專利名稱：用于測量工藝流體的壓力的壓力變送器以及相關(guān)方法
用于測量工藝流體的壓力的壓力變送器以及相關(guān)方法本發(fā)明涉及一種用來在工業(yè)過程中監(jiān)視物理變量的類型的壓力變送器，特別涉及用于對工藝流體的壓力進行測量的類型的壓力變送器。眾所周知，壓力變送器是廣泛用在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中以檢測/測量監(jiān)視的工藝流體的壓力的設(shè)備，該壓力變送器可以進行差動或絕對壓力測量，因此根據(jù)不同的布局和模型來制造；最常見的壓力變送器是表示為計壓力變送器、或絕對壓力變送器、或差動壓力變送器的壓力變送器。在許多應(yīng)用中，使用壓力變送器是特別有利的，這是因為從對相對壓力、差動壓力或絕對壓力的一次或更多次測量可以間接獲得表示受控流體的其它物理變量的值，這些值較難于直接檢測到。根據(jù)一般的實施例，公知類型的壓力變送器目前包括主中空本體，該主中空本體有時表示為模塊容置本體或傳感器容置本體，該主中空本體適于成形為容置實施轉(zhuǎn)換 (transduction)的部件。具體地，該主本體包括容置壓力傳感器的測量室；用于對從壓力傳感器到來的信號進行處理的合適的初級電氣/電子電路也可以容置在該主中空本體中。壓力傳感器可以根據(jù)各種技術(shù)來實現(xiàn)，例如，有電感式傳感器、壓阻式傳感器、電容式傳感器等。變送器本體耦接到傳感器容置本體并包括另外的構(gòu)件例如，用于本地顯示測量的值的顯示器，用于處理從壓力傳感器到達的信號并用于與其它變送器或遠程控制單元進行通信的次級電子電路等。為了進行所需要的感測和測量操作并防止傳感器元件的損壞，壓力變送器包括必須以與工藝流體相接觸的方式放置的另外的部件或本體；為此，該附加部件設(shè)置有更多個隔離膜中的一個，該隔離膜與壓力傳感器流體連通并適于將工藝流體與變送器內(nèi)部的電路分離。隔離膜中的至少一個隔離膜定位在該附加部件上以使外表面直接暴露于監(jiān)視下的工藝流體。在現(xiàn)有技術(shù)中，盡管公知類型的壓力變送器足以執(zhí)行壓力變送器所需要完成的任務(wù)，但仍期望進一步的改進，特別是在測量的準確度、對工藝流體的動態(tài)的自適應(yīng)能力以及在壓力變送器本身或其部件錯誤操作情況下的診斷方面。本發(fā)明的主要目的是提供這樣的改進；因此，提供了一種壓力變送器，其特征在于，該壓力變送器包括壓力傳感器組件，該壓力傳感器組件包括膜，該膜在由流體施加在其上的壓力下可位移；第一電路，該第一電路適于以輸出的方式生成頻率取決于膜的位移的第一振蕩信號；第二電路，該第二電路適于在輸出中生成頻率取決于膜的位移的第二振蕩信號，該第一電路和該第二電路相對于膜定位在相對的側(cè)；第一電子裝置，該第一電子裝置用于計算第一數(shù)值和第二數(shù)值，該第一數(shù)值和第二數(shù)值分別代表第一振蕩信號和第二振蕩信號的振蕩頻率；第二電子裝置，該第二電子裝置基于計算的第一數(shù)值和計算的第二數(shù)值生成表示由流體施加在膜上的壓力的信號。
本發(fā)明還提供一種用于對流體施加在壓力變送器的膜上的壓力進行計算的方法， 其中，膜在工藝流體本身的作用下可位移。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，所述方法包括以下步驟生成頻率取決于膜的位移的第一振蕩信號和第二振蕩信號；計算第一數(shù)值和第二數(shù)值，該第一數(shù)值和該第二數(shù)值分別代表第一振蕩信號和第二振蕩信號的振蕩頻率；基于計算的第一數(shù)值和第二數(shù)值生成表示由流體施加在膜上的壓力的信號。在以下描述中，將通過具體參考電感式傳感器的使用來描述根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器，但并不意欲以任何方式來限制其以不同類型傳感器的可能應(yīng)用，例如，壓阻式傳感器、電容式傳感器等。通過對根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器的經(jīng)由非限制性示例在附圖中示出的優(yōu)選的但非排他性的實施例的描述，本發(fā)明的另外的特性和優(yōu)點將更明顯，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的具有電感式傳感器的壓力變送器的部分圖；圖2是圖1中所示的電感式傳感器的示意圖；圖3示出了圖2的電感式傳感器的兩個振蕩電路的等效電路；圖4是在圖1的壓力變送器中使用的第一電子裝置和第二電子裝置的框圖；圖5示出了由振蕩電路以輸出的方式生成的電信號、生成的脈沖寬度信號以及第一電子裝置的時鐘信號；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的用于對由流體施加在壓力變送器的膜上的壓力進行計算的方法的框圖。