DE102019111695A1 - Measuring device - Google Patents

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DE102019111695A1 DE102019111695.3A DE102019111695A DE102019111695A1 DE 102019111695 A1 DE102019111695 A1 DE 102019111695A1 DE 102019111695 A DE102019111695 A DE 102019111695A DE 102019111695 A1 DE102019111695 A1 DE 102019111695A1
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Olaf Textor
Thomas Blödt
Jan Schleiferböck
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Endress and Hauser SE and Co KG
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Endress and Hauser SE and Co KG
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (1) zur Bestimmung eines Druckes und eines Dielektrizitätswertes eines in einem Behälter (2) befindlichen Mediums (3). Dabei basiert die Druckmessung auf dem kapazitiven Messprinzip, wonach auf einer Druck-verformbaren Messmembran (12) und auf einem gegenüberliegenden Grundkörper (11) jeweils eine Elektrode (14a, 14b) eines Kondensators angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird der Dielektrizitätswert bestimmt, indem die Elektrode (14b) der Messmembran (12) mit einer definiert geformten Aussparung (16) ausgelegt wird. An einer dritten Elektrode (17), die in etwa die Form der Aussparung (16) aufweist, und die in der Druckkammer (13) am Grundkörper (11) deckungsgleich zur Aussparung (16) angeordnet ist, wird ein derartiges Messsignal (sx) an der dritten Elektrode (17) eingeprägt, so dass durch Auswertung eines entsprechenden Empfangssignals (sr) an der zweiten Elektrode (14b) ein Dielektrizitätswert des Mediums (3) bestimmbar ist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau können somit der Druck und der Dielektrizitätswert mit derselben Messvorrichtung unabhängig voneinander bestimmt werden.The invention relates to a measuring device (1) for determining a pressure and a dielectric value of a medium (3) located in a container (2). The pressure measurement is based on the capacitive measuring principle, according to which an electrode (14a, 14b) of a capacitor is arranged on a pressure-deformable measuring membrane (12) and on an opposing base body (11). According to the invention, the dielectric value is determined in that the electrode (14b) of the measuring membrane (12) is designed with a defined recess (16). Such a measurement signal (sx) is applied to a third electrode (17), which has approximately the shape of the recess (16) and which is arranged in the pressure chamber (13) on the base body (11) congruent with the recess (16) the third electrode (17), so that a dielectric value of the medium (3) can be determined by evaluating a corresponding received signal (sr) at the second electrode (14b). With the structure according to the invention, the pressure and the dielectric value can thus be determined independently of one another with the same measuring device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Druckes und des Dielektrizitätswertes eines Mediums in einem Behälter.The invention relates to a measuring device and a corresponding method for determining the pressure and the dielectric value of a medium in a container.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen entsprechender Prozessmedien dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen werden Sensoren eingesetzt, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. zum Einsatz kommen. Sie erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit. Eine Vielzahl dieser Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.In automation technology, in particular in process automation technology, field devices are often used which are used to record and / or to influence process variables of corresponding process media. To record process variables, sensors are used that are used, for example, in level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc. They record the corresponding process variables, such as level, flow, pressure, temperature, pH value, redox potential or conductivity. Many of these field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.

Im Fall von Druckmessung wird der Druck häufig anhand der Verformung einer Messmembran unter einseitiger Zuführung des Druckes gemessen. Dabei kann die Messmembran als integrierter Teil einer Halbleiter-Struktur ausgebildet sein. Ein derartiger Sensor ist beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift WO 03/106952 A2 beschrieben. Daneben können als Membranmateriealien aber auch Keramiken (bspw. Al2O3) oder korrosionsfeste Metalle eingesetzt werden. Die Druckkammer, die Prinzipbedingt rückseitig zwischen der Membran und einem nicht verformbaren Grundkörper ausgebildet zu sein hat, ist in Abhängigkeit davon ausgelegt, ob der Drucksensor zur Bestimmung eines Relativ-, Differenz- oder Absolut-Druckes eingesetzt wird. Im Falle von Relativ- oder Differenzdruckmessung ist die Druckkammer komplett geschlossen und mit Vakuum oder einem konstanten Referenzdruck beaufschlagt. Bei Differenzdruckmessung ist die Druckkammer zu demjenigen Drucksystem hin geöffnet, zu dessen Druck der Differenz-Druck zu bestimmen ist (also beispielsweise zur Umgebungsatmosphäre).In the case of pressure measurement, the pressure is often measured on the basis of the deformation of a measuring membrane with the pressure being supplied on one side. The measuring membrane can be designed as an integrated part of a semiconductor structure. Such a sensor is for example in the publication WO 03/106952 A2 described. In addition, ceramics (for example Al 2 O 3 ) or corrosion-resistant metals can also be used as membrane materials. The pressure chamber, which in principle has to be formed on the rear between the membrane and a non-deformable base body, is designed depending on whether the pressure sensor is used to determine a relative, differential or absolute pressure. In the case of relative or differential pressure measurement, the pressure chamber is completely closed and a vacuum or a constant reference pressure is applied. When measuring differential pressure, the pressure chamber is open to that pressure system for whose pressure the differential pressure is to be determined (that is, for example, to the ambient atmosphere).

Die mechanische Verformung der Messmembrane wird mittels des (piezo-) resistiven oder mittels des kapazitiven Prinzips in ein elektrisches Messsignal umgewandelt. Dies bedeutet, dass ein oder mehrere resisitive oder kapazitive Elemente an der Messmembran angeordnet sind, deren Widerstand bzw. Kapazität sich mit der Verformung ändert.The mechanical deformation of the measuring membrane is converted into an electrical measuring signal using the (piezo) resistive or capacitive principle. This means that one or more resistive or capacitive elements are arranged on the measuring membrane, the resistance or capacitance of which changes with the deformation.

Im Bereich der Prozessautomatisierungstechnik sind aus dem Stand der Technik bereits diverse Druckmesseinrichtungen bekannt: In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 101 491 U1 wird beispielsweise eine Temperaturkompensation der Druckmessung bei einer keramikbasierten Druckmesseinrichtung für die Prozessautomatisierungstechnik beschrieben. In diesem Fall erfolgt die Temperaturmessung an der Membran durch einen Infrarot-Sensor.In the field of process automation technology, various pressure measuring devices are already known from the state of the art: In the utility model DE 20 2016 101 491 U1 For example, a temperature compensation of the pressure measurement in a ceramic-based pressure measurement device for process automation technology is described. In this case, the temperature on the membrane is measured by an infrared sensor.

