RU2108556C1 - Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации - Google Patents
Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2108556C1 RU2108556C1 RU94026263A RU94026263A RU2108556C1 RU 2108556 C1 RU2108556 C1 RU 2108556C1 RU 94026263 A RU94026263 A RU 94026263A RU 94026263 A RU94026263 A RU 94026263A RU 2108556 C1 RU2108556 C1 RU 2108556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- capacitance
- differential pressure
- compensating
- compensation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
- G01L9/125—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации могут быть использованы в системах управления производственными процессами. Преобразователь 12, чувствительный к сигналам датчика перепада давления 30, включает постоянный модуль 28 и съемный модуль 26. Постоянный модуль 28 приспособлен для подсоединения к аналоговому съемному модулю 26, имеющему компенсационную емкость МАЦД А, или к цифровому съемному модулю, имеющему компенсационную емкость СД Д. Схема компенсации емкости включена в постоянный модуль 28, который включает компенсационную емкость СД М 124, выбираемую посредством обеспечения равенства МАСД А и СД Д при калибровке аналогового съемного модуля 26 и цифрового съемного модуля. Это обеспечивает передаточную функцию давления, более линеаризованную и менее восприимчивую к изменениям температуры. 6 с. и 15 з.п.ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение касается преобразователей, используемых в системах управления производственными процессами. В частности, настоящее изобретение касается компенсации паразитной емкости в преобразователях, использующих емкостной дифференциальный датчик давления.
В системах управления производственными процессами используются двухпроводные преобразователи (а также трехпроводные и четырехпроводные преобразователи). Двухпроводный преобразователь включает пару клемм, которые соединены в токовом контуре с источником питания и нагрузкой. Двухпроводный преобразователь изменяет величину контурного тока в зависимости от воспринимаемого параметра или условиям, например воспринимаемого давления
Хотя возможны различные рабочие диапазоны, наиболее широко используется двухпроводный преобразователь, выходной сигнал которого в зависимости от воспринимаемого параметра изменяется от 4 до 20 мА. Например, обычно величина 4 мА представляет нулевой уровень, а 20 мА относятся к максимальному выходному уровню.
Хотя возможны различные рабочие диапазоны, наиболее широко используется двухпроводный преобразователь, выходной сигнал которого в зависимости от воспринимаемого параметра изменяется от 4 до 20 мА. Например, обычно величина 4 мА представляет нулевой уровень, а 20 мА относятся к максимальному выходному уровню.
Для дистанционного определения давления нашли широкое применение двухпроводные преобразователи. В двухпроводном преобразователе используется датчик дифференциального давления, предназначенный для определения перепада давления в промышленной среде. Двухпроводный преобразователь преобразует определяемый перепад давления в величину электрического тока, проходящего по двухпроводному токовому контуру. Ток, проходящий по токовому контуру, может считываться принимающим блоком и информация о давлении передаваться оператору системы. Одним из используемых типов датчиков является датчик давления на емкостной плате. В патенте США N 4370890 раскрыт один из типов емкостных датчиков перепада давления. Передаточная функция датчика зависит от температуры, поскольку диэлектрическая проницаемость масла в датчике изменяется с изменением температуры. Паразитная емкость в преобразователе создает трудности при расчете этой температурной зависимости. Известно, что для получения точных показаний емкостного дифференциального датчика давления, необходимо компенсировать паразитную емкость. Компенсация паразитной емкости в двухпроводных преобразователях представляет более сложную процедуру, в частности в тех преобразователях, в которых используют съемный модуль и постоянный модуль. В таком преобразователе постоянный модуль является носителем датчика, а съемный модуль - носителем схемы преобразователя. Величины емкостей в съемном модуле могут оказаться не согласованными, поэтому после установки съемных модулей необходимо компенсировать влияние паразитной емкости. Это снижает совместимость различными съемными модулями. Существует два типа съемных модулей. В одном типе ("цифровая" модель) для линеаризации выходного сигнала датчика используется цифровая схема, тогда как в другом типе ("аналоговая" модель) используется аналоговая схема. В двух типах используются два разных способа линеаризации сигнала, поступающего с датчика перепада давления. Это дает два разных температурных коэффициента для передаточной функции датчиков, что ограничивает совместимость между двумя типами съемных модулей.
Существует необходимость усовершенствования компенсации паразитной емкости, которая улучшает совместимость между различными типами съемных модулей. Настоящее изобретение относится к схеме преобразователя управления технологическим процессом, которая компенсирует паразитную емкость, возникающую в емкостном дифференциальном датчике давления. Улучшен температурный коэффициент преобразователя, поскольку температурный коэффициент больше не зависит паразитной емкости датчика.
Изобретение обеспечивает улучшенную совместимость между различными типами постоянных и съемных модулей, благодаря обеспечению передаточной функции датчика, которая не зависит от температуры при изменении температуры датчика, независимо от типа используемого в преобразователе съемного модуля (цифрового или аналогового).
Дистанционный преобразователь управления технологическим процессом включает постоянный модуль и сменный модуль. Постоянный модуль включает емкостной датчик давления и средство компенсирования паразитной емкости. Сменный модуль вставляют в постоянный модуль и цепь носителя для соединения с двухпроводным токовым контуром. Ток, проходящий по токовому контуру, изменяется под действием давления, воспринимаемого емкостным дифференциальным датчиком давления.