在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的總體上用附圖標記1表示的壓力變送器的示例性實施例。例如，壓力變送器1包括具有用于容置壓力傳感器10的中空主本體2的壓力傳感器組件；適當?shù)剡B接至傳感器組件且具體地連接至中空本體2的變送器本體3。變送器本體3容置適合的電子裝置，該電子裝置經(jīng)由例如為電纜的連接元件8接收來自壓力傳感器10的輸入信號。電子裝置包括第一電子裝置20和第二電子裝置40，第一電子裝置20和第二電子裝置40用于輸出由壓力變送器1本身監(jiān)視的工藝流體的壓力的測量值。在示出的示例中，壓力變送器1進一步包括支承本體4和接口本體5，支承本體4 連接至中空本體2以支承中空本體2，接口本體5連接至支承本體4。至少第一隔離膜6定位到接口本體5上以使其外表面適于與必須測量其壓力的工藝流體接口。隔離膜6通過填充有流體9的液壓回路7與壓力傳感器10且具體地與傳感器10 的可位移膜11流體連通，流體9優(yōu)選地是例如硅油的不可壓縮流體9。由工藝流體施加在隔離膜6上的壓力通過不可壓縮流體9被(理想地)不改變地轉(zhuǎn)移至壓力傳感器10，使得壓力傳感器10的各種構(gòu)件可以與會損壞它們的工藝流體間隔開。壓力變送器1的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的，因此在本文中將不對其進行更詳細的描述。在示出的示例性實施例中，壓力變送器1包括第二隔離膜6，該第二隔離膜6定位在接口本體5上并通過另一液壓回路7也與隔離膜11流體連通；該液壓回路7也填充有不可壓縮流體9。如圖1所示，第一和第二隔離膜6相對于參考縱向軸線50彼此相對地固定到接口本體5上并基本上與軸線50自身平行地延伸。
壓力傳感器10的膜11在由兩個液壓回路7內(nèi)部的不可壓縮流體9的壓力施加在膜11上(在膜11的兩側(cè)上)的壓力下可位移，每個液壓回路7與對應(yīng)的隔離膜6連通。如前所述，由不可壓縮流體9施加的壓力與由被測量的工藝流體施加在隔離膜6 上的壓力具有基本上相同的值。以這種方式，膜11的位移取決于由不可壓縮流體9施加的壓力的值，該值又對應(yīng)于必須測量其壓力的工藝流體的值。不可壓縮流體9將第一壓力P1 施加在膜11的第一表面43上并將第二壓力P2施加在與第一表面43相對的第二表面44 上。第一電路12和第二電路13相對于膜11定位在相對的側(cè)，且分別適于在輸出中生成第一振蕩信號14和第二振蕩信號15，第一振蕩信號14的頻率和第二振蕩信號15的頻率取決于膜11的位移，從而取決于由不可壓縮流體9施加在膜11的表面43、44上的第一壓力P1和第二壓力P2。具體地，第一電路12和第二電路13優(yōu)選地包括具有值根據(jù)膜11的位移而變化的參數(shù)的電路元件，其中，振蕩信號的頻率取決于所述參數(shù)的值。與第一電路12和第二電路13相似的其他電路對可以放置在相對于膜11的相對的側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的壓力變送器1的電子裝置包括第一電子裝置20，第一電子裝置20在輸入中接收第一振蕩信號14和第二振蕩信號15并計算分別表示第一振蕩信號14和第二振蕩信號15的振蕩頻率的第一數(shù)值N1和第二數(shù)值N2。第一電子裝置20可以包括如圖4所示的FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)或適于對表示振蕩頻率的數(shù)值進行計算的其它可編程電子設(shè)備。在圖2中示意地示出了電感型壓力傳感器10，該電感型壓力傳感器10包括定位在相對于膜11的相對側(cè)的第一電感器16和第二電感器17 ；電感器16、17可以相對于膜11 如圖2所示等距離定位或不等距離定位。膜11例如由金屬材料制成，并且第一電感器16和第二電感器17包括繞著由例如鐵氧體元素的磁性材料制成的芯19纏繞的適合的線圈18。第一磁板47和第二磁板48分別固定到膜11的第一表面43和第二表面44上，以具有第一磁路和第二磁路，第一磁路具有由第一電感器16和第一板47設(shè)置的電感值L1,第二磁路具有由第二電感器17和第二板 48設(shè)置的電感值L2。如圖所示，兩個板47、48在膜11上被放置在兩個電感器16、17的前面，并且兩個板47、48通過第一和第二磁路的氣隙與兩個電感器16、17間隔開。兩個磁板47、48由磁性材料構(gòu)成，例如，可以是與第一電感器16和第二電感器17 的芯19的磁性材料相同的鐵氧體元素、或不同的磁性材料。不可壓縮流體9對表面43、44的壓力導致的膜11的位移引起第一磁板47和第二磁板48的移動，因此這改變了第一磁路和第二磁路的氣隙，從而引起第一磁路和第二磁路的電感值Lp L2的變化一個電感值增加第一特定量而另一個電感值減少第二特定量。如果電感器16、17相對于膜11等距離放置，則上述兩個量基本上相同。分別具有電容值C1和C2的第一電容器45和第二電容器46分別以與第一電感器 16和第二電感器17電并聯(lián)的方式來放置，從而產(chǎn)生圖3中所示的第一 LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13。膜11的剛度決定電感式傳感器10的URL(Upper range limit，范圍上限)。
