengesetzt zu der Aufladung des jeweiligen Erfassungskondensators C&sub1; bzw. C&sub2; aufgrund des Inverters 30 aufgeladen. Die Ströme durch die festgelegten Kondensatoren CL1 und CL2 sind folglich entgegengesetzt zu den Strömen durch die Erfassungskondensatoren C&sub1; und C&sub2; und ihrer Streukapazitäten. Die Ströme durch die festgelegten Kondensatoren CL1 und CL2 werden deshalb algebraisch summiert oder subtrahiert zu bzw. von den Strömen durch die Erfassungskondensatoren C&sub1; und C&sub2; und ihrer Streukapazitäten.
Wie in dem US-Patent Nr. 4,791,352 von Frick usw. erläutert ist, werden die Ladungspakete von den Kondensatoren C&sub1;, C&sub2;, CL1 und CL2 mit dem Knoten 76 gekoppelt und an diesem akkumuliert, um ein Ausgangssignal VS von der integrierenden und vergleichenden Schaltung 204 zu erzeugen. Das Ausgangssignal VS betreibt die Logik innerhalb der Rückkoppelschaltung 202, um die Impulse auf den Leitungen 64 und 74 zu zählen, damit die Anzahl der Ladungspakete, die am Knoten 76 akkumuliert werden, gezählt werden. Zählwerte N1 und N2, die für die Anzahl der Ladungspakete von entgegengesetzter Polarität repräsentativ sind, werden während des ersten Zeitintervalls (Grobmessung) akkumuliert und Zählwerte N3 und N4 werden während des zweiten Zeitintervalls (Feinmessung) akkumuliert. Der Zählwert N1 ist somit die Anzahl der Ladungspakete einer ersten Polarität, die von den Kondensatoren C&sub1; und CL1 während des ersten Zeitintervalls ausgekoppelt werden, der Zählwert N2 ist die Anzahl der Ladungspakete mit einer zweiten Polarität, die entgegengesetzt zur ersten Polarität ist, die von den Kondensatoren C&sub2; und CL2 während des ersten Zeitintervalls ausgekoppelt werden, der Zählwert N3 ist die Anzahl der Ladungspakete der ersten Polarität, die von den Kondensatoren C&sub1; und CL1 während des zweiten Zeitintervalls ausgekoppelt werden, und der Zählwert N4 ist die Anzahl der Ladungspakete mit der zweiten Polarität, die von den Kondensatoren C&sub2; und CL2 während des zweiten Zeitintervalls ausgekoppelt werden. Die Ladungspakete häufen sich am Knoten 76 in einer Art und Weise an, die zu einem Ladungsgleichgewichts-Zustand tendiert. Die Zählwerte N1 und N2 an den Leitungen 64 bzw. 74 während des ersten Zeitintervalls sind eine Funktion des Differenzdrucks, der vom Sensor 5 erfaßt wird, und die Zählwerte N3 und N4 an den Leitungen 64 bzw. 74 sind auch eine Funktion des Differenzdrucks, der durch den Sensor 5 erfaßt wird. Der Mikroprozessor 206 berechnet den Differenzdruck unter Verwendung der Zählwerte N1 und N2 und der Zählwerte N3 und N4 über die Leitung 220. Wie untenstehend erläutert wird, können die Zählwerte N1 und N2 und die Zählwerte N3 und N4 während jedes Aktualisierungszyklusses oder jeder Iteration unterschiedlich sein, wobei die Differenz eine Funktion des statischen Drucks oder Leitungsdrucks ist. Der Mikroprozessor 206 berichtigt das Differenzdruck-Signal unter Verwendung der Verhältnisse von N1 und N2 und der Verhältnisse von N3 und N4 während hintereinanderfolgender Iterationen und gibt ein Ausgangssignal an die Ausleseschaltung 98 aus, das ein Maß für den Differenzdruck ist. Die Ausleseschaltung 98 stellt ein Auslesen und/oder eine Steuerung wie gewünscht bereit.
