用於確定來自兩個分離的傳感器的壓力差的測量設備的製作方法
2023-06-15 13:54:51
專利名稱：用於確定來自兩個分離的傳感器的壓力差的測量設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於基於至少兩個輔助被測量變量的系列產生被測量變量的測量值的序列的測量設備。被測量變量可以特別地是壓力差，其中第一輔助被測量變量是第一壓力並且第二輔助被測量變量是第二壓力，並且其中經由在第一壓力的測量值和第二壓力的測量值之間形成的差確定壓力差的值。
背景技術：
例如，在德國專利申請102008054913中描述了這種測量設備。對於這種類型的測量裝置的操作而言，第一輔助被測量變量和第二輔助被測量變量的測量值記錄的同步是重要的，因為，例如在利用兩個壓力傳感器的、根據壓力差原理的流量測量的情形中，在非同步化測量值記錄的情形中靜態壓力的波動將會被解釋成流量的波動。
發明內容
本發明的一個目的因此在於提供一種本發明技術領域的測量設備，該測量設備減小了在輔助被測量變量的記錄之間的時間間隔。根據本發明通過如在獨立專利權利要求I中限定的測量設備實現了該目的。本發明的測量設備用於產生被測量變量的測量值的序列，該被測量變量是第一輔助被測量變量和至少一個第二輔助被測量變量的函數，該測量設備包括第一測量換能器，其用於記錄並且用於發射第一輔助被測量變量的值的序列；至少第二測量換能器，其用於記錄並且用於發射第二輔助被測量變量的值的序列；評價單元，其用於基於第一輔助被測量變量和至少第二輔助被測量變量的值的序列計算被測量變量的測量值的序列；其中該測量設備進而具有控制單元，該控制單元用於藉助向第一測量換能器輸出的控制信號的第一序列，和向第二測量換能器輸出的控制信號的第二序列來同步化第一輔助被測量變量和至少第二輔助被測量變量的序列的記錄；其中至少控制信號的第一序列獨立於控制信號的第二序列可變化。在本發明進一步的改進中，從第一輔助被測量變量的當前值的記錄直至第一參考信號的輸出來限定第一處理時間，並且從第二輔助被測量變量的當前值的記錄直至第二參考信號的輸出來限定第二處理時間，其中控制單元被設計成記錄至少第一參考信號的輸出和第二參考信號的輸出的各個時間點，並且考慮第一和第二處理時間或者在第一和第二處理時間之間的差，改變用於至少一個測量換能器的控制信號，從而減小在記錄第一輔助被測量變量的各個當前值的時間點和至少記錄第二輔助被測量變量的各個當前值的時間點之間的偏差。在本發明進一步的改進中，第一參考信號表示第一輔助被測量變量的當前值或者第一校驗和，其中特別地將在第一輔助被測量變量的當前值之後輸出第一校驗和，並且其中第二參考信號表示第二輔助被測量變量的當前值或者第二校驗和，其中特別地將在第二輔助被測量變量的當前值之後輸出第二校驗和。
在本發明進一步的改進中，第一和/或第二測量換能器包括第一和/或第二 ASIC，該第一和/或第二 ASIC用於控制第一或者第二輔助被測量變量的記錄值分別地到將被輸出的數字值的轉換。在本發明進一步的改進中，ASIC或者多個ASIC包括有限狀態機，該有限狀態機用於記錄值的轉換和用於第一和/或第二輔助被測量變量的數位化值的輸出。在本發明進一步的改進中，控制信號的第一序列包括時鐘信號的第一序列，和/或控制信號的第二序列包括時鐘信號的第二序列。在本發明進一步的改進中，第一處理時間達到時鐘信號的第一序列的時鐘脈衝的特定第一數目，和/或第二處理時間達到時鐘信號的第二序列的時鐘脈衝的特定第二數 目。在本發明進一步的改進中，第一有限狀態機要求時鐘信號的第一序列的時鐘脈衝的特定第一數目，和/或第二有限狀態機要求時鐘信號的第二序列的時鐘脈衝的特定第二數目。在本發明進一步的改進中，第一和/或第二測量換能器包括用於將各個輔助被測量變量的記錄值轉換成將由各個測量換能器輸出的數字值的SAR轉換器、快閃(flash)轉換器或者增量總和(delta sigma)轉換器。在本發明進一步的改進中，第一輔助被測量變量是第一壓力，其中第一測量換能器包括第一壓力傳感器，並且第二輔助被測量變量是第二壓力，其中第二測量換能器包括第二壓力傳感器，並且其中被測量變量被確定為在第一壓力和第二壓力之間的差。