根據(jù)兩個LC振蕩電路12、13的優(yōu)選實施例，設(shè)計第一電感器16和第二電感器17 以及第一磁板47和第二磁板48以使其具有基本上相同的電感值Lp L2，此外，設(shè)計第一電容器45和第二電容器46以使其具有基本上相同的電容值Ci、C2?？商娲兀梢栽O(shè)計第一電感器16和第二電感器17以及第一磁板47和第二磁板48以使其具有不同的電感值Lp L2,此外，可以設(shè)計第一電容器45和第二電容器46以使其具有不同的電容值C1、C2。當?shù)谝?LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13分別被第一預定脈沖串和第二預定脈沖串激發(fā)、從而在輸出中生成第一振蕩信號14和第二振蕩信號15時，壓力測量開始；第一脈沖串和第二脈沖串由第一電子裝置20所驅(qū)動的兩個不同的RC網(wǎng)絡(luò)21J4并行地生成，且優(yōu)選地基本上同時并行地應(yīng)用于第一 LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13。設(shè)置每個脈沖的時間寬度以使其足夠短以不干擾測量，例如，時間寬度可以等于振蕩信號14、15 的振蕩周期的四分之一。有利地，第一電子裝置20可以包括用于檢查第一振蕩信號14和第二振蕩信號15 的輸入的存在的內(nèi)部看門狗模塊如果沒有生成兩個振蕩信號，則第一電子裝置20發(fā)送重置信號以閉合分別與第一 LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13相關(guān)聯(lián)的第一放電開關(guān)和第二放電開關(guān)。當通過重置信號閉合兩個放電開關(guān)時，第一 LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13放電并重新開始在輸出中生成第一振蕩信號14和第二振蕩信號15。當?shù)谝?LC振蕩電路12被第一脈沖串中的第一脈沖激發(fā)時，第一 LC振蕩電路12 在輸出中生成第一振蕩信號14，如圖5所示，該振蕩信號呈現(xiàn)幅度隨著時間的增加而減小的振蕩；第一振蕩信號14具有根據(jù)以下關(guān)系式是第一電感值L1的函數(shù)的振蕩周期T。s。Tosc=2H如前所述，第一電感值L1根據(jù)膜11的位移變化特定量，而電容值C1保持不變，使得第一振蕩信號14的頻率是由不可壓縮流體9施加的壓力(對應(yīng)于必須被測量的工藝流體的壓力)的函數(shù)。第一振蕩信號14被平正化(square off)以被發(fā)送至第一電子裝置 20，第一電子裝置20開始使用例如第一比較器對信號的振蕩數(shù)進行計數(shù)。當計數(shù)了預定的振蕩次數(shù)Xn時，第一電子裝置20命令第一 RC網(wǎng)絡(luò)21生成第一脈沖串的第二激發(fā)脈沖。由第一 LC振蕩電路12以輸出的方式生成后續(xù)再生的新的第一振蕩信號14，如圖5所示，且第一電子裝置20對該信號進行與針對由第一激發(fā)脈沖生成的前述第一振蕩信號14所述的操作相同的操作。在測量結(jié)束時，第一脈沖串由預定數(shù)In個激發(fā)脈沖構(gòu)成。使用第一 LC振蕩電路12進行的測量的持續(xù)時間T1可以通過將第一振蕩信號14的振蕩周期T。s。與等于 (Xn) · (In)的常數(shù)值相乘來計算，使得該持續(xù)時間T1是第一電感值L1的函數(shù)并表示膜11 的位移。例如，可以設(shè)置數(shù)Xn等于16，同時可以設(shè)置數(shù)In等于20或70，從而分別導致大約 IOms和30ms的測量的持續(xù)時間T1。由第一脈沖串生成的連續(xù)第一振蕩信號14串被第一電子裝置20轉(zhuǎn)換為具有持續(xù)時間T1的第一信號22，該持續(xù)時間T1對應(yīng)于測量的持續(xù)時間1\。優(yōu)選地，如圖5所示，第一電子裝置20中的第二比較器以輸入的方式接收連續(xù)第一振蕩信號14并以輸出的方式生成第一脈沖寬度信號22 ；信號22的寬度對應(yīng)于測量的持續(xù)時間T1并取決于第一 LC振蕩電路12的振蕩頻率。