Wie in dem US-Patent Nr. 4,791,352 von Frick usw. erläutert ist, ist die Gesamtzahl der Zählwerte N1 und N2 für jedes erste Zeitintervall konstant und die Gesamtzahl der Zählwerte N3 und N4 ist für jedes zweite Zeitintervall konstant. Somit ist N1 + N2 max = KI1 und N3 + N4 max = KI2, wobei KI1 und KI2 Konstante sind. Die Logik innerhalb der Rückkoppelschaltung 202 reagiert auf N3 + N4 = KI2, um den Zustand des Steuersignals CNTL an der Leitung 218 zu ändern, damit der Zustand der Schalter 208, 210, 212 und 214 umgekehrt wird. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ändert sich deshalb zwischen ihrem ersten Aktualisierungszyklus und zweiten Aktualisierungszyklus auf die Beendigung jedes zweiten Zeitintervalls hin. Es ist für die vorliegenden Erfindung nicht wichtig, zu identifizieren, welcher Aktualisierungszyklus den Kondensator CL1 verwendet und welcher den Kondensator CL2. Es ist nur wichtig, daß der Mikroprozessor 206 die Zählwerte N1 und N2 (und/oder N3 und N4) während unterschiedlicher Aktualisierungszyklen verarbeitet. Der Mikroprozessor verarbeitet die Signale, die für jeden Aktualisierungszyklus repräsentativ sind, unter Verwendung des Poynoms oder der Suchtabelle, wie hier beschrieben wird.
Wie oben stehend beschrieben wurde, körnen die Zählwerte N1, N2, N3 und N4 unterschiedlich während jedes Aktualisierungszyklusses sein, aber die Summen KI1 und KI2 sind während jedes Aktualisierungszyklusses konstant. Dies ist in der Fig. 3 erläutert, wo während des ersten Aktualisierungszyklusses N1 = 2 und N2 = 6 (KI1 = 8) und während des zweiten Aktualisierungszyklusses N1 = 3 und N2 = 5 (KI1 = 8) sind. Ähnlich ist während des ersten Aktualisierungszyklus N3 = 2 und N4 = 0 (KI2 = 2) und währen d des zweiten Aktualisierungszyklus N3 = 0 und Na = 2 (KI2 = 2). (Es wird darauf hingewiesen, daß das Beispiel von KI1 = 8 und KI2 = 2 nur zur Erläuterung des Betriebes der Erfindung gegeben wird und daß in der Praxis die Konstanten KI1 und KI2 Hunderter-Zahlen oder sogar Tausender- Zahlen sein können.)
Die Kondensatoren CL1 und CL2 werden abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit den Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; derart geschaltet, daß die Ströme durch die Kondensatoren CL1 und CL2 sich von den Strömen durch die Sensorkapazitäten C&sub1; und C&sub2; während hintereinanderfolgenden Aktualisierungszyklen oder Iterationen subtrahieren. Im Ergebnis weisen der Sensor und die festgelegten Kondensatoren unterschiedliche Verhältnisse mit den Ladungspaket-Zählwerten während jedes Aktualisierungszyklusses auf, wobei die Verhältnisse sind

Gleichung 5

N&sub1; (C&sub1; - CL) &sim; N&sub2; C&sub2;
für den ersten Aktualisierungszyklus, und

Gleichung 6

N&sub1; C&sub1; &sim; N&sub2; (C&sub2; - CL)
für den zweiten Aktualisierungszyklus, wobei CL = CL1 = CL2 CS1 + CS2 sind.
Um die Gleichungen 5 und 6 einzuhalten, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein festgelegter Kondensator abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit den Sensorkapazitäten C&sub1; und C&sub2; während jeder Aktualisierung oder Iteration verbunden. Es kann einen oder eine Vielzahl von festgelegten Kondensatoren geben und sie (wenn es eine Vielzahl von festgelegten Kondensatoren gibt) können gleich zueinander oder ungleich zueinander sein. Weiterhin können die festgelegten Kondensatoren elektrisch der Schaltung zugeschaltet oder aus der Schaltung herausgeschaltet werden oder sie können fest verdrahtet in der Schaltung werden und elektrisch isoliert werden, wenn sie nicht benötigt werden. Die festgelegten Kondensatoren körnen bequemerweise auch dazu dienen, eine Streukapazität des Sensors zu kompensieren. In der Ausführungsform, die in der Fig. 2 gezeigt ist, gibt es zwei festgelegte Kondensatoren, die im Wert gleich sind und elektrisch der Schaltung zugeschaltet oder aus der Schaltung herausgeschaltet werden. Der Kapazitätswert jedes festgelegten Kondensators ist gleich dem Zweifachen der Streukapazität CS1 oder CS2 (CS1 ist ungefähr gleich zu CS2), um die Streukapazität zu kompensieren.
Die Kondensatoren CL1 und CL2 werden abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit den variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; mit der Pulsrate des CNTL-Signals geschaltet, das den Binärwert unmittelbar folgend dem Angang des ersten Zeitintervalls jeder Aktualisierung oder Iteration der Sensormessung ändert.
Ein Minimum von zwei Aktualisierungszyklen ist erforderlich, um das Differenzdruck-Signal abzuleiten.
