专利名称：监测一个测压装置状态的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的监测一个在绝对压力-或压力差-或相对压力传感器中的测压装置状态的装置。此外，本发明还涉及一种按照权利要求3的前序部分监测一个测量绝对压力-或压力差-或相对压力传感器中的测压装置状态的方法。
背景技术：
压力传感器在很多工业过程以及不同的培训中被用来测量绝对压力或压力差或相对压力，例如测量工作压力或油罐中的液面差。这里会产生一个问题，只有对于压力传感器的上次标定后未改变的测压装置才能得出可信的测量值，而受损的测压装置(例如一个或多个分隔膜片损坏(开裂)，测压装置变形，分隔膜片腐蚀并由此改变了机械性能，加注油的变化，油加注时有气泡等)得出的测量值是错误的。为了检查显示的测量值的可信度，通常增加一个多余的压力传感器。
不过使用另一个压力传感器来检查当前的敏感元件或测压装置有一个缺点，即人们必须相信另一个测量元件的另一测量值。另外，如果必须集成另一个敏感元件，会大大增加设备的费用，因为它也需要分析处理。这样做会显著提高费用，特别是另一个测量元件必须用不同的测量方法时。
发明内容
本发明的任务是，提供一种成本经济的装置以探测测压装置性能的改变，此改变会导致错误的测量值。
本发明的任务还在于，提供一种简单的方法以探测测压装置性能的改变，此改变会导致错误的测量值。
按照本发明根据权利要求1的特征部分的特征与前序部分的特征相结合的装置，这项任务可以解决。
按照本发明根据权利要求3的特征部分的特征与前序部分的特征相结合的方法，这项任务可以解决。
通过此发明可获得的优点还特别在于，通过建议采用的集成了检测元件的测压装置在一定程度上实现了敏感元件自诊断。它不再需要其他传感器及昂贵的分析处理装置，而是根据该测压装置的特性是否已经发生了不允许的改变，借助于现有系统给出一个可靠的结论。
其它的优点在下面的说明中体现。
本发明有利的设计方案在从属权利要求中表明。
下面借助附图中描述的实例解释本发明。附图为图1一个集成有检测元件的压力差传感器示意图，图2在膜片破裂时一个传感器对机械负荷响应的时间序列，图3传感器自诊断的电路系统。
具体实施例方式
在图1为一个集成有检测元件的压力差传感器的示意图。其中有一个测量单元或测压装置1，它在一个第一膜片3a上受到第一压力p1的作用，在一个第二膜片3b上受到第二压力p2(此处可能有区别)的作用，两个压力p1、p2分别同时作用于膜片3a、3b。在膜片3a、3b上探测到的压力分别通过一个第一充满流体的通道2a和一个第二充满流体的通道2b导入共同的同样充满流体的空腔5中。通常在通道2a、2b和空腔5中加注的流体是油。在充满流体的空腔5中有一个压敏元件4，它通常由压阻材料制成或使用一个测量单元来代替，测量单元的电容或电感能随压力改变而变化。由于两个压力p1和p2同时作用于压敏元件4，故压敏元件4(测量传感器)只是记录下两个压力p1、p2的差值。
当测压装置1产生故障时(例如膜片3a或3b上有裂缝)，在探测压力差时，至少在第一瞬间无变化，因为只是流体静力所传送的介质发生了改变，也就是说，流体(在通道2a或2b或空腔5中)与气体(空气)或其他流体发生了交换。另外，分隔膜片的机械性能也发生了改变，特别是回弹力。因损坏造成的改变一方面表现为由于填充流体可压缩性的变化造成系统时间响应的变化。另一方面测量单元对测压装置内部空间的限定的体积变化(通过一个检测元件产生)的响应也会改变。由检测元件体积变化造成的压力差的变动大小与未损坏的测压装置的明显不同。
本发明因此在测量单元或测压装置1或充满流体的空腔5中集成一个检测元件6。该检测元件6优选是压电感应的并可通过加载电压激发体积变化。在充满流体的空腔5中由膨胀引起的体积变大表现为测量单元1中的压力上升，所述压力上升通过压敏元件4记录下来。