現在將基於附圖更加詳細地解釋本發明，其中的圖如下地示出圖I本發明的測量布置的示意性表示；和圖2在本發明的測量布置的初始化的情形中的數據流的圖表。
具體實施例方式圖I所示設備包括作為第一測量換能器的第一壓力測量換能器模塊I和作為第二測量換能器的第二壓力測量換能器模塊2，以及評價模塊3。第一壓力測量換能器模塊I包含第一壓力傳感器11，第一壓力傳感器11與第一介質壓力Pi可接觸，並且具有用於輸出表示第一介質壓力的第一原始信號的換能器，其中該換能器例如可以是電容性或者(壓電)電阻性換能器。進而，該壓力測量換能器模塊包含第一溫度傳感器，第一溫度傳感器記錄第一壓力傳感器的溫度，並且輸出表示溫度的溫度信號。第一壓力測量換能器模塊進而包含具有ASIC 12的第一信號調節電路，ASIC 12首先調節第一壓力傳感器的模擬原始信號和在給定情形中的溫度信號，並且然後數位化該兩個信號。第一壓力和第一溫度的數位訊號經由第一外部纜線連接14而被傳輸到第二壓力測量換能器模塊2的傳輸單兀23。第一外部纜線連接14可以具有例如以下線路 直流電壓供應V+，其用於供應第一壓力測量換能器模塊， 地線，
時鐘信號線，其從第二傳感器模塊向第一傳感器模塊傳輸具有時鐘頻率fl的時鐘信號，和 數據線，其例如以第一傳輸速率傳輸第一壓力和第一溫度的數位訊號。在這些由於EMC要求而有必要的程度上，除了時鐘信號線和數據線，可以在每一種情形中設置另外的線路以輸送具有相反符號的相應的信號。第一壓力和第一溫度的數位訊號從傳輸單元經由第一內部連接25而被傳輸到第二壓力測量換能器模塊2中的映射單元24。除了已經述及的傳輸單元23和映射單元24，第二壓力測量換能器模塊2包含第二壓力傳感器21，第二壓力傳感器21與第二介質壓力p2可接觸，並且具有用於輸出表示第二介質壓力的第二原始信號的換能器22，其中該換能器可以是例如電容性或者(壓電)電阻性換能器。進而，該壓力測量換能器模塊包含第二溫度傳感器，該第二溫度傳感器記錄第二壓力傳感器21的溫度，並且輸出表示溫度的第二溫度信號。該第二壓力測量換能器模塊進而 包含第二信號調節電路22，該第二信號調節電路首先調節第二壓力傳感器的第二模擬原始信號和在給定情形中的第二溫度信號並且然後數位化該兩個信號。第二壓力和第二溫度的數位訊號從第二信號調節電路經由第二內部纜線連接26而被傳輸到映射單元24。在第一和第二內部纜線連接25、26的情形中，由於短的傳輸路徑，可以省略時鐘信號和數據信號的反相線路的對稱化。這裡，除了能量供應，在每一種情形中，僅僅提供了具有第一傳輸速率的數據線和具有時鐘頻率Π的時鐘線。映射單元24包含微控制器或者FPGA (未示出)，其在一方面提供用於第一壓力測量換能器模塊I的時鐘信號並且在另一方面記錄第一壓力和第一溫度以及第二壓力和第二溫度的輸入數位訊號，並且輸出包含關於第一壓力和第二壓力以及第一和第二溫度的信息的信號以傳輸到評價模塊3。向評價模塊的傳輸經由第二外部纜線連接28發生，第二外部纜線連接28例如包括以下線路 直流電壓供應V+，其用於供應第二壓力測量換能器模塊， 地線， 時鐘信號線，其從評價模塊向第二傳感器模塊傳輸具有頻率fl的時鐘信號，和 數據線，其以第一傳輸速率或者以減半的第一傳輸速率從映射單元24向評價模塊傳輸信號。評價模塊3包含具有用於計算在第一介質壓力和第二介質壓力之間的差的微控制器的主電子器件，以及用於連接到兩個線環的供應電路，在該線環上將計算的壓力差輸出為4... 20mA電流信號。進而，在形成該差之前，微控制器可以使用補償算法作為相關聯的溫度測量值的函數而對於第一壓力和第二壓力校正所接收的壓力測量值。供應電路提供用於主電子器件和用於連接模塊的電源電壓。進而，主電子器件包含HART數據機，從而調製到表示以下測量值中的一個或者多個的電流信號(在給定情形中數字)信號上第一壓力、第二壓力、壓力差、第一溫度和第二溫度。