Der unberichtigte Differenzdruck ΔP (unberichtigt für Leitungsdruck) ist eine Funktion eines Durchschnitts der Ausgänge der Schaltung der Fig. 2 während des ersten Aktualisierungszyklus und des zweiten Aktualisierungszyklus, wohingegen der Leitungsdruck eine Funktion der Differenz der Ausgänge der Schaltung der Fig. 2 ist. Der berichtigte Differenzdruck ist eine Funktion des unberichtigten Differenzdrucks und des Leitungsdrucks. Der unberichtigte Differenzdruck kann ausgedrückt werden durch Gleichung 7
Der Sensor 5, der ein Öl-Dielektrikum enthält, zeigt Änderungen der Hohlraumtiefe und Änderungen der Dielektrizitätskonstanten, wobei jede dieser Änderungen sich aus dem Leitungsdruck PS ergeben und jede dieser Änderungen grob proportional zum Leitungsdruck PS ist. Änderungen der Hohlraumtiefe und der Dielektrizitätskonstante verursachen Änderungen der Kapazitätswerte der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2;. Es kann gezeigt werden, daß die Differenz zwischen den Ausgängen der Schaltung während der ersten und zweiten Aktualisierungszyklen eine Funktion des Leitungsdrucks PS ist, wobei die Beziehung ist Gleichung 8
wobei A eine Konstante ist.
Die Gleichung 8 zeigt, daß die Summe aus den variablen Kapazitätswerten eine inverse Funktion des Leitungsdrucks ist. Ein Berichtigungswert wird auf der Basis der Gleichung 8 abgeleitet, um den Wert des Differenzdruck-Signals, das auf der Gleichung 7 basiert, zu modifizieren.
Vorzugsweise wird das Differenzdruck-Signal berichtigt, indem die Ergebnisse der Messungen der zwei Aktualisierungszyklen oder Iterationen im Mikroprozessor 206 verarbeitet werden, um die Polynomfolge

Gleichung 9

Q = a + bx + cx² + ...
in der Art und Weise zu lösen, die in dem US-Patent Nr. 4,598,381 von Cucci, herausgegeben am 01. Juli 1986 und übertragen an den gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung, beschrieben ist. Bis jetzt wird ein Temperatursignal von dem arbeitenden Temperatursensor 227 durch den Analog/Digital-Wandler 222 zu dem Mikroprozessor 206 ausgegeben. Unter Verwendung der Lehren des Cucci-Patents verarbeitet der Mikroprozessor 206 Signale, die eine Funktion des Differenzdrucks (Gleichung 7), des Leitungsdrucks (Gleichung 8) und der Temperatur sind, indem die Polynomfolge der Gleichung 9 verwendet wird, um das Differenzdruck-Signal bezüglich Temperatur und Leitungsdruck zu berichtigen. Insbesondere verarbeitet der Mikroprozessor 206 die Signale, die auf den Beziehungen der Gleichungen 7 und 8 beruhen, zusammen mit einem digitalisierten Temperatursignal, um ein berichtigtes Differenzdruck-Signal abzuleiten, das unabhängig von Änderungen des Leitungsdrucks und der Temperatur ist. Der Mikroprozessor 206 stellt einen Ausgang dem Ausleser 98 bereit, der ein Maß für das Differenzdruck-Signal ist, das bezüglich Fehler aufgrund des Leitungsdrucks und der Temperatur berichtigt ist.
Als Alternative zu der Polynomfolge-Berechnung kann die Berichtigung durch eine Suchtabelle in einem Speicher des Mikroprozessors 206 ausgeführt werden. Die Tabelle ist empirisch durch Messen des Ausgangsverhältnisses bei verschiedenen Leitungsdrücken und Betriebstemperaturen in einer Test- oder Kalibrierungsumgebung und durch Speichern der Ergebnisse in der Suchtabelle in dem Speicher des Mikroprozessor 206 abgeleitet. In dieser Hinsicht werden Signale, die auf den Beziehungen beruhen, die in den Gleichungen 5 und 6 angegeben sind, abgeleitet und mit den Suchtabelle-Einträgen verglichen, um den berichtigten Differenzdruck-Signalausgang auszuwählen.
Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die Kondensatoren CL1 und CL2 als jeweils das Zweifach der Streukapazitäten CS1 oder CS2 erläutert und beschrieben wurden, die Kondensatoren irgendeinen Wert haben können und nicht gleich sein müssen. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Kondensatoren die Streukapazität in der Art und Weise kompensieren, die in dem US-Patent Nr. 4,878,012 von Schulte usw. beschrieben ist, und daß die Kondensatoren nicht zu groß sein sollten, damit die Approximationen der Gleichungen 7 und 8 nicht nachteilig beeinflußt werden. Es kann z. B. gewünscht werden, ungleiche Kondersatoren CL1 und CL2 bereitzustellen, um die Streukapazität in einem unausgeglichenen oder deformierten Sensor zu kompensieren oder um den Leitungsdruck in der Art und Weise, die in der US-Anmeldung Nr. 7-667,380 von Frick gelehrt wird, vor der Berichtigung zu kompensieren, wie hier beschrieben wird.