生成具有持續(xù)時間T1的第一信號22的上述內(nèi)容同樣地適用于生成具有持續(xù)時間 T2的第二信號23，持續(xù)時間T2表示第二 LC振蕩電路13的振蕩頻率由第二 RC網(wǎng)絡(luò)M生成的第二脈沖串具有預定數(shù)In個激發(fā)脈沖并激發(fā)第二 LC振蕩電路13，第二 LC振蕩電路13 在輸出中生成對應(yīng)的連續(xù)第二振蕩信號15串，每個第二振蕩信號15都呈現(xiàn)在第一電子裝置20中例如由第三比較器計數(shù)的預定數(shù)XnA振蕩。使用第二 LC振蕩電路13進行的測量的持續(xù)時間T2可以通過將第二振蕩信號15 的振蕩周期T。s。和常數(shù)值(Xn) · (In)相乘來計算，使得持續(xù)時間T2是第二電感值L2的函數(shù)并表示膜11的位移。優(yōu)選地，第一電子裝置20中的第四比較器將連續(xù)第二振蕩信號15串轉(zhuǎn)換為第二脈沖寬度信號23，第二脈沖寬度信號23的寬度對應(yīng)于測量的持續(xù)時間T2并取決于第二 LC振蕩電路13的振蕩頻率。如前所述，由第一 RC網(wǎng)絡(luò)21和第二 RC網(wǎng)絡(luò)M生成的激發(fā)脈沖并行且基本上同時地激發(fā)第一 LC振蕩電路12和第二 LC振蕩電路13 ；以輸出的方式生成的第一振蕩信號14和第二振蕩信號15在第一電子裝置20中被并行處理，使得第一脈沖寬度信號22的上升沿25和第二脈沖寬度信號23的上升沿沈同時出現(xiàn)。優(yōu)選地，如圖5所示，在上升沿25 J6處第一電子裝置20的第一計數(shù)器和第二計數(shù)器開始對時鐘信號27的脈沖進行計數(shù)；在第一脈沖寬度信號22的下降沿觀處第一計數(shù)器停止而在第二脈沖寬度信號23的下降沿四處第二計數(shù)器停止。因此，兩個計數(shù)器計算表示第一 LC振蕩電路12的振蕩頻率的第一數(shù)值和表示第二 LC振蕩電路13的振蕩頻率的第二數(shù)值。如此進行模擬信號的頻率的數(shù)字轉(zhuǎn)換，而不使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在兩個脈沖寬度信號22、23的最慢的脈沖寬度信號的下降沿觀、四處結(jié)束數(shù)字轉(zhuǎn)換，并例如通過放電開關(guān)使兩個LC振蕩電路放電，使得壓力變送器1準備好基于由第一電路12和第二電路13在輸出中生成的新振蕩信號14、15的新的后續(xù)測量。通過使用兩個不同的計數(shù)器來計算表示振蕩頻率的數(shù)值，在第一電子裝置20內(nèi)并行地、完全地進行基于第一振蕩信號14和第二振蕩信號15的兩個測量，使得基本上同時計算第一數(shù)值和第二數(shù)值。優(yōu)選地，振蕩電路30向第一電子裝置20提供在計算數(shù)值中使用的精確且穩(wěn)定的時鐘信號27 ；時鐘頻率的例子可以為14MHz。用于計算表示振蕩信號14、15的頻率的數(shù)值的所述內(nèi)容(其中頻率取決于由流體施加的壓力)也可適用于具有壓阻式傳感器或電容式傳感器的壓力變送器1。例如，在具有電容式傳感器的變送器ι的實施例中，膜11可以由陶瓷材料制成，且其在不可壓縮流體9 的壓力下的位移引起相對于膜11放置在相對側(cè)的第一電容器和第二電容器的電容值的變化。第一電容器和第二電容器分別被包括在適于生成第一振蕩信號和第二振蕩信號的第一電路和第二電路中。為了簡單起見僅考慮第一電路，第一電容器可以電連接至比較器的第一輸入節(jié)點，第一輸入節(jié)點的電壓通過由于膜11的位移產(chǎn)生的電容值的變化來調(diào)制。在比較器的第二輸入節(jié)點處提供其參數(shù)不隨時間變化的鋸齒狀信號。從比較器輸出的信號是具有取決于膜11的位移的頻率的脈沖寬度信號。脈沖寬度信號被發(fā)送給壓力變送器1的第一電子裝置，且計數(shù)器對振蕩信號的時間寬度內(nèi)的時鐘脈沖進行計數(shù)。如果壓力變送器1使用壓阻式傳感器，則比較器的第一輸入節(jié)點連接至例如惠斯登電橋(Wheatstone bridge)的電路的輸出端，該電路包括壓阻式傳感器。由例如硅制成的壓阻式傳感器在不可壓縮流體9的壓力下變化其電阻，以調(diào)制電路的輸出和比較器的第一輸入的電壓。在比較器的第二節(jié)點處提供其參數(shù)不隨時間變化的鋸齒狀信號以輸出具有取決于不可壓縮流體壓力的頻率的脈沖寬度信號。脈沖寬度信號通過第一電子裝置來計算。