Средство компенсирования паразитной емкости размещается непосредственно в постоянном модуле. Вместо полной линеаризации сигнала средство компенсирования паразитной емкости осуществляет частичную линеаризацию сигнала, поступающего из емкостного дифференциального датчика давления. Остальная линеаризация (которая состоит из компенсирования любой оставшейся нескомпенсированной паразитной емкости) осуществляется в съемном модуле. Температурный коэффициент системы непосредственно связан с нескомпенсированной паразитной емкостью. Изобретение снижает чувствительность передаточной функции давления к изменениям температуры путем уменьшения величины нескомпенсированной паразитной емкости.
На фиг. 1 изображена блок-схема системы связи с двухпроводным токовым контуром для передачи информации о давлении; на фиг. 2 - упрощенная принципиальная электрическая схема известного преобразователя системы связи с двухпроводным токовым контуром; на фиг. 3 - упрощенная принципиальная электрическая схема двухпроводного преобразователя согласно изобретению; на фиг. 4 - конденсатор (поперечный разрез), предназначенный для использования в настоящем изобретении.
На фиг. 1 показана блок-схема системы 10 связи с двухпроводным токовым контуром, которая включает дистанционный преобразователь 12, выполненный в соответствии с настоящим изобретением. Система 10 связи с двухпроводным контуром включает источник питания 16 и нагрузку 18. Преобразователь 12 подсоединен к токовому контуру посредством клемм 20 и 22.
Преобразователь 12 включает съемный модуль 26, постоянный модуль 28 и датчик перепада давления 30. В съемном модуле 26 находится источник питания 24, обеспечивающий напряжение V+ для питания схемы в съемном модуле 26. Обычно датчик перепада давления 30 является физической частью постоянного модуля 28. Съемный модуль 26, постоянный модуль 28 и датчик перепада давлений 30 заключены в корпус 31 преобразователя.
От источника питания 16 тока IL проходит по двухпроводной системе связи 10. Проходящий через нагрузку 18 ток создает на ее клеммах напряжение. Ток IL поступает в преобразователь 12 и в источнике питания 24 вырабатывается напряжение V+. От источника питания 24 напряжение подается на сменный модуль 26, постоянный модуль 28 и датчик перепада давления 30. Датчик перепада давления 30 представляет собой блок, состоящий из датчика давления на емкостной пластине, и используется для обнаружения давления при поведении промышленного процесса. Датчик перепада давления 30 преобразует полученное в результате измерения давления в емкость, величина которой представляет соотношение емкостей активных конденсаторов в датчике перепада давления 30. Постоянный модуль 28 подсоединен к датчику перепада давления 30. Постоянный модуль 28 содержит схему, связанную с работой датчика перепада давления 30.
Съемный модуль 26 подключен в преобразователе 12 к соединителям 32, 34 и 36. Съемный модуль 26 подсоединен к постоянному модулю 28. Съемный модуль 26 преобразует емкость датчика перепада давления 30 в величину тока IL, проходящего по двухпроводной системе связи 10. Дополнительный съемный модуль 26 компенсирует любую оставшуюся паразитную емкость. Этот модуль управляет током IL между минимальным уровнем и максимальным уровнем, например, между 4 и 20 мА. Съемный модель 26 можно регулировать так, чтобы минимальный сигнал давления от датчика перепада давлений 30 соответствовал току 4 мА, а максимальный сигнал давления - току 20 мА.
Обычно дистанционный преобразователь 12 разделен на две половины. Датчик давления 30 и постоянный модуль 28 находятся в одной половине, а съемный модуль 26 и другая схема находятся в другой половине. Это выполняется двумя схемами сравнения. В дистанционном преобразователе 12 желательно снижать рабочую температуру электроники. Поскольку датчик давления 30 обычно работает при высоких температурах, съемный модуль 26 физически отделен от датчика 30 и постоянного модуля 28. Некоторые электрические элементы желательно разместить близко к датчику перепада давлений 30. Поэтому постоянный модуль 28 размещают непосредственно возле датчика перепада давлений 30. Обычно датчик перепада давлений 30 подвергается физическим и тепловым ударам. Для увеличения долговечности блока датчика перепада давлений 30 и постоянный модуль 28 размещают в корпусе 31 и их нельзя изымать.
Постоянный модуль 28 (фиг. 1) и съемный модуль 26 включают электрическую схему регулирования паразитной емкости (описана ниже).
Для сравнения на фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема известного двухпроводного преобразователя 38. Известный преобразователь 38 включает постоянный модуль 40 и сменный модуль 42. Постоянный модуль включает датчик перепада давления 44, используемый для индикации давления в производственном процессе. Емкостный датчик перепада давлений 44 смонтирован в металлическом корпусе 45. Постоянный модуль 40 включает диоды 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 и 60. Конденсаторы 62 и 64 связывают сигналы от емкостного датчика перепада давления 44 с диодами 46-60. Постоянный модуль 40 включает также резисторы 66, 67 и 69 и термистор 68. Модуль 40 связан со съемным модулем 42 через соединители 70, 72 и 74, через которые на датчик 44 подается сигнал переменного тока. Диоды 46-60 действуют как двухполупериодный выпрямитель. На соединителе 74 имеется выходной сигнал, содержащий постоянную составляющую тока.
Съемный модуль 42 включает в себя источник питания 75, компенсационную схему 76 и схему управления и передачи 78. Последняя может содержать микропроцессор 79. Схема управления и передачи 78 связана с емкостным датчиком давления 44 через катушки индуктивности 80 и 82, и подсоединена к двухпроводному токовому контуру, по которому проходит ток IL. Конденсационная схема 76 компенсирует паразитную емкость, вызывающую ошибки при измерениях давления.