Obwohl zwei Kondensatoren CL1 und CL2 in der Fig. 2 gezeigt sind, kann irgendeine Anzahl von Kondensatoren verwendet wer den. Z. B. können drei oder vier Kondensatoren für Anwendungen mit ungleichen Kondensatoren verwendet werden, wobei zwei dieser Kondensatoren zur Kompensation der Streukapazität und einer oder zwei der Kondensatoren zur Kompensation eines unausgeglichenen Sensors oder für Leitungsdruck verwendet werden. Es kann von Vorteil sein, einen Kondensator zu verwenden, der abwechselnd in ein Betriebsverhältnis mit jedem der beiden variablen Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; geschaltet wird. Weiterhin kann ein tatsächliches Schalten der Kondensatoren in jeder angemessenen Art und Weise ausgeführt werden, die sicherstellt, daß die Kondensatoren geeignet geladen werden und geeignet isoliert werden, um eine Störung bzw. Überlagerung des Betriebs oder der Kompensation eines der Sensorkondensatoren zu vermeiden.
Wenn gewünscht können die Kondensatoren CL1 und CL2 mit Temperaturkoeffizienten ausgewählt werden, die im wesentlichen gleich zu dem Temperaturkoeffizienten des dielektrischen Öls in den Sensorkondensatoren C&sub1; und C&sub2; ist. Wenn die Kondensatoren CL1 und CL2 ausgewählt werden, werden sie vorzugsweise an einem inneren Abschnitt des Gehäuses 7 des Sensors 5 angebracht. Im Ergebnis würden die Kondensatoren den gleichen thermischen Änderungen ausgesetzt werden, wie sie auf die Sensorkondensatoren C&sub1; und C&sub2; einwirken, und können dazu verwendet werden, thermische Änderungen und auch Wirkungen der Streukapazität zu kompensieren.
Die Schaltung der Fig. 2 kann alternativerweise verwendet werden, um Differenzdruck-Signale bezüglich Temperaturänderungen zu berichtigen. Die zwei VS Ausgangssignale, die während der beiden Aktualisierungszyklen oder Intervalle zugeführt werden, geben jeweils unterschiedlich den Differenzdruck, den Leitungsdruck und die Temperatur wieder. Es kann somit gezeigt werden, daß das Signal von dem kapazitiven Sensor der Fig. 2 mit Temperaturänderungen gemäß einer Funktion von 1/(C&sub1; + C&sub2;) variiert. Durch empirisches Einstellen der Konstanten der Gleichung 9 kann das Differenzdruck-Signal bezüglich Temperaturänderungen anstelle des Leitungsdrucks berichtigt werden. Der Mikroprozessor 206 verarbeitet deshalb die Zählwerte N&sub1; und N&sub2;, wie oben beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Konstanten des Polyroms eingestellt sind, bezüglich der Temperaturänderungen anstelle des Leitungsdrucks zu berichtigen. Alternativerweise kann die Temperaturberichtigung durch Verwendung einer Suchtabelle, wie oben beschrieben wurde, ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit einer Vorrichtung mit piezoresistivem Sensor eingesetzt werden, um den Differenzdruck zu erfassen und Fehler aufgrund des Leitungsdrucks zu berichtigen oder um den Leitungsdruck zu erfassen und Fehler aufgrund der Temperatur zu berichtigen. Die Fig. 4 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer typischen Sensoranordnung, die eine piezoresistive Brücke 150 aufweist, die piezoresistive Elemente R&sub5;, R&sub6;, R&sub7; und R&sub8; auf einer Siliciumoberfläche hat. In einer typischen Anordnung ist die Brücke 150 als Differenzdruck-Erfassungsbrücke angeordnet, die auf die Differenz zwischen zwei Drücken P&sub1; und P&sub2; reagiert. Die piezoresistiven Elemente R&sub5; und R&sub6; auf gegenüberliegenden Seiten der Brücke reagieren auf den Differenzdruck in einer Richtung (z. B. positiv) und die piezoresistiven Elemente R&sub7; und R&sub8; auf gegenüberliegenden Seiten der Brücke reagieren auf den Differenzdruck in einer entgegengesetzten Richtung (z. B. negativ). Die Brücke 150 wird durch eine Gleichstrom-Energiespannung Ve versorgt, die an einer Seite des Übergangs zwischen den piezoresistiven Elementen R&sub5; und R&sub8; und an der anderen Seite mit dem Übergang zwischen den piezoresistiven Elementen R&sub6; und R&sub7; verbunden ist. Die piezoresistiven Elemente reagieren auf den Differenzdruck, um das Brückengleichgewicht zu ändern, um ein Ausgangssignal an den Analog/Digital-Wandler 152 auszugeben, das repräsentativ für den Differenzdruck ist. Der Ausgang vom Wandler 152 wird einem Mikroprozessor (nicht gezeigt in Fig. 4) zugeführt.
