用于补偿电容式压力测量单元处的温度冲击的方法与流程

本发明涉及用于补偿电容式压力测量单元处的温度冲击的方法。

背景技术：

1、在许多工业领域中电容式压力传感器或压力测量设备用于压力测量。电容式压力传感器或压力测量设备通常包括陶瓷压力测量单元和用于信号处理的评估电子器件，所述陶瓷压力测量单元作为换能器用于过程压力。

2、电容式压力测量单元由陶瓷基体和膜片构成，其中，在基体与膜片之间布置玻璃焊环。在基体与膜片之间产生的空腔使得膜片由于压力的影响而能够纵向移动。因此，该空腔也被称为测量室。在膜片的下侧和基体的相对上侧设置电极，这些电极一起形成测量电容器。当施加压力时，膜片变形，这导致测量电容器的电容的变化。

3、电容的变化通过使用评估单元来检测，并且被转换成压力测量值。通常，这些压力传感器用于监测或控制过程。因此，压力传感器经常连接到更高级的控制单元(plc)。

4、从de19851506c1中已知一种电容式压力传感器，其中，从测量电容器和参考电容器的两个电容值的商来确定压力测量值。尽管在该专利说明书中没有具体描述压力测量单元，但是所示出的电路和所描述的方法适用于电容式压力测量单元。该压力测量设备的特定特征是，仅方波信号的振幅与评估作为压力测量值的度量的输出处的测量信号相关，而与其频率无关。

5、从ep0569573b1中已知一种用于电容式压力传感器的电路布置，其中，同样使用商法来进行压力评估。

6、商法通常基于以下压力相关性：

7、

8、其中，cm是测量电容器的电容，cr是参考电容器的电容，p是要确定的过程压力。还可以互换商中的cm和cr。然而，分母中具有cm的示例是有利于自线性化的最常见形式。因此，除非另有说明，否则在下文中假定这种形式。

9、例如从de102011005705b4中还已知的是，在压力测量期间普遍存在的温度、特别是待测量介质的温度对获得的测量结果的准确度具有非常显著的影响。而且，由于这个原因，借助于布置在基体后侧的温度元件与压力测量并行地检测温度，使得可以补偿压力测量的温度依赖性。

10、然而，温度的快速变化(即所谓的热冲击)提出了挑战，这可能导致压力测量单元的膜片中的张力。膜片中的张力由作用在压力测量单元的膜片上的介质与压力测量单元的基体之间的温差产生，该基体热连接到环境并且背对介质。

11、在这个背景下，ep2189774a1基于以下认识：在测量技术方面，膜片的压力引起的变形不同于热冲击引起的膜片变形。在其中公开的用于检测快速温度变化的方法基于以下事实：对于测量电容cm的测量值，将参考电容cr的测量值与参考电容cr的预期值进行比较，参考电容cr的预期值是从测量电容cm的测量值得出的，并且其中，如果参考电容的测量值在预期值周围的公差范围之外，则检测到温度跳变。然而，该方法假定快速的温度变化是测量值和预期值之间发现的差异的唯一原因。然而，实际上并不总是这种情况。例如，在压力测量单元、特别是膜片发生机械损坏的情况下，在测量值和期望值之间会出现可比较的效应，然后这将导致以下错误的假定：将必须补偿作用温度而不是更换压力测量单元或最终更换整个压力测量设备，因为压力测量值输出将很可能不再对应于实际压力条件。

12、ep2726833b1也公开了一种方法，其中，在指定的公差范围内监测两个电容的值对，以便确定它们是否对应于指定函数的关系。

13、根据ep3124937b1，已知一种用于温度补偿的方法，其基于压力测量单元的膜片和基体之间的温差。在膜片和基体上布置温度传感器，以便检测温度。然而，其缺点是由于温度传感器的自然惯性而导致的巨大延迟，这意味着实际的补偿过程也仅以延迟开始。然而，如从申请人的de102020122128b3中已知的，紧接在温度冲击出现之后，对测量结果的温度相关误差影响最大。

技术实现思路

1、本发明的目的是在温度冲击之后非常早地开始温度补偿，因此显著地减小与温度相关的测量误差。

2、根据本发明，该目的通过具有权利要求1或2的特征的方法来实现。在从属权利要求中提供了本发明的有利实施例。

3、本发明基于在申请人的de102020122128b3中公开的方法，根据该方法，通过比较商q和测量电容器cm的电容值这两个量，如果该比较偏离预期行为，则在非常早的时间点切换到“警报状态”类型。具体地，在该比较中，监测由商形成的压力测量值p和由测量电容器cm形成的压力值pm之间的差值d的梯度dd是否超过阈值。有利地，压力测量值p和pm已经预先被线性化。

4、根据本发明，在两种替代方法中，在针对各种温度场景的调整过程中，首先将多个补偿曲线存储在查找表中。补偿曲线是根据经验确定的，并且很大程度上取决于压力测量单元的设计和几何形状。对应的测试表明，尽管标称压力范围不同并且设计对应地略微不同，但是补偿曲线跨所有压力测量单元大致相同，这使得过程容易得多。在两种替代方法中，一旦检测到温度冲击，即“警报状态”被激活，就还定义开始时间t0。

5、在根据本发明的方法的第一替代方案中，在激活“警报状态”之后连续地记录差值d，并且由此确定梯度ddx，直到达到最大梯度ddmax。现在，将对应的温度场景连续地分配给所确定的梯度dd，并且从查找表中选择与相应的温度场景相关联的补偿曲线。

6、替代性地，这些过程步骤也可以被实现为使得在激活“警报状态”之后连续记录差值d，并且通过形成2阶导数d2d来确定其最大梯度ddmax。然后，将对应的温度场景分配给所确定的最大梯度ddmax，并且从查找表中选择与该温度场景相关联的补偿曲线。

7、再次，两种替代方案的共同点在于，然后根据从开始时间t0开始所经过的时间将所选择的补偿曲线的相应补偿值加到压力测量值p。临时输出现在补偿了温度影响的该压力测量值，而不是实际压力测量值p，以用于进一步处理。临时意指例如只要压力测量值p和pm之间的差值d的梯度dd超过上述阈值。

8、由于温度冲击的强度仅是基于差值d的梯度dd确定的，因此本发明的优点在于，温度冲击的补偿完全是在不涉及温度元件的情况下进行的，因为在这个较早的时间点，温度元件由于其自然惯性而尚不能响应。实际上，紧接在温度冲击出现之后，对测量结果的温度相关误差影响最大。另外，由温度冲击引起的误差影响极小，因为根据本发明的方法能够非常快速地抵消这种影响。而且，误差影响的持续时间也短，使得甚至在温度元件响应之前，测量误差已经被校正为零。

9、有利地，在进一步的改进中，压力测量单元包括温度元件，并且检测和评估该温度元件的梯度dt。这导致了执行似真检查以确定是否实际存在温度相关的误差影响(即温度冲击)的有利可能性。由于检测到原因最初是未知的误差，因此不存在由温度元件检测到的温度变化将通过生成误差信号来触发误差处理。

10、另一有利的改进涉及一旦差值d不再超过预定阈值就切换到第二温度补偿阶段。在该第二补偿阶段中，然后将温度元件的现有梯度dt乘以优选地存储在查找表中的预定校正因子，并且将其加到压力测量值p。为了进一步处理，然后输出该当前校正的压力测量值，而不是先前校正的压力测量值。

11、有利地，当温度梯度dt低于预定阈值时，终止温度补偿并且输出由商q形成的原始压力测量值p。