Для оценки настоящего изобретения необходимо понять связь между получаемым в результате измерения давлением и изменениями емкости емкостного датчика перепада давления 44. Емкостной датчик перепада давления 44 обеспечивает две емкости, связанные с давлением, CH и CL. Передаточные функции емкости емкостного датчика перепада давления 44 следующие:
,
,
где
Co - емкость в состоянии покоя чувствительного к давлению конденсатора (т.е. значение емкостного датчика перепада давления, к которому не приложено давление). Этот показатель изменяется с изменением температуры;
Cs - паразитная емкость, независимая от давления;
Co+Cs - емкость датчика при отсутствии приложенного давления;
K - постоянная упругости, нормализующая давление (постоянная упругости средней диафрагмы между CL и CH датчика);
P - приложенное давление.
где
Co - емкость в состоянии покоя чувствительного к давлению конденсатора (т.е. значение емкостного датчика перепада давления, к которому не приложено давление). Этот показатель изменяется с изменением температуры;
Cs - паразитная емкость, независимая от давления;
Co+Cs - емкость датчика при отсутствии приложенного давления;
K - постоянная упругости, нормализующая давление (постоянная упругости средней диафрагмы между CL и CH датчика);
P - приложенное давление.
Передаточная функция постоянного модуля 40, определяемая с помощью съемного модуля 42, имеет следующий вид:
.
Это уравнение предполагает, что между CH и CL существует симметрия. Это означает, что величина и температурные коэффициенты Co, Cs и K для стороны CH по существу такие же, как и величины и температурные коэффициенты Co, Cs и K для стороны CL датчика 44.
Уравнение 3 показывает, что в знаменателе остался член второго порядка, включающий давление. Этот член второго порядка с давлением обусловлен паразитной емкостью Cs. В известной схеме преобразователя 38 (фиг. 2) осуществляется попытка скомпенсировать эту паразитную емкость, используя два альтернативных способа. В одном способе "цифровом" линеаризация кривой передачи осуществляется программным обеспечением в микропроцессоре 79 в сочетании с линеаризирующей емкостью CДД.
В другом способе "аналоговом" с помощью компенсационной схемы 76 вводилась линеаризующая емкость МАCДА. MА изменяется от 0 до 1 и регулируется потенциометром.
При введении емкости MАCДА передаточная функция принимает следующий вид:
.
В идеальном случае MАCДА=Cs, и второй член в знаменателе аннулируется. Если это так, то члены с Co аннулируются и RА(P) становится независимым от температуры. Емкость Co зависит от диэлектрической проницаемости масла, используемого для заполнения датчика 44. Диэлектрическая проницаемость масла зависит от температуры. Поскольку емкость Cs различна в различных постоянных модулях, величина MАCДА=Cs разная для каждого сочетания аналогового съемного модуля 42 и постоянного модуля 40. Величина температурного влияния, обусловленного температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости масла, зависит от величины разности Cs - MАCДА в уравнении 4.
В "цифровой" модели съемного модуля 42 компенсационный конденсатор CДД устанавливают на постоянное номинальное значение. В этом типе модуля передаточную функцию можно линеаризировать при комнатной температуре, используя программное обеспечение, которое программируется микропроцессором 79, имеющимся в схеме передачи 78. Передаточная функция до линеаризации с помощью программного обеспечения в цифровой модели имеет следующий вид:
.
В общем разность (Cs-CДД) в уравнении 5 не будет точно такой, как разность (Cs-CДД) в уравнении 4. Таким образом влияние температурного коэффициента диэлектрической проницаемости масла на емкость Co оказывает различное воздействие на передаточные функции, представленные уравнениями 4 и 5. Разницу между аналоговым и цифровым типами съемного модуля 42 можно видеть на примере следующих двух уравнений, которые иллюстрируют как на передаточную функцию преобразователя давления влияет температура
,
.
Хотя некоторые другие члены также зависят от температуры, преобладающим членом, зависящим от температуры в уравнениях 6 и 7, является Co(T). При использовании для управления потенциометра член MАCДА уравнения 6 может по существу скомпенсировать член Cs при комнатной температуре. Это обеспечивает кривую давления с хорошей линейностью при комнатной температуре и дает возможность аннулировать член Co(T). Таким образом, влияние температурного коэффициента диэлектрической проницаемости масла на температурный коэффициент преобразователя будет минимальным.
С другой стороны, в уравнении 7 CДД(T) является постоянной величиной с полностью не компенсирует член Cs(T). Поскольку CДД(T) - величина постоянная, она не может осуществлять компенсирование всех значений Cs(T), которые могут встречаться во всех диапазонах и изменениях процесса в датчике перепада давления 44 или при смене съемных модулей 42. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости масла обеспечивает такой температурный коэффициент преобразователя, который связан с рассогласованием Cs и CДД.
Настоящее изобретение представляет модификацию постоянного модуля 40, который обеспечивает более высокую степень взаимозаменяемости между теми съемными модулями, которые дают функцию передачи давления в соответствии с уравнениями 4 и 6, и теми, которые имеют передаточную функцию, соответствующую уравнениям 5 и 7. Это улучшает совместимость между датчиком перепада давления 44 и существующими и будущими электронными съемными модулями 42 и улучшает температурную характеристику преобразователей, изготовленных с использованием различных типов датчиков перепада давления 44. Улучшение осуществляется примерно в два раза. В постоянный модуль 40 включена фиксированная схема компенсации емкости. Величину этой дополнительной компенсации выбирают так, что при калибровке аналогового съемного модуля MАCДА оказывается по существу равно CДД. Это выполняют путем включения в постоянный модуль компенсационного конденсатора CДМ.