Als Erfassungsvorrichtung für den statischen Druck oder den Leitungsdruck reagiert die Brücke 150 auf den Leitungsdruck derart, daß die gegenüberliegenden piezoresistiven Elemente R&sub5; und R&sub6; sich in einer Richtung (z. B. positiv) auf den Leitungsdruck ändern und daß die gegenüberliegenden piezoresistiven Elemente R&sub7; und R&sub8; in einer entgegengesetzten Richtung (z. B. negativ) auf den Leitungsdruck reagieren. Änderungen des Leitungsdrucks an den piezoresistiven Elementen der Brücke 150 ändern das Brückengleichgewicht, um ein Ausgangssignal an den Analog/Digital-Wandler 152 auszugeben, das für den Leitungsdruck repräsentativ ist. Der Ausgang vom Wandler 152 wird dem Mikroprozessor bereitgestellt.
In manchen Fällen war es bislang üblich, zwei Brücken 150 bereitzustellen, wobei eine den Leitungsdruck und die andere den Differenzdruck in der Art und Weise erfaßt, wie sie oben stehend beschrieben wurde. In einem anderen Fall war es auch üblich, einen temperaturempfindlichen Widerstand RT in direktem Kontakt mit dem druckbeaufschlagten Fluid bereitzustellen, um ein Signal, das für die Temperatur repräsentativ ist, durch einen Analog/Digital-Wandler 154 dem Mikroprozessor zuzuführen. Der Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 154 war somit eine Funktion der Temperatur des Fluids, das an die Brücke 150 angelegt war. Die Ausgänge der Brücke oder der Brücken 150 und des temperaturempfindlichen Widerstands RT waren Funktionen des Differenzdrucks und/oder des Leitungsdrucks und der Temperatur. Differenzdruckmessungen konnten deshalb bezüglich Änderungen des Leitungsdrucks und der Temperatur berichtigt werden und Leitungsdruckänderungen konnten bezüglich Temperaturänderungen berichtigt werden.
Die Vorrichtung des Stands der Technik erforderte jedoch einen jeweiligen Analog/Digital-Wandler für jeden Sensor, wobei die Berichtigung einer Leitungsdruck-Brücke zwei Wandler erforderte und die Berichtigung einer Differenzdruck-Brücke drei Wandler erforderte, wobei jeder Wandler einen Sensoreingang dem Prozessor bereitstellte. Um das Erfordernis mehrfacher Wandler auszuschließen, wurden Multiplextechniken verwendet, um die einzelnen Sensorausgänge abwechselnd einem einzelnen Wandler zuzuführen, aber das Multiplexen hatte den Nachteil, daß eine abwechselnde Verbindung mehrerer Sensorinformationssignale mit dem Wandler in einem Informationsverlust resultierte.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Übertragung von Signalen, die für zwei Variablen, zum Beispiel den Differenzdruck und den Leitungsdruck oder den Leitungsdruck und die Temperatur, repräsentativ sind, durch einen einzigen Analog/Digital-Wandler mit minimalem Verlust an Information und minimalen Aliasing-Fehlern. Eine Schaltung, die diese Funktionen ausführt, wird in der Fig. 5 erläutert, worin eine typische piezoresistive Erfassungsbrücke 160 gezeigt ist, die variable piezoresistive Elemente R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2; hat, die durch eine Gleichstrom-Energiespannung Ve mit Energie versorgt wird. Der Ausgang der Brücke 160 stellt einen Eingang für den Analog/Digital-Wandler 230 dar, der wiederum einen Ausgang dem Mikroprozessor 206 (der die gleichen Eigenschaften wie der Mikroprozessor, der in der Fig. 2 dargestellt ist, haben kann) bereitstellt. Der Wandler 230 stellt auch einen Ausgang der Rückkopplung 232 bereit, um ein Steuersignal CNTL (vergleiche Fig. 3) auf der Leitung 210 bereitzustellen. Das Steuersignal auf der Leitung 210 stellt einen ersten Aktualisierungszykluspuls und einen zweiten Aktualisierungszykluspuls bereit, die als CNTL-Signal in der Fig. 3 gezeigt sind, um den Schalter 234 und durch den Inverter 236 den Schalter 238 zu betreiben. Der festgelegte Widerstand R&sub1;&sub3; ist zwischen dem Übergang bzw. der Verbindung der Widerstände R&sub1;&sub0; und R&sub1;&sub1; der Brücke 160 und dem Übergang zwischen den Schaltern 234 und 238 derart verbunden, daß während des ersten Aktualisierungszyklusses der Schalter 234 geschlossen und der Schalter 238 geöffnet ist und der Widerstand R&sub1;&sub3; in paralleler Beziehung zu dem piezoresistiven Element R&sub1;&sub0; verbunden ist. Während eines zweiten Aktualisierungszyklusses ist der Schalter 234 geöffnet und der Schalter 238 ist geschlossen und der Widerstand R&sub1;&sub3; ist in paralleler Beziehung mit dem piezoresistiven Element R&sub1;&sub1; verbunden.