無論使用什么類型的傳感器，由第一電子裝置20計算出的第一數(shù)值和第二數(shù)值被發(fā)送至第二電子裝置40，第二電子裝置40與適于存儲計算的數(shù)值的存儲裝置41進行通信或包括該存儲裝置41。優(yōu)選地，第二電子裝置40包括微處理器40而存儲裝置41可以是非易失性存儲器，例如EEPROM存儲器41。第二電子裝置40生成表示由不可壓縮流體9施加在膜11上的壓カ的信號Pi,其中，該信號是基于分別表示施加在膜11的第一表面43和第二表面44上的壓カP1和P2的第一數(shù)值和第二數(shù)值來生成的。具體地，表示由不可壓縮流體9施加的壓カ的信號可以僅通過在第一存儲數(shù)值與第二存儲數(shù)值之間作差來生成。通過使用攜帯與要測量的壓カ有關(guān)的相同信息的兩個數(shù)值，提高了測量的準確度。有利地，根據(jù)本發(fā)明的第二電子裝置40被設(shè)計為執(zhí)行診斷操作，從而檢查壓カ變送器1或其任何元件的故障情況的發(fā)生。第一數(shù)值和第二數(shù)值分別表示施加在膜11的第一表面43和第二表面44上的壓カPi、P2。優(yōu)選地，第二電子裝置40計算表示壓カP1和P2的第一數(shù)值和第二數(shù)值之間的差，且如果該差超過預定的第一閾值，其生成表示壓カ變送器1 或其任何部件的故障情況的警報信號。優(yōu)選地，當該差超過預定的第一閾值吋，由第二電子裝置40生成誤差消息，然后該誤差消息被用來生成警報信號。優(yōu)選地，在生成警報信號之前，第二電子裝置40向第一電子裝置20發(fā)送重置信號預定次數(shù)以重復計算。當?shù)谝浑娮友b置20接收到重置信號吋，第一電子裝置20重置并重新開始測量；如果在以預定數(shù)的重置嘗試執(zhí)行測量之后第一數(shù)值和第二數(shù)值之差還大于第 ー閾值，則由第二電子裝置40生成故障警報信號，這是因為測量的失敗不是由于第一電子裝置20操作而是由于壓カ變送器1的錯誤操作。優(yōu)選地，設(shè)想第二電子裝置也進行壓力變送器1對エ藝流體的動態(tài)的自適應(yīng)。具體地，由第二電子裝置40在第一測量期間計算表示由不可壓縮流體9施加在膜11上的壓力的第一信號，并且在緊接著第一測量之后的第二測量期間由第二電子裝置40計算表示由不可壓縮流體9施加在膜11上的壓カ的第二信號。如果表示壓カ的兩個連續(xù)信號之間的差超過第二預定閾值，則這意味著工藝流體的動態(tài)(即流體壓カ的變化)相對于每次測量的持續(xù)時間1\、1~2變化得太快，使得不能正確計算出由不可壓縮流體9施加在膜11上的壓カ值。具有快速動態(tài)且因而具有壓カ的快速變化的エ藝流體的示例在エ藝流體被大型エ業(yè)壓縮機壓縮時出現(xiàn)。當表示由流體施加的壓カ的兩個連續(xù)信號的差超過第二預定閾值時，第二電子裝置40生成到第一電子裝置20的輸入中的命令信號，以減小測量的持續(xù)時間I\、T2。具體地， 第一電子裝置20可以通過減少應(yīng)用于第一電路12和第二電路13的激發(fā)脈沖的預定數(shù)In 和/或通過減少分別在第一電路12和第二電路13的輸出中生成的第一振蕩信號14和第 ニ振蕩信號15的振蕩的預定計數(shù)Xn來減少測量的持續(xù)時間Ι\、Τ2。實際上以這種方式減小了對表示兩個振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值進行計算所需的時段，從而最終減少了具有表示由エ藝流體施加的壓カ的信號所需要的時間。相反，如果表示由不可壓縮流體9施加的壓カ的第一和第二連續(xù)信號之差沒有超過第二預定閾值，則這意味著工藝流體的動態(tài)是緩慢而穩(wěn)定的；在這種情況下可以增大測量的持續(xù)時間 \、Τ2以具有更好的測量分辨率。以此方式，可以檢測并測量流體壓カ的非常小的變化。根據(jù)本申請，用于檢測工藝流體的快速動態(tài)的閾值與用于檢測工藝流體的緩慢動態(tài)的閾值可以彼此相同或不同。實際上，當表示不可壓縮流體9壓力的兩個連續(xù)信號的差沒有超過第二預定閾值時，第二電子裝置40生成到第一電子裝置20的輸入中的命令信號以使得增大測量的持續(xù)時間 \、T2。具體地，第一電子裝置20可以通過增大應(yīng)用于第一電路12和第二電路13的激發(fā)脈沖的預定數(shù)In和/或通過增大分別在第一電路12和第二電路13的輸出中生成的第一振蕩信號14和第二振蕩信號15的振蕩的預定計數(shù)Xn來增大測量的持續(xù)時間 \、Τ2。因此，在這種情況下延長了對表示兩個振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值進行計算所需的時段，從而最終延長了具有表示由工藝流體施加的壓力的信號所需的時間。可替代地，在緩慢或非常穩(wěn)定的動態(tài)的情況下，可以計算出兩個非連續(xù)信號之差。有利地，可以使溫度傳感器42與壓力變送器1相關(guān)聯(lián)；該傳感器42測量環(huán)境溫度并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到第一電子裝置20。