進而，可以經由HART數據機向評價模塊傳輸控制命令。第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的測量值記錄的同步化對於本發明而言是重要的。映射單元24用於這一點，該映射單元24作為一種控制單元，接收壓力測量換能器模塊1、2的兩個ASIC 12、22的被調節的信號。在第一 ASIC 12和映射單元24之間布置的傳輸單元23在從第一 ASIC 12到映射單元24的數據傳輸中至多引起對於實際意圖可忽略的延遲。現在將基於圖2解釋與同步化有關的信號的時間演變。在初始化測量設備時，控制單元24首先向兩個ASIC中的一個、例如向第一 ASIC12發送例如幾十kHz的第一時鐘信號作為控制信號的第一序列。在例如幾十微秒的、未被精確地限定的公差時間之後，第一ASIC 12發送它的具有幾個100位元組的長度的初始化代碼。在另外的未被精確地限定的公差時間之後，第一 ASIC 12開始測量值電報的傳輸，測量值電報然後被以規則的序列輸出，其中測量值電報的準確的重複頻率是第一時鐘信號的函數。在第一 ASIC 12的、完整的初始化代碼的接收之後，控制單元24開始向第二 ASIC22傳輸第二時鐘信號作為控制信號的第二序列，其中第二時鐘信號初始地具有例如、諸如與第一時鐘信號相同的頻率。類似地，在例如幾十微秒的、未被精確地限定的公差時間之後，第二 ASIC 22發送它的具有幾個100位元組的長度的初始化代碼。在另外的未被精確地 限定的公差時間之後，第二 ASIC 22也開始測量值電報的傳輸，測量值電報然後被以規則的序列輸出，其中這裡測量值電報的準確的重複頻率是第二時鐘信號的函數。在沒有測量值電報的進一步同步化的情況下，如基於第二傳感器的第一測量值電報的接收時間與第一傳感器的測量值電報的接收時間的比較可認識到地，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的各自的當前測量值將會在時間方面以彼此間未被限定的關係存在。經由例如達+/-1%或者達+/-0. 4%地改變時鐘信號中的一個的頻率、例如改變第二時鐘信號的頻率，測量值電報的同步化能夠快速地實現。作為用於在測量值電報之間的時間偏差的量度，測量值電報的上升沿或者它們的端部可以在每一種情形中均被相互比較。就測量值電報通常在端部處包含校驗和而言，端部的比較是有利的，這實現了通過與校驗和的端部同步化而同時獲得了與各自的測量值電報的確認的同步化。當然，僅當測量值電報在時間方面與測量值記錄以固定的關係存在時，因此當限定的處理時間存在時，經由測量值電報的測量值記錄的同步化才是合理的。當測量值的調節在限定數目的時鐘脈衝中經由有限狀態機發生時，特別地是這種情形。在本情形中，第一壓力測量換能器和第二壓力測量換能器具有相同的處理時間。因此，測量值記錄的同步化在這裡要求測量值電報的同步化。在非相等的但是儘管如此仍然限定的處理時間tp t2的情形中，其中例如，^H1，將提供相應的延遲tdelay Ft^t1，將以該延遲在第一輔助被測量變量的測量值電報之後接收第二輔助被測量變量的測量值電報。
權利要求
1.一種用於產生被測量變量的測量值的序列的測量設備，所述被測量變量是第一輔助被測量變量和至少第二輔助被測量變量的函數，所述測量設備包括 第一測量換能器(1)，所述第一測量換能器(I)用於記錄並且用於輸出所述第一輔助被測量變量的值的序列； 至少第二測量換能器(2)，所述第二測量換能器(2)用於記錄並且用於輸出所述第二輔助被測量變量的值的序列；和 評價單元(3)，所述評價單元(3)用於基於所述第一輔助被測量變量和至少所述第二輔助被測量變量的值的序列計算所述被測量變量的測量值的序列； 其特徵在於，所述測量設備具有控制單元(24)，所述控制單元(24)用於藉助向所述第一測量換能器(I)輸出的控制信號的第一序列和向所述第二測量換能器(2)輸出的控制信號的第二序列來同步化所述第一輔助被測量變量和至少所述第二輔助被測量變量的序列的記錄，其中至少所述控制信號的第一序列獨立於所述控制信號的第二序列可變化。