Im Fall, wenn die Brücke 160 dafür angeordnet ist, den Differenzdruck zu messen, ändert sich der Signalausgang von der Brücke mit dem Differenzdruck und dem Leitungsdruck. Der Widerstand R&sub1;&sub3; ist ein festgelegter Widerstand, dessen Temperaturkoeffizient vorzugsweise aber nicht notwendigerweise im wesentlichen gleich dem Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Elemente R&sub9; bis R&sub1;&sub1; ist. Während des ersten Zyklus ist der festgelegte Widerstand R&sub1;&sub3; in paralleler Beziehung zu dem piezoresistiven Element R&sub1;&sub0;, so daß der Analog/Digital- Wandler 230 ein erstes Ausgangssignal erzeugt, das eine Funktion von sowohl dem Differenzdruck als auch dem Leitungsdruck ist. Während des zweiten Zyklus, wenn der Widerstand R&sub1;&sub3; in paralleler Beziehung zu dem piezoresistiven Element R&sub1;&sub1; ist, erzeugt der Wandler 230 ein zweites Ausgangssignal, das auch eine Funktion des Differenzdrucks und des Leitungsdrucks ist. Das zweite Ausgangssignal ist jedoch unterschiedlich zu dem ersten Ausgangssignal. Der Mikroprozessor 206 verarbeitet das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal mittels einer Polynomfolge der Gleichung 9 oder durch Bezug auf die Suchtabelle, wie zuvor beschrieben wurde, um ein berichtigtes Ausgangssignal für den Differenzdruck der Auslesevorrichtung oder Anzeigevorrichtung 98 bereitzustellen, wobei das berichtigte Ausgangssignal bezüglich Fehlern aufgrund von Änderungen des Leitungsdruckes berichtigt ist.
In dem Fall, wenn die Brücke 160 dafür angeordnet ist, eine Messung des Leitungsdrucks bereitzustellen, wird ein Widerstand R&sub1;&sub3; ausgewählt, der einen Temperaturkoeffizienten hat, der unterschiedlich zu den Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Elemente R&sub9; bis R&sub1;&sub2; ist und vorzugsweise Null ist. Das Ergebnis ist, daß die Ausgänge des Wandlers 230 während des ersten Aktualisierungszyklus und des zweiten Aktualisierungszyklus unterschiedliche Funktionen von sowohl des Leitungsdrucks als auch der Temperatur sind. Im Fall der Differenzdruck-Messung verarbeitet der Mikroprozessor 206 die Signale unter Verwendung der Polynomfolge der Gleichung 9 oder unter Verwendung einer Suchtabelle, wie zuvor beschrieben wurde, um einen berichtigten Meßwert oder eine Absolutdruck- Ausgangsanzeige des Leitungsdruck für den Ausleser 98 bereitzustellen.
In den Ausführungsformen der Fig. 5 ist der Aufbau der Brückensensoren als Differenzdruck-Sensor oder als Leitungsdruck- Sensor dafür bestimmend, ob die Schaltung zur Messung des Differenzdrucks oder zur Messung des Leitungsdrucks betrieben wird. Die Auswahl des Temperaturkoeffizienten des festgelegten Widerstands R&sub1;&sub3; ist auch für die Wirkung auf die Variablen wichtig, die in den Brückenausgangssignalen wiedergegeben werden. Im Falle der Differenzdruck-Messung sollten die Ausgangssignale Funktionen des Differenzdrucks und des Leitungsdrucks sein. In einem solchen Fall wird es bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, daß der Temperaturkoeffizient des festgelegten Widerstands R&sub1;&sub3; im wesentlichen mit den Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Elemente R&sub9; bis R&sub1;&sub2; übereinstimmt, um Temperaturänderungen so gut wie möglich zu kompensieren, wodurch die Effekte der Temperaturänderungen auf den Sensor minimiert werden.