優(yōu)選地，第一電子裝置20可以包括查找表或其他合適的寄存器，其存儲一系列修正系數(shù)，這些修正系數(shù)中的一個修正系數(shù)基于測量的溫度值來選擇。該修正系數(shù)被應(yīng)用于表示膜11的位移的第一數(shù)值和第二數(shù)值。以這種方式，第一電子裝置20修正在測量中由于壓力變送器1的環(huán)境溫度的影響導致的可能誤差。優(yōu)選地，第二電子裝置40進一步進行靜態(tài)壓力補償以減少引入壓力測量中尤其是差動壓力測量中的誤差。基于表示壓力傳感器10中的膜11的位移的第一數(shù)值和第二數(shù)值來獲得與工藝流體的靜態(tài)壓力值有關(guān)的信息。然后使用靜態(tài)壓力的估計值例如通過將修正系數(shù)應(yīng)用于測得的壓力值來修正表示施加在膜11上的壓力的信號的計算。本發(fā)明還提供一種用于計算流體施加在膜11上的壓力的方法(見圖6)，其中在流體本身的作用下膜11可位移。該方法包括以下步驟-生成(100)頻率取決于膜11的位移的第一振蕩信號14和第二振蕩信號15，其中分別在第一電路12和第二電路13的輸出中生成信號14、15 ；-計算(101)分別代表第一振蕩信號14和第二振蕩信號15的振蕩頻率的第一數(shù)值和第二數(shù)值；-基于計算的第一數(shù)值和第二數(shù)值生成(10 表示由流體施加在膜11上的壓力的信號。有利地，基本上同時計算第一數(shù)值和第二數(shù)值。具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟(101)可以進一步包括-計算具有持續(xù)時間T1J2的第一信號22和第二信號23，第一信號22和第二信號 23的計數(shù)值分別表示第一振蕩信號14和第二振蕩信號15的振蕩頻率。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的該方法可以進一步包括以下步驟比較(10 第一數(shù)值和第二數(shù)值，且如果這些數(shù)值之差超過第一預定閾值，生成表示壓力變送器1或其部件的故障情況的警報信號。具體地，步驟(10 包括在生成表示壓力變送器1或其部件的故障情況的警報信號之前，重置對第一數(shù)值和第二數(shù)值的計算預定次數(shù)。有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法可以進一步包括以下步驟計算(104)表示由流體施加在膜11上的壓力的兩個連續(xù)信號之差，且如果該差超過預定第二閾值，生成命令信號以減小計算表示振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值的時段。反之，如果步驟(104)處在表示流體施加在膜11上的壓カ的兩個連續(xù)信號之差沒有超過預定第二閾值，該方法包括生成命令信號以延長計算表示振蕩信號的每個數(shù)值的時段。優(yōu)選地，該方法進ー步包括以下步驟-測量(107)壓カ變送器1外部的環(huán)境溫度，并使用測量的溫度值來進行溫度補償以減少第一數(shù)值和第二數(shù)值的計算誤差。具體地，如前所述，第一電子裝置20將修正系數(shù)應(yīng)用于計算出的數(shù)值，該系數(shù)取決于測量的溫度值。最后，該方法可以進一歩包括以下步驟-計算(108)流體的靜態(tài)壓カ并使用計算的靜態(tài)壓力值來進行靜態(tài)補償以減少第一數(shù)值和第二數(shù)值的計算誤差。具體地，在這種情況下，第二電子裝置40將修正系數(shù)應(yīng)用于表示由流體施加在膜上的壓カ的信號。實際上，已看到根據(jù)本發(fā)明的壓カ變送器1及相關(guān)方法如何能夠?qū)崿F(xiàn)對公知方案提供一些改進的意在目的。具體地，由于通過進行模擬振蕩信號14、15的頻率的數(shù)字轉(zhuǎn)換來進行由エ藝流體施加的壓カ的測量，使這樣的測量與振蕩信號14、15的幅度無關(guān)，因此， 使計算的壓カ值免除由于溫度對壓カ變送器1的電子部件的影響導致的誤差。此外，在兩個分離的分支上同時并行進行測量這一事實能夠改善測量值的準確/又。壓カ變送器1的自診斷以及對受控エ藝流體的動態(tài)的自適應(yīng)提供了根據(jù)本發(fā)明的壓カ變送器1對公知的變送器的進ー步改進。此外，所有部件/構(gòu)件可以被其他技術(shù)上等效的元件所代替；實際上，材料的類型及尺寸可以根據(jù)需要和現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)是任何類型及尺寸。例如，第一電子裝置20和用于生成激發(fā)脈沖的電子網(wǎng)絡(luò)21、M可以實施成單個電子模塊；可以相對于圖1等中所示的示例性實施例以不同方式來構(gòu)造壓力變送器1。