当测压装置1产生了损坏，压敏元件4上的机械负荷就会改变。例如一个膜片的破损通常表现为压敏元件4上的机械负荷减小。换句话说，由检测元件6在确定的体积变化时引起的压敏元件4上的压力变化，在膜片完好时比膜片损坏时大。原因在于，完好的膜片产生限定的机械应力，它对压力差的测量有影响。当膜片损坏时该限定的机械应力消失了。此外由检测元件排挤的流体体积可能从测压装置1流出，所以在交换过程逐渐完成后由压敏元件4探测的压力重新回到体积改变前的水平。
在图2中描述了在膜片破裂时一个传感器对机械负荷响应的时间序列。附图标记7是一个压敏元件4在膜片3a、3b完好时、空腔5和通道2a、2b完全充满流体的情况下获得的参考曲线，附图标记8则是压敏元件4在膜片损坏和/或通道2a、2b缺液和/或空腔5缺液时获得的测量曲线。横轴线表示时间，纵轴线则表示电压值和/或电流和/或负荷值。图中能看出曲线7和8相比有明显的相位偏移(包括可看到的明显不同的上升速度)。如果参考曲线7和测量曲线8之间的相位偏移超出了一个规定的公差值，那就表明膜片有损坏和/或通道2a和/或通道2b和/或充有流体的空腔5中有流体损失。
当前加载的压力p1或p2的实际值(幅度)并不重要，因为对传感器自诊断来说，在控制检测元件6作用之前和之后曲线7和8之间的相位偏移和压力改变才是重要的。
上面已经提到，用与膜片损坏同样的方式可以通过传感器自诊断确定通道2a和/或2b和/或充有流体的空腔5中流体的泄漏，因为流体损失(油的损失)带来油与空气或环境中其它气体的交换。流体(油)和气体或其他流体不同的可压缩性导致参考曲线7和测量曲线8之间的明显相位偏移，该相位偏移在传感器自诊断时出现。
上面已经提到，测量曲线8在流体体积从测压装置1中流出时会重新回到体积改变前的水平，这通过一个虚线段画出。
在图3中描述了自诊断的电路系统。可以看出，一个例如用压电元件制成的检测元件6和一个用来供应电压/电流的能量输入装置9连接。压敏元件4连接到一个分析处理装置10上。用一个诊断控制/分析处理器11(带有比较器和储存参考曲线(7)的存储器)控制能量输入装置9和分析处理装置10。
在规定的时间间隔T1中诊断控制器11控制能量输入装置9，使得在规定的时间段T2期间给检测元件6输入电能。这样会产生上面提及的检测元件6的体积膨胀。分析处理装置10测得压敏元件4在时间段T2中传送的曲线走向，这已经在对图2的说明中述及。诊断控制/分析处理器11将传送的曲线走向与储存的按照参考曲线7的曲线走向做比较。
完好的测压装置1在诊断时间段T2中记录的曲线与参考曲线7很接近。当测压装置1产生变化时(例如一个或多个膜片3a和/或3b破裂，和/或通道2a和/或通道2b中有泄漏，和/或充有流体的空腔5中流体泄漏)，依照图2会产生一个近似于曲线8的记录曲线，其相位偏移以及通过体积变化引起的压力变化与参考曲线7相比超出规定的公差值。然后诊断控制/分析处理器11输出信号到显示设备12，报告测压装置1故障(故障信息)。
在诊断时间段T2中出现的测压装置1(此处为压力差传感器)的测量值当然只用于诊断，并不能用作上一级测量和调节设备的传感器信号。
对包含多个测压装置1(此处为压力差传感器)的系统，能量输入装置9、分析处理装置10、诊断控制/分析处理器11和显示设备12能有利地用于所有测压装置1，这时要逐个作用于单个测压装置。
诊断时间段T2的长度以及两次诊断之间的时间段T1的长度可以在一个很大的范围内变动，这里当然应考虑上一级测量和调节设备的标准。
本发明前面以压力差传感器为例进行说明。以同样的方式和方法，本发明也可用于绝对压力传感器和相对压力传感器。绝对压力传感器当然只需要一个充有流体的通道和一个膜片。相对压力传感器则将目标压力(过程压力)与环境压力做比较。