Im Fall der Leitungsdruck-Messung sollten die Ausgangssignale Funktionen des Leitungsdrucks und der Temperatur sein, so daß es wichtig ist, daß der festgelegte Widerstand R&sub1;&sub3; nicht auf Temperaturänderungen des Sensors reagiert. Im Falle der Leitungsdruck-Messung sollte deshalb der Temperaturkoeffizient des festgelegten Widerstands R&sub1;&sub3; unterschiedlich zu den Temperaturkoeffizienten der piezoresistiven Elemente R&sub9; bis R&sub1;&sub2; sein, um sicherzustellen, daß die Ausgangssignale Funktionen des Leitungsdrucks und der Temperatur des Sensors sind. Vorzugsweise ist der Temperaturkoeffizient des festgelegten Widerstands R&sub1;&sub3; gleich Null.
Die piezoresistiven Brücken 160 können Halbbrücken unter Verwendung von nur zwei piezoresistiven Elementen sein. Somit würden die zwei piezoresistiven Elemente einer Differenzdruck-Halbbrücke jeweils auf einen der Drücke reagieren, die zu überwachen sind, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, das repräsentativ für die Differenz zwischen ihren ist. Die zwei piezoresistiven Elemente einer Leitungsdruck-Halbbrücke würden jeweils auf den Leitungsdruck so reagieren, daß die Impedanz des einen piezoresistiven Elements positiv geändert wird und daß die Impedanz des anderen piezoresistiven Elements negativ geändert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Übertragung von Signalen, die ein Maß für zwei Variablen sind, wie zum Beispiel den Differenzdruck und den Leitungsdruck oder den Leitungsdruck und die Temperatur, durch einen einzigen Analog/Digital-Wandler mit minimalem Verlust an Information und minimalen Aliasing-Fehlern bereit. Eine Form der Erfindung stellt den Betrieb der variablen Sensor-Kondensatoren bereit, um vielzählige unterschiedliche Verhältnisse bzw. Beziehungen zu erhalten, wobei der Durchschnitt davon eine Funktion des Differenzdrucks ist und die Differenz davon eine Funktion des Leitungsdrucks ist. Andere Formen der Erfindung stellen den Betrieb von piezoresistiven Brücken bereit, um Signale abzuleiten, die für zwei Beziehungen repräsentativ sind. Die Beziehungen werden dazu verwendet, ein berichtigtes Signal abzuleiten, das eine genaue Messung des Differenzdrucks oder des Leitungsdrucks bereitstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist es für Fachleute offensichtlich, daß Änderungen in Form und Detail ausgeführt werden können, ohne daß vom Bereich der Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung von Druck, die folgendes aufweist:

einen Drucksensor (5; 160), der mindestens eine erste und eine zweite Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) aufweist, wobei jede einen Impedanzwert aufweist, der sich mit dem Druck und einer vorher festgelegten Umgebungsbedingung ändert;

eine Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;);

eine Verbindungsvorrichtung (202, 208, 210, 212, 214; 232, 234, 238), um die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) in ein Betriebsverhältnis mit der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) zu verbinden, wobei die erste und die zweite Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) und die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) zusammen ein Signal erzeugen, das eine Funktion des Drucks und der vorher festgelegten Umgebungsbedingung ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) einen Impedanzwert aufweist, der durch Änderungen der vorher festgelegten Umgebungsbedingungen im wesentlichen unverändert ist;

die Verbindungsvorrichtung (202, 208, 210, 212, 214; 232, 234, 238) dazu geeignet ist, die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2 R&sub1;&sub3;) abwechselnd und nacheinander in ein Betriebsverhältnis mit der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) zu verbinden, wobei eine Verbindung der Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) in ein Betriebsverhältnis mit der ersten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;) ein erstes Signal aus der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) und der Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) erzeugt, das eine Funktion des Drucks und der vorher festgelegten Umgebungsbedingung ist, und eine Verbindung der Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) in ein Betriebsverhältnis mit der zweiten Erfassungsvorrichtung ein zweites Signal aus der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C&sub2;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) und der Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) erzeugt, das eine Funktion des Drucks und der vorher festgelegten Umgebungsbedingung ist;