權(quán)利要求
1.一種壓力變送器(1)，其特征在于，所述壓力變送器包括-壓力傳感器組件，所述壓力傳感器組件包括膜(11)，所述膜(11)在由流體⑶)施加在其上的壓力作用下可位移；第一電路(12)，所述第一電路(1 適于在輸出中生成頻率取決于所述膜(11)的位移的第一振蕩信號(14)；第二電路(13)，所述第二電路(13)適于在輸出中生成頻率取決于所述膜(11)的位移的第二振蕩信號(15)，所述第一電路和所述第二電路(12，13)定位在相對于所述膜(11)的相對的側(cè)；-第一電子裝置(20)，所述第一電子裝置00)用于計算分別代表所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號(14，15)的振蕩頻率的第一數(shù)值(N1)和第二數(shù)值( )；-第二電子裝置(40)，所述第二電子裝置00)基于計算的所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值(NnN2)生成表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的信號(P》。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，如果所述第一數(shù)值與所述第二數(shù)值之差超過第一預定閾值，所述第二電子裝置GO)生成表示所述壓力變送器(1)的故障情況的警報信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力變送器(1)，其中，在所述第二電子裝置GO)生成所述警報信號之前，所述第一電子裝置00)由所述第二電子裝置GO)重置預定次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，所述第一電子裝置00)基本上同時計算所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，所述第二電子裝置GO)計算表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的兩個連續(xù)信號之差，且如果所述差超過第二預定閾值，所述第二電子裝置GO)在輸入中向所述第一電子裝置00)發(fā)送命令信號以減小計算代表所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值的時段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，所述第二電子裝置GO)計算表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的兩個連續(xù)信號之差，且如果所述差未超過第二預定閾值，所述第二電子裝置GO)在輸入中向所述第一電子裝置00)發(fā)送命令信號以延長計算表示所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值的時段。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或更多項所述的壓力變送器(1)，其中，所述第一電路和所述第二電路(12，13)為LC振蕩電路(12、13)，在所述LC振蕩電路(12、13)中，每個電感(LpL2)作為所述膜(11)的位移的函數(shù)而變化，而每個電容(CpC2)恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器(1)，其中，所述第一LC振蕩電路和所述第二 LC 振蕩電路(12，1 基本上同時分別由第一預定脈沖串和第二預定脈沖串激發(fā)，所述第一預定脈沖串和所述第二預定脈沖串由被所述第一電子裝置00)驅(qū)動的第一電子網(wǎng)絡(luò)和第二電子網(wǎng)絡(luò)01，24)來生成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器(1)，其中，所述第一電子裝置00)計算具有持續(xù)時間0\、Τ2)的第一信號0 和第二信號(23)，所述第一信號和所述第二信號的計數(shù)值分別表示所述第一 LC振蕩電路(12)和所述第二 LC振蕩電路(13)的振蕩頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，所述第一電子裝置(20)將基于由溫度傳感器0 測量的在所述壓力變送器(1)外部的環(huán)境溫度而選擇的修正系數(shù)應(yīng)用于所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器(1)，其中，所述第二電子裝置(40)計算所述流體(9)的靜態(tài)壓力并使用所計算的靜態(tài)壓力值來進行靜態(tài)補償以減小壓力測量的誤差。