Neben dem Druck im Behälter ist es je nach Anwendung erstrebenswert, zusätzliche Eigenschaften des Mediums, das sich im Behälter befindet, bestimmen zu können. Eine aussagekräftige Größe ist hierbei der Dielektrizitätswert bzw. der Permeabilitätswert. Die Bestimmung des Dielektrizitätswertes (auch bekannt als „Dielektrizitätskonstante“ oder „Relative Permittivität“) von Medien in Behältern ist unter anderem gasförmigen oder flüssigen Medien von großem Interesse, da dieser Wert einen zuverlässigen Indikator für Verunreinigungen, den Feuchtegehalt oder die Stoffzusammensetzung darstellen kann. Auch zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes kann nach dem Stand der Technik auf das kapazitive Messprinzip zurückgegriffen werden. Dabei wird der Effekt genutzt, dass sich die Kapazität eines Kondensators proportional mit dem Dielektrizitätswert desjenigen Mediums, das sich zwischen den zwei Elektroden des Kondensators befindet, ändert. Daneben ist es auch möglich, den Dielektrizitätswert mittels Laufzeit- oder Phasenmessung von Hochfrequenz-Signalen zu messen. Messgeräte, die nach einem solchen Messprinzip arbeiten, werden beispielsweise von der Firma IMKO unter dem Produktnamen TRIME® vertrieben.In addition to the pressure in the container, depending on the application, it is desirable to be able to determine additional properties of the medium in the container. A meaningful quantity here is the dielectric value or the permeability value. The determination of the dielectric value (also known as "dielectric constant" or "relative permittivity") of media in containers is of great interest, among other things, in gaseous or liquid media, as this value can represent a reliable indicator of contamination, moisture content or material composition. According to the state of the art, the capacitive measuring principle can also be used to determine the dielectric value. This makes use of the effect that the capacitance of a capacitor changes proportionally with the dielectric value of the medium that is located between the two electrodes of the capacitor. In addition, it is also possible to measure the dielectric value by means of transit time or phase measurement of high-frequency signals. Measuring devices that work according to such a measuring principle are sold, for example, by the company IMKO under the product name TRIME®.

Da es bei vielen Prozessen ist es von Interesse, sowohl den Druck als auch den Dielektrizitätswert des momentan vorliegenden Prozessmediums zu kennen, ist es hierzu notwendig, zwei separate Messvorrichtungen einzusetzen, da das Messsignal der einen Messgröße prinzipiell von der jeweils anderen Messgröße beeinflussbar ist.Since it is of interest in many processes to know both the pressure and the dielectric value of the process medium currently present, it is necessary to use two separate measuring devices for this purpose, since the measurement signal of one measured variable can in principle be influenced by the other measured variable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung bereitzustellen, mit der sowohl der Druck, als auch der Dielektrizitätswert eines gasförmigen Mediums in einem Behälter bestimmt werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a measuring device with which both the pressure and the dielectric value of a gaseous medium in a container can be determined.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Druckes und eines Dielektrizitätswertes eines in einem Behälter befindlichen Mediums. Hierzu umfasst die Messvorrichtung:

  • - Einen Grundkörper,
  • - eine Messmembran, die derart ausgestaltet und auf dem Grundkörper angeordnet ist,
    • • dass die Messmembran zum Grundkörper hin eine Druckkammer einschließt, und
    • • dass die Messmembran in Abhängigkeit des zu messenden Druckes, der von einer dem Grundkörper abgewandten Fläche auf die Messmembran wirkt, verformbar ist,
  • - einen Kondensator, mit
    • • einer ersten Elektrode, die in der Druckkammer am Grundkörper angeordnet ist, und
    • • einer zweiten Elektrode, die derart an der Messmembran in der Druckkammer angeordnet ist, dass eine erste Kapazität des Kondensators vom Druck abhängig ist,
  • - eine Auswertungs-Einheit, die ausgestaltet ist, um anhand der ersten Kapazität des Kondensators den Druck des Mediums zu bestimmen.
The invention solves this problem with a measuring device for determining a pressure and a dielectric value of a medium located in a container. For this purpose, the measuring device comprises:
  • - a basic body,
  • - A measuring membrane which is designed and arranged on the base body,
    • • that the measuring membrane encloses a pressure chamber towards the base body, and
    • • that the measuring membrane is deformable depending on the pressure to be measured, which acts on the measuring membrane from a surface facing away from the base body,
  • - a capacitor, with
    • • a first electrode, which is arranged in the pressure chamber on the base body, and
    • • a second electrode which is arranged on the measuring membrane in the pressure chamber in such a way that a first capacitance of the capacitor depends on the pressure,
  • - An evaluation unit which is designed to determine the pressure of the medium on the basis of the first capacitance of the capacitor.

Unter dem Begriff „Einheit“ wird im Rahmen der Erfindung prinzipiell jede elektronische Schaltung verstanden, die für den angedachten Einsatzzweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung wie ein FPGA oder einen Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Einheiten der Messvorrichtung im Sinne der Erfindung potentiell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben physikalischen Digitalschaltung betrieben werden.In the context of the invention, the term “unit” is understood to mean in principle any electronic circuit that is designed to be suitable for the intended use. Depending on the requirements, it can therefore be an analog circuit for generating or processing corresponding analog signals. However, it can also be a digital circuit such as an FPGA or a storage medium in conjunction with a program. The program is designed to carry out the corresponding process steps or to apply the necessary arithmetic operations of the respective unit. In this context, different electronic units of the measuring device in the sense of the invention can potentially also access a common physical memory or be operated by means of the same physical digital circuit.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Messvorrichtung aus durch:

  • - Eine definiert geformte Aussparung in der zweiten Elektrode,
  • - eine dritte Elektrode, die in etwa die Form der Aussparung aufweist, und die in der Druckkammer am Grundkörper in etwa deckungsgleich zur Aussparung der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Dabei ist die Auswertungs-Einheit ausgelegt, ein derartiges Messsignal an der dritten Elektrode einzuprägen, dass durch Auswertung eines entsprechenden Empfangssignals an der zweiten Elektrode ein Dielektrizitätswert und/oder ein Permeabilitätswert des Mediums bestimmbar ist.According to the invention, the measuring device is characterized by:
  • - A defined shaped recess in the second electrode,
  • a third electrode which has approximately the shape of the recess and which is arranged in the pressure chamber on the base body approximately congruently with the recess of the second electrode.
The evaluation unit is designed to impress such a measurement signal on the third electrode that a dielectric value and / or a permeability value of the medium can be determined by evaluating a corresponding received signal at the second electrode.