Sie Vorrichtung weiterhin eine Berichtigungsvorrichtung (206) aufweist, die auf das erste und das zweite Signal anspricht, um basierend auf dem ersten und dem zweiten Signal eine Druckanzeige um Änderungen der vorher festgelegten Umgebungsbedingung zu berichtigen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5; 160) einen Differenzdruck mißt, das erste und das zweite Signal Funktionen des Differenzdrucks und des Leitungsdrucks sind, die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) einen Impedanzwert aufweist, der durch Änderungen des Leitungsdrucks im wesentlichen unverändert ist, und die Berichtigungsvorrichtung (206) den Wert des Differenzdrucks um Änderungen des Leitungsdrucks berichtigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5; 160) ein kapazitiver Drucksensor (5) ist, und die erste Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub1;) einen Kapazitätswert C&sub1; aufweist und die zweite Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub2;) einen Kapazitätswert C&sub2; aufweist, wobei sich C&sub1; und C&sub2; mit dem Druck ändern, daß die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) eine Kapazitätsvorrichtung (CL1, CL2) mit einem Kapazitätswert CL aufweist, und wobei die Berichtigungsvorrichtung (206) basierend auf CL/(C&sub1; + C&sub2;) den Wert des Differenzdrucks berichtigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsvorrichtung (CL1, CL2) einen ersten und einen zweiten Kondensator (CL1, CL2) aufweist, und die Verbindungsvorrichtung (202, 208, 210, 212, 214; 232, 234, 238) abwechselnd den ersten Kondensator (CL1) mit der ersten Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub1;) und den zweiten Kondensator (CL2) mit der zweiten Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub2;) verbindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druck-Erfassungsvorrichtung eine erste piezoresistive Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub0;) mit einem Widerstandswert ist, der sich auf eine erste Weise mit dem Differenzdruck ändert, und die zweite Druck-Erfassungsvorrichtung eine zweite piezoresistive Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub1;) mit einem Widerstandswert ist, der sich auf eine zweite Weise mit dem Differenzdruck ändert, wobei die erste und die zweite Weise verschieden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5; 160) den Differenzdruck mißt, das erste und das zweite Signal Funktionen des Differenzdrucks und der Temperatur sind, die Impedanzvorrichtung (CL, R&sub1;&sub3;) einen Impedanzwert aufweist, der durch Temperaturänderungen im wesentlichen unverändert ist, und die Berichtigungsvorrichtung (206) den Wert des Differenzdrucks um Temperaturänderungen berichtigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5; 160) ein kapazitiver Drucksensor (5) ist, und die erste Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub1;) einen Kapazitätswert C&sub1; aufweist und die zweite Druck-Erfassungsvorrichtung (C&sub2;) einen Kapazitätswert C&sub2; aufweist, wobei sich C&sub1; und C&sub2; mit dem Druck ändern, daß die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2, R&sub1;&sub3;) eine Kapazitätsvorrichtung (CL1, CL2) mit einem Kapazitätswert CL aufweist, und wobei die Berichtigungsvorrichtung (206) basierend auf CL/(C&sub1; + C&sub2;) den Wert des Differenzdrucks berichtigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druck-Erfassungsvorrichtung eine erste piezoresistive Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub0;) mit einem Widerstandswert ist, der sich auf eine erste Weise mit dem Druck ändert, und die zweite Druck-Erfassungsvorrichtung eine zweite piezoresistive Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub1;) mit einem Widerstandswert ist, der sich auf eine zweite Weise mit dem Druck ändert, wobei die erste und die zweite Änderungsweise verschieden sind, wobei die erste und die zweite piezoresistive Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;) je einen bekannten Temperaturkoeffizienten aufweisen, und daß die Impedanzvorrichtung einen Widerstand (R&sub1;&sub3;) mit einem Temperaturkoeffizienten aufweist, der sich vom Temperaturkoeffizienten der ersten und der zweiten piezoresistiven Druck-Erfassungsvorrichtung (R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;) unterscheidet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5; 160) den Leitungsdruck mißt und sich die Impedanzwerte der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;, C2; R&sub9;, R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) auf verschiedene Weisen mit dem Leitungsdruck ändern und sich mit der Temperatur ändern, das erste und das zweite Signal Funktionen des Leitungsdrucks und der Temperatur sind, die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2 R&sub1;&sub3;) einen Impedanzwert aufweist, der durch Temperaturänderungen im wesentlichen unverändert ist, und die Berichtigungsvorrichtung (206) den Wert des Leitungsdrucks um Temperaturänderungen berichtigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzvorrichtung (CL1, CL2 R&sub1;&sub3;) eine erste und eine zweite Impedanz aufweist, und die Verbindungsvorrichtung (202, 208, 210, 212, 214; 232, 234, 238) abwechselnd die erste Impedanz mit der ersten Erfassungsvorrichtung (C&sub1;; R&sub9;, R&sub1;&sub0;) und die zweite Impedanz mit der zweiten Erfassungsvorrichtung (C&sub2;; R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;) verbindet.