На фиг. 3 представлена упрощенная электрическая принципиальная схема двухпроводного преобразователя 12, сделанного в соответствии с настоящим изобретением. Двухпроводный преобразователь 12 включает съемный модуль 26 и постоянный модуль 28. Постоянный модуль 28 содержит емкостный датчик перепада давления 30 и диоды 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 и 98. Датчик 30 смонтирован в металлическом корпусе 99. Конденсаторы 100 и 102 связывают емкостный датчик перепада давления 30 с диодами 84 - 98. Постоянный модуль 28 содержит резистор 104 и терморезистор 106. Постоянный модуль 28 включает также последовательные резисторы 108 и 110. Этот модуль 28 подсоединен к съемному модулю 26 через соединители 112, 114 и 116.
В соответствии с настоящим изобретением постоянный модуль 28 также включает схему емкостной компенсации 118. В схему емкостной компенсации 118 входят диоды 120 и 122 и компенсационной конденсатор 124, который имеет емкость CДМ.
Съемный модуль 26 включает схему управления и передачи 126, компенсационную схему 128 и катушки индуктивности 130 и 132. Схема управления и передачи 126 может включать микропроцессор 127 и связана с постоянным модулем 28 через катушки индуктивности 130 и 132. Схема управления и передачи 126 управляет током IL, проходящим по токовому контуру под действием давления, воспринимаемого емкостным датчиком перепада давления 30.
Постоянный модуль 28 включает схему емкостной компенсации 118, используемую для частичной компенсации паразитной емкости при измерениях давления. В соответствии с настоящим изобретением в постоянном модуле 28 обеспечена линеаризующая емкость CДМ (конденсатор 124).
Благодаря размещению модульной компенсационной схемы 118 в постоянном модуле 28, компенсационной схеме 128 или программно-реализованным алгоритмам, размещенным в микропроцессоре 127 съемного модуля 26, необходимо компенсировать лишь оставшуюся паразитную емкость. Это означает, что в качестве съемного модуля 26 можно использовать различные типы модулей, и все они обеспечивают линеаризованные преобразователи с температурой компенсацией.
Сохранение совместимости с более старыми модулями важно потому, что позволяет соединять более старые постоянные модули 40 с новыми съемными модулями 26, получая в то же время частичное улучшение системы с одинаковыми или лучшими характеристиками при разработке новой продукции. Сохраняется совместимость между новыми изделиями и старыми изделиями. В целях гарантирования совместимости более нового постоянного модуля 28 с теми типами съемных модулей 42, в которых используется компенсационная схема 76, нужно полностью скомпенсировать паразитную емкость Cs постоянного модуля 28 с помощью емкости CДМ - новая емкость. Это необходимо потому, что MА в уравнении 8 нельзя откалибровать точно до нуля. Обращаясь к вышеприведенному уравнению 6, отметим, что передаточная функция постоянного модуля 28, определяемая сменным модулем 26 в "аналоговой" системе имеет вид:
если (Cs(T) - CДМ(T)-MАCДА(T))=0,
где
CДМ - компенсационная емкость в модуле 28;
CДА - компенсационная емкость в съемном модуле 26;
MА - интервалы между числом, близким к 0 и 1, базирующиеся на потенциометре в компенсационной схеме 128.
если (Cs(T) - CДМ(T)-MАCДА(T))=0,
где
CДМ - компенсационная емкость в модуле 28;
CДА - компенсационная емкость в съемном модуле 26;
MА - интервалы между числом, близким к 0 и 1, базирующиеся на потенциометре в компенсационной схеме 128.
В случае съемного "цифрового" модуля 26 до программного обеспечения, основанного на емкостной компенсации, передаточная функция, включающая новую компенсационную емкость CДМ, имеет следующий вид:
,
если
(Cs(T)-CДМ(T)-CДД(T))=0
Емкость CДМ выбирают так, чтобы после регулирования MАСДА в уравнении 8 по существу равнялась CДД в уравнении 9. Поэтому KА(T) и KА(T) обнаруживают аналогичные температурные зависимости. Затем можно осуществлять температурную компенсацию постоянного модуля (элементы 104, 106, 108 и 110 на фиг. 3) для устранения температурной зависимости KА и KД, в результате получают зависимость сигнала от давления, но по существу независимость от температуры. Температурный коэффициент при этом по существу одинаковый, независимо от того, используют ли цифровой или аналогичный съемный модуль.
если
(Cs(T)-CДМ(T)-CДД(T))=0
Емкость CДМ выбирают так, чтобы после регулирования MАСДА в уравнении 8 по существу равнялась CДД в уравнении 9. Поэтому KА(T) и KА(T) обнаруживают аналогичные температурные зависимости. Затем можно осуществлять температурную компенсацию постоянного модуля (элементы 104, 106, 108 и 110 на фиг. 3) для устранения температурной зависимости KА и KД, в результате получают зависимость сигнала от давления, но по существу независимость от температуры. Температурный коэффициент при этом по существу одинаковый, независимо от того, используют ли цифровой или аналогичный съемный модуль.