Durch die dritte Elektrode in Verbindung mit der Aussparung wird erfindungsgemäß ermöglicht, den Dielektrizitätswert zu messen, ohne die Druckmessung am ersten Kondensator wesentlich zu beeinflussen. Zudem kann die Messvorrichtung durch diese Konzipierung bezüglich der Messmembran prinzipiell mit der gleichen Kompaktheit ausgelegt werden, wie es bei reinen Druckmessgeräten nach dem kapazitativen Messprinzip der Fall ist.The third electrode in connection with the recess makes it possible according to the invention to measure the dielectric value without significantly influencing the pressure measurement on the first capacitor. In addition, due to this conception, the measuring device can in principle be designed with the same compactness with regard to the measuring membrane as is the case with pure pressure measuring devices based on the capacitive measuring principle.

Prinzipiell ist es im Rahmen der Erfindung nicht vorgegeben, in welcher Form die Auswertungs-Einheit das Messsignal zur Ansteuerung der dritten Elektrode erzeugen muss. Zur Erzeugung des Messsignals gibt es zumindest zwei Möglichkeiten: Die Auswertungs-Einheit kann das Messsignal einerseits als elektrisches Hochfrequenz-Signal, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 400 MHz und 20 GHz, erzeugen, sofern es einen entsprechenden Hochfrequenz-Generator umfasst. In diesem Fall wird über die dritte Elektrode ein entsprechendes elektromagnetisches Hochfrequenz-Signal zumindest im Nahfeld abgestrahlt und an der zweiten Elektrode empfangen. Da die Transmission des elektromagnetischen Hochfrequenz-Signals im Medium von dessen Dielektrizitätswert abhängt, kann die Auswertungseinheit bei entsprechender Auslegung den Dielektrizitätswert bzw. den Permeabilitätswert durch Messung einer Amplitude, einer Phasenverschiebung, eines frequenzabhängigen Amplituden-Spektrums, einer Laufzeit des Empfangssignals in Bezug zum Messsignal oder einer Kombination mehrerer dieser Messgrößen ermitteln.In principle, it is not specified within the scope of the invention in which form the evaluation unit must generate the measurement signal to control the third electrode. There are at least two options for generating the measurement signal: the evaluation unit can generate the measurement signal as an electrical high-frequency signal, in particular with a frequency between 400 MHz and 20 GHz, provided it includes a corresponding high-frequency generator. In this case, a corresponding electromagnetic high-frequency signal is emitted at least in the near field via the third electrode and received at the second electrode. Since the transmission of the electromagnetic high-frequency signal in the medium depends on its dielectric value, the evaluation unit can, with appropriate design, determine the dielectric value or the permeability value by measuring an amplitude, a phase shift, a frequency-dependent amplitude spectrum, a transit time of the received signal in relation to the measurement signal or a combination of several of these metrics.

Zur Erzeugung des Messsignals kann die Auswertungs-Einheit alternativ auch so ausgelegt werden, dass anhand des Empfangssignals eine zweite Kapazität zwischen der dritten Elektrode und der zweiten Elektrode bestimmt werden kann. Es kann also beispielsweise mittels eines Wechselspannungssignals die Impedanz zwischen der zweiten und der dritten Elektrode und somit die Kapazität zwischen der dritten Elektrode und der zweiten Elektrode ermittelt werden. Dementsprechend ist die Auswertungs-Einheit in diesem Fall so zu konzipieren, dass sie anhand der zweiten Kapazität beispielsweise mittels eine Look-Up-Table den Dielektrizitätswert bzw. den Permeabilitätswert des Mediums bestimmen kann. Dabei kann die Look-up-Table beispielsweise durch eine entsprechende Kalibrations-Messung bei einem Medium mit bekanntem Dielektrizitätswert erstellt werden.To generate the measurement signal, the evaluation unit can alternatively also be designed such that a second capacitance between the third electrode and the second electrode can be determined on the basis of the received signal. For example, the impedance between the second and the third electrode and thus the capacitance between the third electrode and the second electrode can be determined by means of an AC voltage signal. In this case, the evaluation unit must accordingly be designed in such a way that it can determine the dielectric value or the permeability value of the medium on the basis of the second capacitance, for example by means of a look-up table. The look-up table can be created, for example, by means of a corresponding calibration measurement for a medium with a known dielectric value.

Auch die Formgebung der Aussparung und der dritten Elektrode ist erfindungsgemäß nicht fest vorgegeben: Bei runder Auslegung der Messmembran bietet es sich an, dass auch die Aussparung und dritte Elektrode in etwa ringförmig ausgelegt sind. Denkbar sind jedoch auch eine mäanderförmige, rechteckige oder spiralförmige Auslegung der Aussparung und der dritten Elektrode.According to the invention, the shape of the recess and the third electrode is also not permanently specified: If the measuring membrane is round, it is advisable that the recess and third electrode are also designed approximately in the form of a ring. However, a meandering, rectangular or spiral design of the recess and the third electrode is also conceivable.

Zu einer verbesserten Stabilität der Druckmessung kann die Messvorrichtung in der Form erweitert werden, dass in der Druckkammer am Grundkörper um die dritte Elektrode herum eine ringförmige vierte Elektrode angeordnet ist, deren Fläche insbesondere in etwa der Fläche der ersten Elektrode entspricht. To improve the stability of the pressure measurement, the measuring device can be expanded in such a way that an annular fourth electrode is arranged around the third electrode in the pressure chamber on the base body, the area of which in particular corresponds approximately to the area of the first electrode.

