本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償電容式壓力測(cè)量單元處的溫度沖擊的方法。

背景技術(shù)：

1、在許多工業(yè)領(lǐng)域中電容式壓力傳感器或壓力測(cè)量設(shè)備用于壓力測(cè)量。電容式壓力傳感器或壓力測(cè)量設(shè)備通常包括陶瓷壓力測(cè)量單元和用于信號(hào)處理的評(píng)估電子器件，所述陶瓷壓力測(cè)量單元作為換能器用于過(guò)程壓力。

2、電容式壓力測(cè)量單元由陶瓷基體和膜片構(gòu)成，其中，在基體與膜片之間布置玻璃焊環(huán)。在基體與膜片之間產(chǎn)生的空腔使得膜片由于壓力的影響而能夠縱向移動(dòng)。因此，該空腔也被稱為測(cè)量室。在膜片的下側(cè)和基體的相對(duì)上側(cè)設(shè)置電極，這些電極一起形成測(cè)量電容器。當(dāng)施加壓力時(shí)，膜片變形，這導(dǎo)致測(cè)量電容器的電容的變化。

3、電容的變化通過(guò)使用評(píng)估單元來(lái)檢測(cè)，并且被轉(zhuǎn)換成壓力測(cè)量值。通常，這些壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)或控制過(guò)程。因此，壓力傳感器經(jīng)常連接到更高級(jí)的控制單元(plc)。

4、從de19851506c1中已知一種電容式壓力傳感器，其中，從測(cè)量電容器和參考電容器的兩個(gè)電容值的商來(lái)確定壓力測(cè)量值。盡管在該專利說(shuō)明書中沒(méi)有具體描述壓力測(cè)量單元，但是所示出的電路和所描述的方法適用于電容式壓力測(cè)量單元。該壓力測(cè)量設(shè)備的特定特征是，僅方波信號(hào)的振幅與評(píng)估作為壓力測(cè)量值的度量的輸出處的測(cè)量信號(hào)相關(guān)，而與其頻率無(wú)關(guān)。

5、從ep0569573b1中已知一種用于電容式壓力傳感器的電路布置，其中，同樣使用商法來(lái)進(jìn)行壓力評(píng)估。

6、商法通常基于以下壓力相關(guān)性：

7、

8、其中，cm是測(cè)量電容器的電容，cr是參考電容器的電容，p是要確定的過(guò)程壓力。還可以互換商中的cm和cr。然而，分母中具有cm的示例是有利于自線性化的最常見形式。因此，除非另有說(shuō)明，否則在下文中假定這種形式。

9、例如從de102011005705b4中還已知的是，在壓力測(cè)量期間普遍存在的溫度、特別是待測(cè)量介質(zhì)的溫度對(duì)獲得的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度具有非常顯著的影響。而且，由于這個(gè)原因，借助于布置在基體后側(cè)的溫度元件與壓力測(cè)量并行地檢測(cè)溫度，使得可以補(bǔ)償壓力測(cè)量的溫度依賴性。

10、然而，溫度的快速變化(即所謂的熱沖擊)提出了挑戰(zhàn)，這可能導(dǎo)致壓力測(cè)量單元的膜片中的張力。膜片中的張力由作用在壓力測(cè)量單元的膜片上的介質(zhì)與壓力測(cè)量單元的基體之間的溫差產(chǎn)生，該基體熱連接到環(huán)境并且背對(duì)介質(zhì)。

11、在這個(gè)背景下，ep2189774a1基于以下認(rèn)識(shí)：在測(cè)量技術(shù)方面，膜片的壓力引起的變形不同于熱沖擊引起的膜片變形。在其中公開的用于檢測(cè)快速溫度變化的方法基于以下事實(shí)：對(duì)于測(cè)量電容cm的測(cè)量值，將參考電容cr的測(cè)量值與參考電容cr的預(yù)期值進(jìn)行比較，參考電容cr的預(yù)期值是從測(cè)量電容cm的測(cè)量值得出的，并且其中，如果參考電容的測(cè)量值在預(yù)期值周圍的公差范圍之外，則檢測(cè)到溫度跳變。然而，該方法假定快速的溫度變化是測(cè)量值和預(yù)期值之間發(fā)現(xiàn)的差異的唯一原因。然而，實(shí)際上并不總是這種情況。例如，在壓力測(cè)量單元、特別是膜片發(fā)生機(jī)械損壞的情況下，在測(cè)量值和期望值之間會(huì)出現(xiàn)可比較的效應(yīng)，然后這將導(dǎo)致以下錯(cuò)誤的假定：將必須補(bǔ)償作用溫度而不是更換壓力測(cè)量單元或最終更換整個(gè)壓力測(cè)量設(shè)備，因?yàn)閴毫y(cè)量值輸出將很可能不再對(duì)應(yīng)于實(shí)際壓力條件。

12、ep2726833b1也公開了一種方法，其中，在指定的公差范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)兩個(gè)電容的值對(duì)，以便確定它們是否對(duì)應(yīng)于指定函數(shù)的關(guān)系。

13、根據(jù)ep3124937b1，已知一種用于溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，其基于壓力測(cè)量單元的膜片和基體之間的溫差。在膜片和基體上布置溫度傳感器，以便檢測(cè)溫度。然而，其缺點(diǎn)是由于溫度傳感器的自然慣性而導(dǎo)致的巨大延遲，這意味著實(shí)際的補(bǔ)償過(guò)程也僅以延遲開始。然而，如從申請(qǐng)人的de102020122128b3中已知的，緊接在溫度沖擊出現(xiàn)之后，對(duì)測(cè)量結(jié)果的溫度相關(guān)誤差影響最大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是在溫度沖擊之后非常早地開始溫度補(bǔ)償，因此顯著地減小與溫度相關(guān)的測(cè)量誤差。