前面将一个压电元件作为检测元件6。只要它能优选用电能来引发和实现体积变化，也可用其它测量元件代替。用同样的方式和方法体积变化当然也可以采取非电动方式，比如气动来引发等。
附图标记列表1 测压装置(测量单元)2a 第一充有流体的通道2b 第二充有流体的通道3a 第一膜片3b 第二膜片4 压敏元件5 充有流体的空腔6 检测元件7 用压敏元件4在膜片完好时获得的“参考曲线”8 用压敏元件4在当前膜片破损时获得的“测量曲线”9 能量输入装置10 分析处理装置11 诊断控制/分析处理器12 显示设备A 电压和/或电流和/或负荷值p1 第一压力p2 第二压力t 时间T1 检测元件6两次作用之间的时间间隔T2 检测元件6作用的诊断时间段
权利要求
1.监测一个绝对压力-或压力差-或相对压力传感器中的一个测压装置(1)状态的装置，其中安装在测压装置(1)中的一个压敏元件(4)优选通过至少一个膜片(3a，3b)可受到至少一个压力(p1，p2)的作用，其特征在于，在测压装置(1)中集成了一个检测元件(6)，该检测元件优选通过电控装置产生一种体积变化，由此造成的压力变化可被压敏元件(4)测得并可通过分析处理元件评判。
2.按权利要求1的装置，其特征在于，可设置一个自诊断电路系统，-具有一个诊断控制/分析处理器(11)，它与一个为检测元件(6)供能的能量输入装置(9)相连，-同时诊断控制/分析处理器(11)连接到压敏元件(4)的一个分析处理装置(10)上，-诊断控制/分析处理器(11)具有一个储存一个参考曲线(7)的存储器和用来把储存的参考曲线(7)和压敏元件(4)所记录的一个当前曲线(8)做比较的一个比较器，-同时诊断控制/分析处理器(11)和一个显示设备(12)相连，该显示设备可以报告测压装置的损坏。
3.监测一个绝对压力-或压力差-或相对压力传感器中的一个测压装置(1)状态的方法，其中安装在测压装置(1)中的一个压敏元件(4)优选通过至少一个膜片(3a，3b)受到至少一个压力(p1，p2)的作用，其特征在于，-在限定的诊断时间段(T2)内，在测压装置(1)中集成的检测元件(6)优选通过电控装置产生一种体积变化，-由此造成的在测压装置(1)中的压力变化被压敏元件(4)记录下来，-在诊断时间段(T2)内记录下的曲线(8)与在测压装置(1)完好时获得的一个参考曲线(7)做比较并-当记录曲线(8)和参考曲线(7)之间的偏差超出规定的公差值时给出故障信息。
全文摘要
本发明涉及一种监测一个绝对压力－或压力差－或相对压力传感器中的测压装置状态的装置和方法，其中安装在测压装置(1)中的压敏元件(4)通过至少一个膜片(3a，3b)受到至少一个压力(p1，p2)的作用。在限定的诊断时间段(T2)内，在测压装置(1)中集成的一个检测元件(6)优选通过电控装置产生一种体积变化。由此造成的压力变化被测压装置(1)中的压敏元件(4)记录下来。在诊断时间段(T2)内记录下的曲线(8)与在测压装置(1)完好时取得的参考曲线(7)做比较。在记录曲线(8)和参考曲线(7)的偏差超出规定的公差值时给出故障信息。
文档编号G01L7/00GK1690675SQ20051006761
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月21日 优先权日2004年4月21日
发明者P·克里普纳, W·肖尔茨, P·里格勒, E·阿尔蒂奥克, J·比斯库普, W·达克, R·米拉诺维克, R·默特, A·加施, F·罗里托, A·莫罗尼, F·韦基亚托, C·比安基, E·沃隆特里奥 申请人:Abb研究有限公司