In diesem Fall ist die Auswertungs-Einheit auszulegen, um den Druck des Mediums anhand einer Kapazitäts-Differenz zwischen der Kapazität des ersten Kondensators und einer dritten Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der vierten Elektrode zu bestimmen. Die Sensitivität der Dielektrizitätswert-Messung kann erhöht werden, wenn die dritte Elektrode eine mindestens um 5 %, insbesondere um ca. 20 % kleinere Fläche als die Fläche der Aussparung aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass ein erhöhter Anteil des Messignals der dritten Elektrode durch die Aussparung hindurch in das Medium abstrahlt.In this case, the evaluation unit must be designed to determine the pressure of the medium on the basis of a capacitance difference between the capacitance of the first capacitor and a third capacitance between the first electrode and the fourth electrode. The sensitivity of the dielectric value measurement can be increased if the third electrode has an area which is at least 5%, in particular approx. 20% smaller than the area of the recess. This ensures that an increased proportion of the measurement signal from the third electrode is emitted through the recess into the medium.

Analog zu der erfindungsgemäßen Messvorrichtung wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, durch ein korrespondierendes Verfahren zum Betrieb der Messvorrichtung gelöst. Folgende Verfahrensschritte umfasst das Verfahren:

  • - Bestimmung der ersten Kapazität des ersten Kondensators,
  • - Bestimmung des Druckes des Mediums anhand der ersten Kapazität,
  • - Einprägung des Messsignals an der dritten Elektrode, und
  • - Bestimmung des Dielektrizitätswertes des Mediums anhand des entsprechenden Empfangssignals an der zweiten Elektrode.
Dabei kann der Druck und der Dielektrizitätswert je nach Leistungsfähigkeit der Auswertungs-Einheit entweder zeitgleich oder zyklisch abwechselnd bestimmt werden.Analogously to the measuring device according to the invention, the object on which the invention is based is achieved by a corresponding method for operating the measuring device. The process comprises the following steps:
  • - Determination of the first capacitance of the first capacitor,
  • - Determination of the pressure of the medium based on the first capacity,
  • - Imprinting of the measurement signal on the third electrode, and
  • - Determination of the dielectric value of the medium based on the corresponding received signal at the second electrode.
The pressure and the dielectric value can be determined either simultaneously or alternately, depending on the performance of the evaluation unit.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung an einem Behälter,
  • 2: eine Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, und
  • 3: eine Draufsicht auf die Elektroden der Messvorrichtung.
The invention is explained in more detail using the following figures. It shows:
  • 1 : A schematic representation of the measuring device according to the invention on a container,
  • 2 : a cross-sectional view of the measuring device according to the invention, and
  • 3 : a plan view of the electrodes of the measuring device.

Zum allgemeinen Verständnis der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 ist in 1 eine schematische Anordnung der Messvorrichtung 1 an einem Behälter 2 gezeigt. In dem Behälter 2 befindet sich ein gasförmiges oder flüssiges Medium 3, wie beispielsweise ein Erdgas: Zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes des Mediums 3 und des Druckes im Behälter 2 ist die Messvorrichtung 1 seitlich an einem Anschluss des Behälters 2, bspw. einem Flanschanschluss angeordnet. Dabei ist eine Druck-sensitive Messmembran 12 der Messvorrichtung 1 in etwa formschlüssig zur Behälter-Innenwand angebracht. Im Anwendungsbereich der Proesstechnik erstreckt sich der zu messende Druck p potentiell über einen weiten Bereich von 1 mBar bis hin zu 40 Bar.For a general understanding of the measuring device according to the invention 1 is in 1 a schematic arrangement of the measuring device 1 on a container 2 shown. In the container 2 is a gaseous or liquid medium 3 such as a natural gas: To determine the dielectric value of the medium 3 and the pressure in the container 2 is the measuring device 1 on the side of a connection on the container 2 , for example. A flange connection. There is a pressure-sensitive measuring membrane 12 the measuring device 1 attached approximately positively to the inner wall of the container. In the field of application of the test technology, the pressure p to be measured potentially extends over a wide range from 1 mBar up to 40 bar.

Die Messvorrichtung 1 kann mit einer übergeordneten Einheit 4, zum Beispiel einem Prozessleitsystem, verbunden sein. Als Schnittstelle kann etwa „PROFIBUS“, „HART“, „Wireless HART“ oder „Ethernet“ implementiert sein. Hierüber kann der ermittelte Druck oder der Dielektrizitätswert als Betrag, oder komplexwertig mit Realteil und Imaginärteil übermittelt werden. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand der Messvorrichtung 1 kommuniziert werden.The measuring device 1 can with a parent unit 4th , for example a process control system. "PROFIBUS", "HART", "Wireless HART" or "Ethernet" can be implemented as the interface. The determined pressure or the dielectric value can be transmitted as an amount or as a complex value with real part and imaginary part. However, other information about the general operating state of the measuring device can also be used 1 be communicated.

2 verdeutlicht den strukturellen Aufbau der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1: Wie es bei kapazitiver Druckmessung nach dem Stand der Technik bekannt ist, basiert die Messvorrichtung 1 auf einem Grundkörper 11, an den die Messmembran 12 angebracht ist. Der Grundkörper 11 ist so ausgestaltet, dass zwischen ihm und der Messmembran 12 eine Druckkammer 13 eingeschlossen ist. Bei dem kapazitiven Messprinzip wird der zu messende Druck p derjenigen Fläche der Messmembran 12 zugeführt, die der Druckkammer 13 bzw. dem Grundkörper 11 abgewandt ist. Dementsprechend ist diese Fläche der Messmembran 12 nach Installation in der Prozessanlage dem Innenraum des Behälters 2, in dem der Druck p zu bestimmen ist, zugewandt. Dabei kann es sich dem Behälter im Sinne der Erfindung beispielsweise auch ein Rohr einer Prozessanlage handeln. 2 illustrates the structural design of the measuring device according to the invention 1 : As is known from prior art capacitive pressure measurement, the measuring device is based 1 on a base body 11 to which the measuring membrane 12 is appropriate. The basic body 11 is designed so that between it and the measuring membrane 12 a pressure chamber 13 is included. With the capacitive measuring principle, the pressure to be measured becomes p that surface of the measuring membrane 12 fed to the pressure chamber 13 or the base body 11 is turned away. Accordingly, this area is the measuring membrane 12 after installation in the process plant the interior of the container 2 , in which the pressure p is to be determined, facing. In the context of the invention, the container can also be, for example, a pipe of a process plant.