2.根據權利要求I所述的測量設備，其中 從所述第一輔助被測量變量的當前值的記錄直至第一參考信號的輸出來限定第一處理時間，其中從所述第二輔助被測量變量的當前值的記錄直至第二參考信號的輸出來限定第二處理時間， 其特徵在於， 所述控制單元被設計成記錄至少所述第一參考信號的輸出和所述第二參考信號的輸出的各個時間點，並且考慮所述第一和第二處理時間或者在所述第一和第二處理時間之間的差，改變用於至少一個測量換能器的控制信號，從而減小在記錄所述第一輔助被測量變量的各個當前值的時間點和至少記錄所述第二輔助被測量變量的各個當前值的時間點之間的偏差。
3.根據權利要求2所述的測量設備，其中所述第一參考信號表示所述第一輔助被測量變量的當前值或者第一校驗和，其中特別地將在所述第一輔助被測量變量的當前值之後輸出所述第一校驗和，並且 其中所述第二參考信號表示所述第二輔助被測量變量的當前值或者第二校驗和，其中特別地將在所述第二輔助被測量變量的當前值之後輸出所述第二校驗和。
4.根據前述權利要求中的一項所述的測量設備，其中所述第一和/或所述第二測量換能器包括第一和/或第二 ASIC，所述第一和/或第二 ASIC用於控制所述第一或者第二輔助被測量變量的記錄值到將被輸出的數字值的轉換。
5.根據權利要求4所述的測量設備，其中所述ASIC或者多個ASIC具有有限狀態機，所述有限狀態機用於記錄值的轉換和用於所述第一和/或第二輔助被測量變量的數位化值的輸出。
6.根據前述權利要求中的一項所述的測量設備，其中所述控制信號的第一序列包括時鐘信號的第一序列，和/或其中所述控制信號的第二序列包括時鐘信號的第二序列。
7.根據權利要求6和權利要求2所述的測量設備，其中所述第一處理時間達到所述時鐘信號的第一序列的時鐘脈衝的特定第一數目，和/或其中所述第二處理時間達到所述時鐘信號的第二序列的時鐘脈衝的特定第二數目。
8.根據權利要求7和5所述的測量設備，其中第一有限狀態機要求所述時鐘信號的第一序列的時鐘脈衝的特定第一數目，和/或其中第二有限狀態機要求所述時鐘信號的第二序列的時鐘脈衝的特定第二數目。
9.根據前述權利要求中的一項所述的測量設備，其中所述第一和/或所述第二測量換能器具有用於將各個輔助被測量變量的記錄值轉換成將由各個測量換能器輸出的數字值的SAR轉換器、快閃轉換器或者增量總和轉換器。
10.根據前述權利要求中的一項所述的測量設備，其中所述第一輔助被測量變量是第一壓力，並且所述第一測量換能器包括第一壓力傳感器，其中所述第二輔助被測量變量是第二壓力並且所述第二測量換能器包括第二壓力傳感器，並且其中所述被測量變量被確定為在所述第一壓力和所述第二壓力之間的差。
全文摘要
本發明涉及一種用於產生被測量變量的測量值的序列的測量設備，該被測量變量是第一輔助被測量變量和至少一個第二輔助被測量變量的函數，該設備包括用於記錄並且輸出第一輔助被測量變量的值的序列的第一測量傳感器(1)、用於記錄並且輸出第二輔助被測量變量的值的序列的至少第二測量傳感器(2)、用於使用第一輔助被測量變量和至少第二輔助被測量變量的值的序列計算被測量變量的測量值的序列的評價單元(3)；該測量設備進而包括控制單元(24)，該控制單元(24)用於藉助向第一測量換能器(1)輸出的控制信號的第一序列和向第二測量換能器(2)輸出的控制信號的第二序列同步化第一輔助被測量變量和至少第二輔助被測量變量的序列的記錄，至少控制信號的第一序列獨立於控制信號的第二序列可變化。
文檔編號G01L13/00GK102656435SQ201080056984
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月9日 優先權日2009年12月17日
發明者羅穆亞爾德·吉拉爾迪, 馬克·施拉赫特爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司