В качестве модуля 26 используют два типа блоков. В "аналоговом" типе компенсационная схема 128 компенсирует любую оставшуюся паразитную емкость. В "цифровом" типе дискретный конденсатор CДД в компенсационной схеме 128 номинально компенсирует любую оставшуюся емкость. Программное обеспечение, прогоняемое в микропроцессоре 127, дальше линеаризует передаточную функцию. В обоих случаях паразитную емкость компенсируют объединенным воздействием конденсатора 124 и компенсационной схемы 128. Когда влияние изменения температуры непосредственно связано с величиной нескомпенсированной паразитной емкости, изменения остаточной паразитной емкости из-за температуры будут сравнительно малы. Изменения общей паразитной емкости из-за температуры будут близко следовать изменениям емкости конденсатора 124, представляющего физический конденсатор.
Величину емкости CДМ выбирают таким образом, чтобы при использовании постоянного модуля 28 с "аналоговым" съемным модулем 26 и точной калибровке величина MАCДА в уравнении 8 была по существу такой же, как величина CДД в уравнении 9. Это делает уравнение 8 по существу таким же, как уравнение 9, так что две схемы будут обнаруживать аналогичные температурные изменения при изменениях под влиянием колебания температуры диэлектрической проницаемости масла в датчике 30. В дополнение к обнаружению аналогичных температурных колебаний настоящее изобретение корректирует любое изменение, которое изменяет CH и CL в таком же соотношении.
В соответствии с настоящим изобретением емкость CДМ можно сделать такой, чтобы более эффективно отслеживать воздействие температуры на паразитную емкость. Этого можно добиться путем изготовления CДМ из того же материала, из которого сделан датчик 30, и разместив CДМ вблизи датчика 30.
На фиг. 4 показан пример конденсатора 134, который можно использовать в качестве конденсатора 124 в компенсационной схеме 118, показанной на фиг. 3, для создания члена CДМ(T). Конденсатор 134 включает плунжер 136, который проходит в металлический корпус 99. Плунжер 136 проходит в отверстие 140, заполненное таким же типом изолятора, который использован для конструирования изолирующих структур в корпусе 99. Провода 142 и 144 обеспечивают соединение с конденсатором 134. Емкость конденсатора 134 можно изменять посредством расположения плунжера 136 на различных глубинах в отверстии 140. Используя этот технический прием, можно выбирать требуемую емкость CДМ. В показанном на фиг. 4 варианте осуществления емкость CДМ(T) следует за изменением паразитной емкости, которая зависит от температуры.
В настоящем изобретении корпус преобразователя снабжен электроникой в постоянном модуле, которая включает соответствующим образом подобную компенсационную емкость и связанные с ней диоды. Съемный модуль включен так, чтобы заменяемую электронику можно было посещать в области, хорошо регулируемой с целью компенсирования остаточной паразитной емкости, связанной со сменами блоков. Альтернативно съемный модуль может включать постоянную емкость для номинальной компенсации остаточной паразитной емкости. Он может также включать цифровую схему, выполняющую алгоритм линеаризации. В настоящем изобретении паразитная емкость в постоянном модуле устанавливается так, что она номинально компенсируется стандартной постоянной емкостью в одном типе съемного модуля. Съемные модули, имеющие переменные компенсационные емкости, способны по существу компенсировать остаточную паразитную емкость в постоянных модулях. Это помогает обеспечить совместимость назад с более старыми моделями съемных модулей.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, но можно осуществлять изменения формы и деталей, не выходя при этом за рамки объема притязаний настоящего изобретения. Например, можно использовать разные типы схем емкостной компенсации и конструкций конденсаторов.
Claims (21)
1. Устройство для передачи сигналов перепада давления в системе связи с двухпроводным токовым контуром, содержащее корпус, емкостный дифференциальный датчик давления, смонтированный в корпусе, предназначенный для определения перепада давления и изменения в ответ электрической емкости, постоянный модуль, закрепленный в корпусе и связанный с емкостным дифференциальным датчиком давления, предназначенный для определения электрической емкости емкостного дифференциального датчика давления и обеспечения сигнала измерения, причем постоянный модуль имеет соединительные точки, на которые подается сигнал измерения, средство, закрепленное на постоянном модуле, для частичной компенсации паразитной емкости, связанной с сигналом измерения, и съемный модуль, закрепленный с возможностью перемещения в корпусе и приспособленный для электрического подсоединения к точкам соединения постоянного модуля и к двухпроводному токовому контуру, при этом съемный модуль включает средство управления током, проходящим по двухпроводному токовому контуру в ответ на сигнал измерения, и для получения энергии из двухпроводного токового контура.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что съемный модуль включает средство для остаточной компенсации остаточной паразитной емкости.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство для остаточной компенсации включает конденсатор, имеющий фиксированную величину емкости.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство для остаточной компенсации включает конденсатор переменной емкости.
5. Устройство по п.2, включающее цифровую цепь для линеаризации сигнала измерения.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для компенсирования включает конденсатор, выполненный из материала, аналогичного материалу, используемому для изготовления емкостного дифференциального датчика давления.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для компенсирования включает конденсатор, образованный плунжером, вводимым в металлический корпус, емкостного дифференциального датчика давления.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для компенсирования изменяет величину компенсации в зависимости от температуры, посредством чего управляемый ток по существу не подвергается влиянию изменений температуры.