Je nachdem, ob die Druckmesseinrichtung 1 für Absolut- oder Relativdruckmessung eingesetzt wird, ist die Druckkammer 13 der Messvorrichtung 1 entweder mit Vakuum oder mit einem konstanten Referenzdruck beaufschlagt. Nicht dargestellt ist eine mögliche Auslegung der Messvorrichtung 1 für Differenzdruckmessung, bei der die Druckkammer 13 eine Öffnung zum Anschluss an ein entsprechendes Differenzdrucksystem (beispielsweise die Umgebungsatmosphäre) aufweist.Depending on whether the pressure measuring device 1 is used for absolute or gauge pressure measurement is the pressure chamber 13 the measuring device 1 either with a vacuum or with a constant reference pressure. A possible design of the measuring device is not shown 1 for differential pressure measurement in which the pressure chamber 13 has an opening for connection to a corresponding differential pressure system (for example the ambient atmosphere).

Wie es bei kapazitiver Druckmessung bereits bekannt ist, befindet sich in der Druckkammer 13 der Messvorrichtung 1 ein erster Kondensator 14. Hierbei wird dieser Kondensator 14 aus einer ersten Elektrode 14a, die am Grundkörper 11 angeordnet ist, sowie einer zweiten Elektrode 14b, die der ersten Elektrode 14a in der Druckkammer 13 in etwa gegenüberliegend an der Messmembran 12 angeordnet ist, gebildet. Die Kapazität C des ersten Kondensators 14 lässt sich hierbei näherungsweise durch die Formel für Plattenkondensatoren beschreiben: C = ε 0 ε r r 2 l

Figure DE102019111695A1_0001
As is already known with capacitive pressure measurement, it is located in the pressure chamber 13 the measuring device 1 a first capacitor 14th . Here this capacitor 14th from a first electrode 14a that are on the base body 11 is arranged, and a second electrode 14b that of the first electrode 14a in the pressure chamber 13 roughly opposite on the measuring membrane 12 is arranged, formed. The capacitance C of the first capacitor 14th can be approximately described by the formula for plate capacitors: C. = ε 0 ε r r 2 l
Figure DE102019111695A1_0001

In Bezug zu der Messvorrichtung 1 entspricht I dem Abstand der zwei Elektroden 14a, 14b des ersten Kondensators 14, bzw. der Höhe der Druckkammer 13. Im Falle einer Silizium-basierten Messmembran 12 wird im nicht ausgelenkten Zustand standardmäßig ein Abstand I von mindestens ca. 1 µm gewählt, während der Abstand I bei Verwendung von Keramik mit mindestens ca. 20 µm bemessen wird. Bei dem Maß r handelt es sich im Falle von runder Auslegung der Elektroden 14a, 14b um deren Radius. Durch die in 1 gezeigte Anordnung erfährt der erste Kondensator 14 eine Kapazitätsänderung, wenn sich der Druck p ändert, der auf die Fläche der Messmembran 12, die der Druckkammer 13 bzw. dem Grundkörper 11 abgewandt ist, wirkt. Wie aus der Formel zur Kapazität C des ersten Kondensators 14 nahegelegt wird, ist es zur Verstärkung der Kapazitätsänderung bei gegebener Änderung des Druckes p zudem bekannt, die Druckkammer 14 mit einem dielektrischem Material (bspw. entsprechenden Ölen oder vergleichbaren Fluiden) mit einem Dielektrizitätswert εr größer 1 zu füllen. Typischerweise wird der erste Kondensator 14 so ausgelegt, dass dessen Kapazität C im Bereich von wenigen pF bis hin zu ca. 100 nF beträgt.In relation to the measuring device 1 I corresponds to the distance between the two electrodes 14a , 14b of the first capacitor 14th , or the height of the pressure chamber 13 . In the case of a silicon-based measuring membrane 12 a distance I of at least approx. 1 µm is selected as standard in the undeflected state, while the distance I when using ceramic is measured to be at least approx. 20 µm. The dimension r is in the case of a round design of the electrodes 14a , 14b around their radius. The in 1 The arrangement shown experiences the first capacitor 14th a change in capacitance when the pressure p changes, which acts on the surface of the measuring membrane 12 that the pressure chamber 13 or the base body 11 is turned away, acts. As from the formula for the capacitance C of the first capacitor 14th is suggested, it is also known to amplify the change in capacitance for a given change in pressure p, the pressure chamber 14th to be filled with a dielectric material (e.g. corresponding oils or comparable fluids) with a dielectric value ε r greater than 1. Typically the first capacitor 14th designed so that its capacitance C is in the range of a few pF up to approx. 100 nF.

Somit kann der Kapazität C des Kondensators 14 ein dezidierter Druckwert p zugeordnet werden, beispielsweise nach entsprechender Kalibration der Messvorrichtung 1. Dabei hängt der Messbereich des zuführbaren Druckes p neben der Dimensionierung der Kapazität C des Kondensators 14 im Wesentlichen von der Auslegung der Messmembrangeometrie ab (beispielsweise könnte eine Unterdimensionierung der Dicke der Messmembran 3 bei zu hohem Druck p zu einem Membranbruch führen; Bei Überdimensionierung der Dicke ist die Auslenkung ΔI der Messmembran 12 zu gering, um eine Kapazitätsänderung des Kondensators 14 zu bewirken). Im Fall von Silizium wird der Durchmesser d der Messmembran 12 in der Praxis mit ca. 1,5 mm bemessen, im Fall von Keramik wird der Durchmesser d mit ca. 1 cm leicht höher ausgelegt. Zu einer geeigneten Auslegung der Geometrie der Messmembran 12 in Abhängigkeit des Druckes p kann sich außerdem der aus der Statik herleitbare Zusammenhang Δ l ( p ) = p d 4 6 E t 3