12.—種計算由流體(9)施加在壓力變送器(1)的膜(11)上的壓力的方法，所述膜 (11)在所述流體(9)的作用下可位移，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)生成(100)頻率取決于所述膜(11)的位移的第一振蕩信號(14)和第二振蕩信號 (15)；b)計算(101)第一數(shù)值(N1)和第二數(shù)值(N2)，所述第一數(shù)值(N1)和第二數(shù)值(N2)分別代表所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號(14，15)的振蕩頻率；c)基于計算的所述第一數(shù)值和第二數(shù)值(N1A2)生成(10 表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的信號(P》。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括比較(10 所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值， 且如果所述第一數(shù)值與所述第二數(shù)值之差超過第一預定閾值，生成表示所述壓力變送器 (1)的故障情況的警報信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在生成所述警報信號之前，重置對所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值的計算預定次數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，基本上同時計算所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括計算(104)表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的兩個連續(xù)信號之差，且如果所述差超過第二預定閾值，生成命令信號以減小計算表示所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值的時段。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括計算(104)表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的兩個連續(xù)信號之差，且如果所述差未超過第二預定閾值，生成命令信號以延長計算表示所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號的振蕩頻率的每個數(shù)值的時段。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述步驟b)還包括計算具有持續(xù)時間(T1,T2) 的第一信號0 和第二信號(23)，所述第一信號和所述第二信號的計數(shù)值分別表示所述第一振蕩信號和所述第二振蕩信號(14，15)的振蕩頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括基于在所述壓力變送器(1)外部測得的環(huán)境溫度，將修正系數(shù)應(yīng)用(107)于所述第一數(shù)值和所述第二數(shù)值。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括計算(108)所述流體(9)的靜態(tài)壓力并使用所計算的靜態(tài)壓力值來對表示由所述流體(9)施加在所述膜(11)上的壓力的所述信號進行修正。
全文摘要
一種用于測量由流體施加在壓力變送器本身的膜上的壓力的壓力變送器及相關(guān)方法。所述壓力變送器具有壓力傳感器組件，壓力傳感器組件包括膜，該膜在由流體施加在其上的壓力下可位移；第一電路和第二電路，該第一電路和該第二電路分別在輸出中生成頻率取決于膜的位移的第一振蕩信號和第二振蕩信號。所述壓力變送器還包括第一電子裝置和第二電子裝置，該第一電子裝置用于計算分別代表第一振蕩信號和第二振蕩信號的振蕩頻率的第一數(shù)值(N1)和第二數(shù)值(N2)，該第二電子裝置基于計算的第一數(shù)值和第二數(shù)值來生成表示由流體施加在膜上的壓力的信號(Pi)。
文檔編號G01L19/00GK102575965SQ200980161692
公開日2012年7月11日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者加布里埃萊·克羅蒂, 歐金尼奧·博隆特里奧 申請人:Abb技術(shù)有限公司