9. Преобразователь для передачи сигналов перепада давления в системе связи с двухпроводным токовым контуром, включающий съемный модуль, подсоединенный к двухпроводному токовому контуру, включающий средство управления током, проходящим по двухпроводному токовому контуру при поступлении сигнала перепада давлений, при этом съемный модуль включает средство для компенсирования остаточной паразитной емкости, постоянный модуль, подсоединенный к съемному модулю, включающий емкостный датчик перепада давлений для определения перепада давления и изменения в ответ на него электрической емкости и соответственно сигнала перепада давления, и схему емкостной компенсации для объединения емкости компенсационного конденсатора СД М с сигналом перепада давления, который частично компенсирует паразитную емкость.
10. Преобразователь по п.9, отличающийся тем, что средство для компенсирования остаточной паразитной емкости включает микропроцессор.
11. Преобразователь по п.9, отличающийся тем, что средство для компенсирования включает конденсатор, имеющий фиксированную величину емкости.
12. Преобразователь по п.9, отличающийся тем, что средство для компенсирования включает переменный конденсатор.
13. Постоянный модуль, имеющий передаточную функцию давления в преобразователе, для передачи сигналов перепада давления в двухпроводном токовом контуре, при этом постоянный модуль включает емкостный датчик перепада давления для определения перепада давления и изменения в ответ емкости CL и емкости Сн; соединители, предназначенные для подсоединения к аналоговому съемному модулю и цифровому съемному модулю, при этом аналоговый съемный модуль имеет регулируемую компенсирующую емкость МАСД А, а цифровой съемный модуль имеет компенсирующую емкость СД Д, и схему емкостной компенсации, предназначенную для введения компенсационной емкости СД М в передаточную функцию постоянного модуля, посредством чего регулируемая компенсирующая емкость МАСД А и компенсирующая емкость СД Д по существу одинаковы.
14. Модуль по п. 13, отличающийся тем, что компенсирующая емкость СД М изменяется с изменением температуры заранее установленным образом.
15. Способ компенсирования паразитной емкости в преобразователе с двухпроводным токовым контуром, имеющим постоянный модуль, который включает емкостный дифференциальный датчик давления, предназначенный для изменения емкости CL и емкости СH под действием давления, при этом постоянный модуль, приспособленный для соединения с аналоговым съемным модулем, имеет следующую передаточную функцию давления:
а приспособленный для соединения с цифровым съемным модулем, имеет следующую передаточную функцию
при этом способ заключается в том, что обеспечивают схему компенсации емкости в постоянном модуле, имеющем компенсационную емкость СД М, и выбирают СД М, благодаря чему МАСД А по существу равна СД Д при калибровке аналогового съемного модуля и цифрового съемного модуля.
а приспособленный для соединения с цифровым съемным модулем, имеет следующую передаточную функцию
при этом способ заключается в том, что обеспечивают схему компенсации емкости в постоянном модуле, имеющем компенсационную емкость СД М, и выбирают СД М, благодаря чему МАСД А по существу равна СД Д при калибровке аналогового съемного модуля и цифрового съемного модуля.
16. Способ компенсирования паразитной емкости в преобразователе в системе связи с двухпроводным токовым контуром, в котором преобразователь измеряет давление с помощью емкостного дифференциального датчика давления и управляет в ответ током, проходящим по двухпроводному токовому контуру, и включает постоянный модуль и съемный модуль, причем способ заключается в том, что принимают сигнал измерения от емкостного дифференциального датчика давления в постоянном модуле, частично компенсируют паразитную емкость, связанную с емкостным дифференциальным датчиком давления, посредством схемы, имеющейся в постоянном модуле, обеспечивают выходной сигнал постоянного модуля, принимают выходной сигнал постоянного модуля съемным модулем, компенсируют остаточную паразитную емкость схемой, имеющейся в съемном модуле, и изменяют ток, проходящий по двухпроводному токовому контуру при изменении сигнала измерения.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что компенсируют остаточную паразитную емкость путем введения переменной емкости.
18. Способ по п.16, отличающийся тем, что осуществляют линеаризацию сигнала измерения с помощью схемы, находящейся в съемном модуле.
19. Способ по п.16, отличающийся тем, что компенсируют остаточную паразитную емкость путем введения емкости, имеющей фиксированную величину.