Figure DE102019111695A1_0002
zunutze gemacht werden. Entsprechend der Formel hat unter anderem das Elastizitätsmodul E des verwendeten Messmembranmaterials (vorwiegend Silizium oder eine Keramik, insbesondere Al2O3) Einfluss auf die Membranauslenkung. Außerdem liegt der Formel die Annahme zugrunde, dass die Messmembran 12 kreisrund mit einem definierten Durchmesser d ausgelegt ist. Bei dem in 2 dargestellten Aufbau entspricht die Messmembranauslenkung der maximalen Änderung des Abstandes zwischen den Elektroden 14a, 14b in der Mitte der Messmembran 12. Außerdem kann zur Bemaßung der Dicke t der Messmembran 12 kann die Formel Δ lmax= 1 2 l @ p m a x
Figure DE102019111695A1_0003
als Bemessungsgrundlage verwendet werden. Durch die planare Anordnung der Elektroden 14a, 14b ist es möglich, diese beispielsweise als Leiterbahn auszulegen oder mittels mikrostrukturier-fähiger Metallisierungstechnologien, wie Sputtern oder CVD („Chemical Vapor Deposition“), herzustellen.Thus, the capacitance C of the capacitor 14th a dedicated pressure value p can be assigned, for example after a corresponding calibration of the measuring device 1 . The measuring range of the feedable pressure p depends on the dimensioning of the capacitance C of the capacitor 14th essentially depends on the design of the measuring membrane geometry (for example, undersizing the thickness of the measuring membrane 3 lead to a diaphragm rupture if the pressure p is too high; If the thickness is oversized, the deflection ΔI of the measuring membrane is 12 too small to change the capacitance of the capacitor 14th to effect). In the case of silicon, the diameter becomes d of the measuring diaphragm 12 in practice measured at approx. 1.5 mm, in the case of ceramic the diameter d is designed to be slightly higher at approx. 1 cm. For a suitable design of the geometry of the measuring membrane 12 depending on the pressure p, the relationship that can be derived from the statics can also be established Δ l ( p ) = p d 4th 6th E. t 3
Figure DE102019111695A1_0002
can be used. According to the formula, the modulus of elasticity E of the measuring membrane material used (primarily silicon or a ceramic, in particular Al 2 O 3 ) has an influence on the membrane deflection. In addition, the formula is based on the assumption that the measuring membrane 12 is designed to be circular with a defined diameter d. The in 2 The structure shown corresponds to the measuring membrane deflection of the maximum change in the distance between the electrodes 14a , 14b in the middle of the measuring membrane 12 . In addition, to dimension the thickness t of the measuring membrane 12 can the formula Δ lmax = 1 2 l @ p m a x
Figure DE102019111695A1_0003
can be used as a tax base. Due to the planar arrangement of the electrodes 14a , 14b It is possible, for example, to design them as a conductor track or to manufacture them using metallization technologies that can be microstructured, such as sputtering or CVD (“Chemical Vapor Deposition”).

Wie in 2 angedeutet ist, sind die erste Elektrode 14a und die zweite Elektrode 14b des Kondensators 14 elektrisch jeweils mit einer Auswertungs-Einheit 15 verbunden. Somit kann die Auswertungs-Einheit 15 durch Bestimmung der Kapazität C des Kondensators 14 den Druck im Behälter 2 ermitteln. Dabei kann die Kontaktierung der Elektroden 14a, 14b beispielsweise über entsprechende Durchführungen im Grundkörper 11 erfolgen.As in 2 is indicated are the first electrode 14a and the second electrode 14b of the capacitor 14th electrically each with an evaluation unit 15th connected. Thus the evaluation unit can 15th by determining the capacitance C of the capacitor 14th the pressure in the container 2 determine. The contacting of the electrodes 14a , 14b for example via corresponding bushings in the base body 11 respectively.

Zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes bzw. der Permeabilität weist die Messvorrichtung 1 erfindungsgemäß eine definiert geformte Aussparung 16 in der zweiten Elektrode 14b auf der Messmembran 12 auf, wie in der Draufsicht in 3 gezeigt ist. Korrespondierend hierzu ist in der Druckkammer 13 am Grundkörper 11 eine dritte Elektrode 17 in etwa deckungsgleich zur Aussparung 16 der zweiten Elektrode 14b angeordnet. Dabei weist die dritte Elektrode 17 prinzipiell dieselbe Form der Aussparung 16 auf. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsvariante sind die Aussparung 16 und die dritte Elektrode 17 ringförmig ausgelegt, wobei ein Steg 18 den inneren Bereich der zweiten Elektrode 14b elektrisch mit deren äußeren Bereich verbindet. Im Sinne der Erfindung ist es anstelle von ringförmiger Auslegung auch denkbar, die Aussparung 16 und die dritte Elektrode 17 mit einer anderen Form, wie beispielsweise einer Mäanderform, einer Rechteckform oder einer Spiralform auszulegen.To determine the dielectric value or the permeability, the measuring device 1 according to the invention a defined shaped recess 16 in the second electrode 14b on the measuring membrane 12 as in the top view in 3 is shown. Corresponding to this is in the pressure chamber 13 on the main body 11 a third electrode 17th roughly congruent with the recess 16 the second electrode 14b arranged. The third electrode 17th basically the same shape of the recess 16 on. At the in 3 The variant shown are the recess 16 and the third electrode 17th designed in a ring, with a web 18th the inner area of the second electrode 14b electrically connects to their outer area. For the purposes of the invention, instead of an annular design, it is also conceivable to use the recess 16 and the third electrode 17th with a different shape, such as a meander shape, a rectangular shape or a spiral shape.