2、根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1或2的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中提供了本發(fā)明的有利實(shí)施例。

3、本發(fā)明基于在申請(qǐng)人的de102020122128b3中公開的方法，根據(jù)該方法，通過(guò)比較商q和測(cè)量電容器cm的電容值這兩個(gè)量，如果該比較偏離預(yù)期行為，則在非常早的時(shí)間點(diǎn)切換到“警報(bào)狀態(tài)”類型。具體地，在該比較中，監(jiān)測(cè)由商形成的壓力測(cè)量值p和由測(cè)量電容器cm形成的壓力值pm之間的差值d的梯度dd是否超過(guò)閾值。有利地，壓力測(cè)量值p和pm已經(jīng)預(yù)先被線性化。

4、根據(jù)本發(fā)明，在兩種替代方法中，在針對(duì)各種溫度場(chǎng)景的調(diào)整過(guò)程中，首先將多個(gè)補(bǔ)償曲線存儲(chǔ)在查找表中。補(bǔ)償曲線是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，并且很大程度上取決于壓力測(cè)量單元的設(shè)計(jì)和幾何形狀。對(duì)應(yīng)的測(cè)試表明，盡管標(biāo)稱壓力范圍不同并且設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)地略微不同，但是補(bǔ)償曲線跨所有壓力測(cè)量單元大致相同，這使得過(guò)程容易得多。在兩種替代方法中，一旦檢測(cè)到溫度沖擊，即“警報(bào)狀態(tài)”被激活，就還定義開始時(shí)間t0。

5、在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一替代方案中，在激活“警報(bào)狀態(tài)”之后連續(xù)地記錄差值d，并且由此確定梯度ddx，直到達(dá)到最大梯度ddmax?，F(xiàn)在，將對(duì)應(yīng)的溫度場(chǎng)景連續(xù)地分配給所確定的梯度dd，并且從查找表中選擇與相應(yīng)的溫度場(chǎng)景相關(guān)聯(lián)的補(bǔ)償曲線。

6、替代性地，這些過(guò)程步驟也可以被實(shí)現(xiàn)為使得在激活“警報(bào)狀態(tài)”之后連續(xù)記錄差值d，并且通過(guò)形成2階導(dǎo)數(shù)d2d來(lái)確定其最大梯度ddmax。然后，將對(duì)應(yīng)的溫度場(chǎng)景分配給所確定的最大梯度ddmax，并且從查找表中選擇與該溫度場(chǎng)景相關(guān)聯(lián)的補(bǔ)償曲線。

7、再次，兩種替代方案的共同點(diǎn)在于，然后根據(jù)從開始時(shí)間t0開始所經(jīng)過(guò)的時(shí)間將所選擇的補(bǔ)償曲線的相應(yīng)補(bǔ)償值加到壓力測(cè)量值p。臨時(shí)輸出現(xiàn)在補(bǔ)償了溫度影響的該壓力測(cè)量值，而不是實(shí)際壓力測(cè)量值p，以用于進(jìn)一步處理。臨時(shí)意指例如只要壓力測(cè)量值p和pm之間的差值d的梯度dd超過(guò)上述閾值。

8、由于溫度沖擊的強(qiáng)度僅是基于差值d的梯度dd確定的，因此本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，溫度沖擊的補(bǔ)償完全是在不涉及溫度元件的情況下進(jìn)行的，因?yàn)樵谶@個(gè)較早的時(shí)間點(diǎn)，溫度元件由于其自然慣性而尚不能響應(yīng)。實(shí)際上，緊接在溫度沖擊出現(xiàn)之后，對(duì)測(cè)量結(jié)果的溫度相關(guān)誤差影響最大。另外，由溫度沖擊引起的誤差影響極小，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的方法能夠非常快速地抵消這種影響。而且，誤差影響的持續(xù)時(shí)間也短，使得甚至在溫度元件響應(yīng)之前，測(cè)量誤差已經(jīng)被校正為零。

9、有利地，在進(jìn)一步的改進(jìn)中，壓力測(cè)量單元包括溫度元件，并且檢測(cè)和評(píng)估該溫度元件的梯度dt。這導(dǎo)致了執(zhí)行似真檢查以確定是否實(shí)際存在溫度相關(guān)的誤差影響(即溫度沖擊)的有利可能性。由于檢測(cè)到原因最初是未知的誤差，因此不存在由溫度元件檢測(cè)到的溫度變化將通過(guò)生成誤差信號(hào)來(lái)觸發(fā)誤差處理。

10、另一有利的改進(jìn)涉及一旦差值d不再超過(guò)預(yù)定閾值就切換到第二溫度補(bǔ)償階段。在該第二補(bǔ)償階段中，然后將溫度元件的現(xiàn)有梯度dt乘以優(yōu)選地存儲(chǔ)在查找表中的預(yù)定校正因子，并且將其加到壓力測(cè)量值p。為了進(jìn)一步處理，然后輸出該當(dāng)前校正的壓力測(cè)量值，而不是先前校正的壓力測(cè)量值。

11、有利地，當(dāng)溫度梯度dt低于預(yù)定閾值時(shí)，終止溫度補(bǔ)償并且輸出由商q形成的原始?jí)毫y(cè)量值p。