20. Способ изменения емкости во время изготовления, включающий расположение электрода в полости, которая заполнена диэлектрическим материалом, и изменение положения электрода в полости для получения требуемой величины емкости.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что изменяют размер электрода для получения требуемой величины емкости.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/775,311 US5237285A (en) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | Method and apparatus for capacitance temperature compensation and manufacturability in a dual plate capacitive pressure transmitter |
| US775.311 | 1991-10-18 | ||
| US775,311 | 1991-10-18 | ||
| PCT/US1992/008733 WO1993008479A1 (en) | 1991-10-18 | 1992-10-13 | Method and apparatus for capacitance temperature compensation and manufacturability in a dual plate capacitive pressure transmitter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94026263A RU94026263A (ru) | 1995-12-20 |
| RU2108556C1 true RU2108556C1 (ru) | 1998-04-10 |
Family
ID=25104014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94026263A RU2108556C1 (ru) | 1991-10-18 | 1992-10-13 | Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5237285A (ru) |
| EP (1) | EP0608355B1 (ru) |
| JP (1) | JP3233404B2 (ru) |
| KR (1) | KR100196808B1 (ru) |
| AU (1) | AU662934B2 (ru) |
| BR (1) | BR9206643A (ru) |
| CA (1) | CA2119437A1 (ru) |
| DE (1) | DE69229871D1 (ru) |
| EG (1) | EG20331A (ru) |
| FI (1) | FI941751A (ru) |
| HK (1) | HK1009985A1 (ru) |
| HU (1) | HU216666B (ru) |
| IL (1) | IL103209A (ru) |
| MX (1) | MX9205753A (ru) |
| MY (1) | MY108023A (ru) |
| NO (1) | NO941362L (ru) |
| RU (1) | RU2108556C1 (ru) |
| SG (1) | SG49261A1 (ru) |
| TW (1) | TW287284B (ru) |
| WO (1) | WO1993008479A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA927996B (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208475U1 (ru) * | 2021-09-22 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Емкостный датчик давления |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5540086A (en) * | 1994-08-30 | 1996-07-30 | Kavlico Corporation | Oil deterioration sensor |
| US5824889A (en) * | 1997-03-06 | 1998-10-20 | Kavlico Corporation | Capacitive oil deterioration and contamination sensor |
| US5942692A (en) * | 1997-04-10 | 1999-08-24 | Mks Instruments, Inc. | Capacitive pressure sensing method and apparatus avoiding interelectrode capacitance by driving with in-phase excitation signals |
| US5929754A (en) * | 1997-12-03 | 1999-07-27 | Kavlico Corporation | High-sensitivity capacitive oil deterioration and level sensor |
| US6035694A (en) * | 1999-03-12 | 2000-03-14 | I/O Of Austin, Inc. | Method and apparatus for calibration of stray capacitance mismatch in a closed loop electro-mechanical accelerometer |
| US6813954B2 (en) * | 2001-05-25 | 2004-11-09 | Panametrics, Inc. | High sensitivity pressure sensor with long term stability |
| US20090015269A1 (en) * | 2007-07-13 | 2009-01-15 | Pinto Gino A | Stray Capacitance Compensation for a Capacitive Sensor |
| JP5136593B2 (ja) * | 2010-05-21 | 2013-02-06 | 横河電機株式会社 | 分析装置 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3516132A (en) * | 1968-04-08 | 1970-06-23 | Gen Electric | Process for producing cryogenic capacitors |
| US3519923A (en) * | 1968-04-16 | 1970-07-07 | United Aircraft Corp | Capacitive transducer system independent of stray capacitance |
| US3949280A (en) * | 1975-02-18 | 1976-04-06 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Miniature variable capacitor and method of manufacture |
| US4145619A (en) * | 1976-12-03 | 1979-03-20 | Robertshaw Controls Company | Two wire capacitance transmitter |
| GB2048488B (en) * | 1979-04-26 | 1983-04-27 | Rosemount Eng Co Ltd | Differential pressure sensing apparatus |
| US4370890A (en) * | 1980-10-06 | 1983-02-01 | Rosemount Inc. | Capacitive pressure transducer with isolated sensing diaphragm |
| US4403297A (en) * | 1981-01-02 | 1983-09-06 | Loveland Controls Company | Process control system prover |
| US4392382A (en) * | 1981-03-09 | 1983-07-12 | Motorola Inc. | Linearized electronic capacitive pressure transducer |
| US4386312A (en) * | 1981-04-24 | 1983-05-31 | Setra Systems, Inc. | Linear capacitive sensor system |
| US4626773A (en) * | 1984-10-26 | 1986-12-02 | Exxon Production Research Co. | Method and means for determining rock properties using time-domain dielectric spectroscopy |
| US4763063A (en) * | 1985-07-26 | 1988-08-09 | Allied-Signal Inc. | Compact digital pressure sensor circuitry |
| US4780662A (en) * | 1987-03-16 | 1988-10-25 | Westinghouse Electric Corp. | Determining eccentricity of insulated wire |
| US4816744A (en) * | 1987-05-18 | 1989-03-28 | Laser Metric Systems, Inc. | Method and device for measuring inside diameters using a laser interferometer and capacitance measurements |
| US4961055A (en) * | 1989-01-04 | 1990-10-02 | Vickers, Incorporated | Linear capacitance displacement transducer |
| GB2229004B (en) * | 1989-03-07 | 1993-09-29 | Rolls Royce Plc | Improvements in or relating to gas turbine engine tip clearance sensors |
| US5136250A (en) * | 1989-04-28 | 1992-08-04 | Seagate Technology, Inc. | Capacitance height gauge |
| US5065611A (en) * | 1989-08-15 | 1991-11-19 | The Foxboro Company | System for calibrating the span of pressure measuring instruments |