Diese Auslegung der zweiten Elektrode 14b mit einer Aussparung 16 und einer formgleichen dritten Elektrode 17 am Grundkörper 11 ermöglicht es, einen zweiten Kondensator 14b, 17 zwischen der zweiten Elektrode 14b und der der dritten Elektrode 17 auszubilden, wobei der Zwischenraum dieses zweiten Kondensators 14b, 17 im Gegensatz zum ersten Kondensator 14a, 14b dielektrisch vom Medium 3 beeinflusst wird. Dementsprechend kann die Auswertungs-Einheit 15 ein Messsignal sx an der dritten Elektrode 17 einprägen, so dass durch Auswertung eines entsprechenden Empfangssignals sr an der zweiten Elektrode 14b ein Dielektrizitätswert und/oder ein Permeabilitätswert des Mediums 3 bestimmbar ist. Durch diese Konfigurierung mit dem zusätzlichen zweiten Kondensator 14b, 17 lassen sich der Druck und der Dielektrizitätswert also mit einer einzigen Messvorrichtung 1 bestimmen, ohne dass der Druck das Empfangssignal sr zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes beeinflusst, und umgekehrt. Wie in 2 und 3 angedeutet ist, kann die Sensitivität zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes erhöht werden, wenn die Fläche der dritten Elektrode 17 um mindestens 5 % und bis zu 25 % kleiner als die Fläche der korrespondierenden Aussparung 16 ist.This design of the second electrode 14b with a recess 16 and a third electrode of the same shape 17th on the main body 11 allows a second capacitor 14b , 17th between the second electrode 14b and that of the third electrode 17th form, the space of this second capacitor 14b , 17th in contrast to the first capacitor 14a , 14b dielectric of the medium 3 being affected. The evaluation unit can accordingly 15th a measurement signal s x on the third electrode 17th imprint, so that by evaluating a corresponding received signal s r on the second electrode 14b a dielectric value and / or a permeability value of the medium 3 is determinable. This configuration with the additional second capacitor 14b , 17th the pressure and the dielectric value can thus be measured with a single measuring device 1 determine without the pressure the received signal s r to determine the dielectric value, and vice versa. As in 2 and 3 is indicated, the sensitivity for determining the dielectric value can be increased if the area of the third electrode 17th at least 5% and up to 25% smaller than the area of the corresponding recess 16 is.

Im Rahmen der Erfindung ist es nicht fest vorgeschrieben, mit welcher Charakteristik die Auswertungs-Einheit 15 das Messsignal sx erzeugen muss, um mittels des entsprechenden Empfangssignals sr den Dielektrizitätswert bzw. den Permeabilitätswert bestimmen zu können. Prinzipiell können hierzu zumindest zwei Messprinzipien herangezogen werden: Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Kapazität des zweiten Kondensators 14b, 17 zu bestimmen. Da die Kapazität aufgrund der Ausnehmung 16 vom Dielektrizitätswert bzw. dem Permeabilitätswert des Mediums 3 abhängt, kann der Kapazität durch die Auswertungs-Einheit 15 beispielsweise mittels entsprechender Kalibration der korrespondierende Dielektrizitätswert bzw. Permeabilitätswert zugeordnet werden.In the context of the invention it is not strictly prescribed with which characteristic the evaluation unit 15th the measurement signal s x must generate in order by means of the corresponding received signal s r to be able to determine the dielectric value or the permeability value. In principle, at least two measuring principles can be used for this: A first possibility is to measure the capacitance of the second capacitor 14b , 17th to determine. Because the capacity due to the recess 16 on the dielectric value or the permeability value of the medium 3 depends, the capacity can be determined by the evaluation unit 15th the corresponding dielectric value or permeability value can be assigned, for example, by means of appropriate calibration.

Eine zweite Möglichkeit der Messsignal-Erzeugung besteht darin, das Messsignal sx als Hochfrequenz-Signal, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 400 MHz und 20 GHz, zu erzeugen, sofern die Auswertungs-Einheit 15 einen entsprechenden Hochfrequenz-Generator umfasst. Analog zu Radarbasierter Abstands- oder Geschwindigkeits-Messung kann in diesem Fall in Bezug zum Messsignal sx die Laufzeit, die Phasenverschiebung oder eine Amplitudendämpfung des Empfangssignals sr gemessen werden. Denkbar ist auch die Erstellung eines Frequenz-abhängigen Spektrums. Aus zumindest einer dieser Messgrößen kann nach Erstellung einer entsprechenden Umrechnungstabelle wiederum der korrespondierende Dielektrizitätswert bzw. Permeabilitätswert zugeordnet werden durch die Auswertungs-Einheit 15. Sofern das Messsignal sx als Hochfrequenz-Signal erzeugt wird und die dritte Elektrode ringförmig bzw. mit einer umlaufenden Kontur ausgelegt ist, ist es zudem von Vorteil, wenn in der dritten Elektrode 17 der Umlauf durch eine Unterbrechung 19 elektrisch getrennt wird, um das das Hochfrequenz-Signal in der dritten Elektrode 17 als stehende Welle auszuprägen.A second possibility of generating the measurement signal is to use the measurement signal s x to be generated as a high-frequency signal, in particular with a frequency between 400 MHz and 20 GHz, provided the evaluation unit 15th includes a corresponding high frequency generator. Analogous to radar-based distance or speed measurement, in this case in relation to the measurement signal s x the transit time, the phase shift or an amplitude attenuation of the received signal s r be measured. It is also conceivable to create a frequency-dependent spectrum. After a corresponding conversion table has been created, the corresponding dielectric value or permeability value can in turn be assigned by the evaluation unit from at least one of these measured variables 15th . If the measurement signal s x is generated as a high-frequency signal and the third electrode is designed ring-shaped or with a circumferential contour, it is also advantageous if in the third electrode 17th the circulation by an interruption 19th is electrically separated, around which the high frequency signal in the third electrode 17th expressed as a standing wave.

Bei der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsvariante der Messvorrichtung 1 ist am Grundkörper 11 in der Druckkammer 13 um die dritte Elektrode 17 herum eine vierte Elektrode 14c ringförmig angeordnet. Dabei entspricht der Außendurchmesser der vierten Elektrode 14c dem Außendurchmesser der zweiten Elektrode 14b auf der Messmembran 12. Bei dieser Auslegung ermittelt die Auswertungs-Einheit 15 den Druck des Mediums 3 nicht lediglich anhand der Kapazität des ersten Kondensators 14a, 14b, sondern anhand einer Kapazitäts-Differenz zwischen der Kapazität des ersten Kondensators 14a, 14b und einer dritten Kapazität zwischen der ersten Elektrode 14a und der vierten Elektrode 14c. Durch die Messung dieser differentiellen Kapazität wird eine potentiell bessere Stabilität der Druckmessung erreicht. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Fläche der vierten Elektrode in etwa der Fläche der ersten Elektrode 14a entspricht, damit der erste Kondensator 14a, 14b und der dritte Kondensator 14a, 14c in etwa dieselbe Kapazität aufweisen.At the in 2 and 3 shown embodiment of the measuring device 1 is on the main body 11 in the pressure chamber 13 around the third electrode 17th around a fourth electrode 14c arranged in a ring. The outside diameter corresponds to the fourth electrode 14c the outer diameter of the second electrode 14b on the measuring membrane 12 . With this design, the evaluation unit determines 15th the pressure of the medium 3 not just based on the capacitance of the first capacitor 14a , 14b , but based on a capacitance difference between the capacitance of the first capacitor 14a , 14b and a third capacitance between the first electrode 14a and the fourth electrode 14c . By measuring this differential capacitance, a potentially better stability of the pressure measurement is achieved. It is advantageous here if the area of the fourth electrode is approximately the area of the first electrode 14a corresponds to the first capacitor 14a , 14b and the third capacitor 14a , 14c have roughly the same capacity.