| US5070302A (en) * | 1989-09-05 | 1991-12-03 | Eastman Kodak Company | Capacitance probe for measuring a width of a clearance between parts |
| DE3933512A1 (de) * | 1989-10-06 | 1991-04-18 | Endress Hauser Gmbh Co | Differenzdruckmessgeraet |
| US5163326A (en) * | 1991-03-08 | 1992-11-17 | Rosemount Inc. | Line pressure compensator for a pressure transducer |
| US5187985A (en) * | 1991-09-19 | 1993-02-23 | Honeywell Inc. | Amplified pressure transducer |
-
1991
- 1991-10-18 US US07/775,311 patent/US5237285A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-02 TW TW080108619A patent/TW287284B/zh active
-
1992
- 1992-09-17 IL IL10320992A patent/IL103209A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-10-07 MX MX9205753A patent/MX9205753A/es not_active IP Right Cessation
- 1992-10-13 JP JP50776493A patent/JP3233404B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-13 HU HU9401103A patent/HU216666B/hu not_active IP Right Cessation
- 1992-10-13 AU AU27935/92A patent/AU662934B2/en not_active Ceased
- 1992-10-13 KR KR1019940701227A patent/KR100196808B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1992-10-13 CA CA002119437A patent/CA2119437A1/en not_active Abandoned
- 1992-10-13 RU RU94026263A patent/RU2108556C1/ru active
- 1992-10-13 EG EG61892A patent/EG20331A/xx active
- 1992-10-13 SG SG1996008507A patent/SG49261A1/en unknown
- 1992-10-13 WO PCT/US1992/008733 patent/WO1993008479A1/en active IP Right Grant
- 1992-10-13 BR BR9206643A patent/BR9206643A/pt not_active IP Right Cessation
- 1992-10-13 DE DE69229871T patent/DE69229871D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-13 EP EP92922499A patent/EP0608355B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-14 MY MYPI92001849A patent/MY108023A/en unknown
- 1992-10-16 ZA ZA927996A patent/ZA927996B/xx unknown
-
1993
- 1993-03-17 US US08/032,637 patent/US5281922A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-04-15 FI FI941751A patent/FI941751A/fi unknown
- 1994-04-15 NO NO941362A patent/NO941362L/no not_active Application Discontinuation
-
1998
- 1998-09-03 HK HK98110389A patent/HK1009985A1/xx not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US, а, 4863063, Shkedi, 09.08.88. US, А, 4398194, Johnston, 09.08.83. US, А, 4392382, Syers, 12.07.83. US, А, 4386312, Briefer, 31.05.83. US, А, 3519923, Martin, 07.07.70. US, А, 4780662, Bennett et al., 25.10.88. US, А, 3949280, Odagiri et al., 06.04.76. US, А, 3516132, Mathem, 23.06.70. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208475U1 (ru) * | 2021-09-22 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Емкостный датчик давления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL103209A (en) | 1994-04-12 |
| MX9205753A (es) | 1993-04-01 |
| US5281922A (en) | 1994-01-25 |
| WO1993008479A1 (en) | 1993-04-29 |
| TW287284B (ru) | 1996-10-01 |
| US5237285A (en) | 1993-08-17 |
| EG20331A (en) | 1998-10-31 |
| SG49261A1 (en) | 1998-05-18 |
| JP3233404B2 (ja) | 2001-11-26 |
| HU9401103D0 (en) | 1994-08-29 |
| CA2119437A1 (en) | 1993-04-29 |
| HK1009985A1 (en) | 1999-06-11 |
| EP0608355A1 (en) | 1994-08-03 |
| HUT68107A (en) | 1995-05-29 |
| MY108023A (en) | 1996-07-30 |
| KR100196808B1 (ko) | 1999-06-15 |
| BR9206643A (pt) | 1995-04-04 |
| JPH07500188A (ja) | 1995-01-05 |
| AU662934B2 (en) | 1995-09-21 |
| NO941362L (no) | 1994-06-08 |
| EP0608355B1 (en) | 1999-08-25 |
| IL103209A0 (en) | 1993-02-21 |
| ZA927996B (en) | 1994-04-18 |
| HU216666B (hu) | 1999-08-30 |
| EP0608355A4 (en) | 1996-04-10 |
| FI941751A0 (fi) | 1994-04-15 |
| NO941362D0 (no) | 1994-04-15 |
| DE69229871D1 (de) | 1999-09-30 |
| FI941751A (fi) | 1994-04-15 |
| AU2793592A (en) | 1993-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2138781C1 (ru) | Датчик с улучшенной компенсацией | |
| JP4898984B2 (ja) | センサのドリフトを修正する装置及び方法 | |
| US4210024A (en) | Temperature measurement apparatus | |
| KR100280900B1 (ko) | 계량 장치 | |
| US4798093A (en) | Apparatus for sensor compensation | |
| AU707544B2 (en) | Pressure transmitter with remote seal diaphragm and correction circuit therefor | |
| EP0803054B1 (en) | A temperature compensation method in pressure sensors | |
| US5241850A (en) | Sensor with programmable temperature compensation | |
| EP0649010A2 (en) | Method for measuring pressure differences and device for converting displacements | |
| RU2108556C1 (ru) | Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации | |
| US20070295095A1 (en) | Apparatus for providing an output proportional to pressure divided by temperature (P/T) | |
| GB2192992A (en) | Force measuring device | |
| JP2005535900A (ja) | 増幅器フィードバック経路に容量性圧力センサを備えた圧力測定装置 | |
| RU2571445C2 (ru) | Способ коррекции измерения напряжения на контактах датчика | |
| CN110940449B (zh) | 远程密封隔膜系统 | |
| EP0414667B1 (en) | Transmitter with an improved span adjustment | |
| CN116067537A (zh) | 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 | |
| RU2082129C1 (ru) | Преобразователь давления в электрический сигнал | |
| RU2247325C2 (ru) | Способ температурной корректировки передающей функции датчика физической величины | |
| CN114166385B (zh) | 变送器电路装置、压力变送器及其应用和压力仪表 | |
| CN219870066U (zh) | 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 | |
| US4001669A (en) | Compensating bridge circuit | |
| JPH0814521B2 (ja) | 半導体圧力センサの温度補償方法 | |
| CN116295969A (zh) | 压阻式传感器感测电路、医用导管及医疗监测系统 | |
| Dossel | Principles of sensor error correction |