Anstelle dieser differentiellen Bestimmung des Druckes p kann die vierte Elektrode 14c natürlich auch auf das Potential der ersten Elektrode 14a verschaltet sein, so dass die Auswertungs-Einheit 15 den Druck lediglich über die Kapazität des ersten Kondensators 14a/c, 14b bestimmt. Dabei ist es im Sinne der Erfindung denkbar, dass die Auswertungs-Einheit 15 den Druck und den Dielektrizitätswert zeitgleich bestimmt. Je nach Betriebsmodus ist jedoch auch eine zyklisch abwechselnde Bestimmung des Druckes und des Dielektrizitätswertes bzw. des Permeabilitätswertes möglich.Instead of this differential determination of the pressure p, the fourth electrode 14c of course also on the potential of the first electrode 14a be interconnected so that the evaluation unit 15th the pressure only through the capacity of the first capacitor 14a / c , 14b certainly. It is conceivable in the context of the invention that the evaluation unit 15th determines the pressure and the dielectric value at the same time. Depending on the operating mode, a cyclically alternating determination of the pressure and the dielectric value or the permeability value is also possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
MessvorrichtungMeasuring device
22
Behältercontainer
33
Mediummedium
44th
Übergeordnete EinheitParent unit
1111
GrundkörperBase body
1212
MessmembranMeasuring membrane
1313
DruckkammerPressure chamber
1414th
a, b Erster Kondensator / Elektroden des ersten Kondensatorsa, b First capacitor / electrodes of the first capacitor
1515th
Auswertungs-EinheitEvaluation unit
1616
AusnehmungRecess
1717th
Dritte ElektrodeThird electrode
1818th
Stegweb
1919th
UnterbrechungInterruption
sx s x
MesssignalMeasurement signal
sr s r
EmpfangssignalReceived signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 03/106952 A2 [0003]WO 03/106952 A2 [0003]
  • DE 202016101491 U1 [0005]DE 202016101491 U1 [0005]

Claims (10)

Messvorrichtung zur Bestimmung eines Druckes und eines Dielektrizitätswertes eines in einem Behälter (2) befindlichen Mediums (3), umfassend: - Einen Grundkörper (11), - eine Messmembran (12), die derart ausgestaltet und auf dem Grundkörper (11) angeordnet ist, • dass die Messmembran (12) zum Grundkörper (11) hin eine Druckkammer (13) einschließt, und • dass die Messmembran (12) in Abhängigkeit des zu messenden Druckes, der von einer dem Grundkörper (11) abgewandten Fläche auf die Messmembran (12) wirkt, verformbar ist, - einen Kondensator (14a, b), mit • einer ersten Elektrode (14a), die in der Druckkammer (13) am Grundkörper (11) angeordnet ist, und • einer zweiten Elektrode (14b), die derart an der Messmembran (3) in der Druckkammer (13) angeordnet ist, dass eine erste Kapazität des Kondensators (5) vom Druck abhängig ist, - eine Auswertungs-Einheit (15), die ausgestaltet ist, um anhand der ersten Kapazität des Kondensators (5) den Druck des Mediums (3) zu bestimmen, gekennzeichnet durch - eine definiert geformte Aussparung (16) in der zweiten Elektrode (14b), - eine dritte Elektrode (17), die in etwa die Form der Aussparung (16) aufweist, und die in der Druckkammer (13) am Grundkörper (11) in etwa deckungsgleich zur Aussparung (16) der zweiten Elektrode (14b) angeordnet ist, wobei die Auswertungs-Einheit (15) ausgelegt ist, ein derartiges Messsignal (sx) an der dritten Elektrode (17) einzuprägen, dass durch Auswertung eines entsprechenden Empfangssignals (sr) an der zweiten Elektrode (14b) ein Dielektrizitätswert und/oder ein Permeabilitätswert des Mediums (3) bestimmbar ist.Measuring device for determining a pressure and a dielectric value of a medium (3) located in a container (2), comprising: - a base body (11), - a measuring membrane (12) which is designed and arranged on the base body (11), • that the measuring diaphragm (12) encloses a pressure chamber (13) towards the base body (11), and • that the measuring diaphragm (12) acts on the measuring diaphragm (12) as a function of the pressure to be measured from a surface facing away from the base body (11) ) acts, is deformable, - a capacitor (14a, b), with • a first electrode (14a), which is arranged in the pressure chamber (13) on the base body (11), and • a second electrode (14b), which is arranged on the measuring membrane (3) in the pressure chamber (13) that a first capacitance of the capacitor (5) depends on the pressure, - an evaluation unit (15) which is designed to use the first capacitance of the capacitor ( 5) to determine the pressure of the medium (3), marked by - a defined shaped recess (16) in the second electrode (14b), - a third electrode (17) which has approximately the shape of the recess (16) and which is in the pressure chamber (13) on the base body (11) is arranged approximately congruent with the recess (16) of the second electrode (14b), the evaluation unit (15) being designed to impress such a measurement signal (s x ) on the third electrode (17) that by evaluating a corresponding received signal (s r ) at the second electrode (14b) a dielectric value and / or a permeability value of the medium (3) can be determined. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungs-Einheit (15) zur Erzeugung des Messsignals (sx) als elektrisches Hochfrequenz-Signal einen Hochfrequenz-Generator umfasst, wobei die Auswertungseinheit (15) ausgelegt ist, den Dielektrizitätswert bzw. den Permeabilitätswert durch Messung einer Amplitude, einer Phasenverschiebung, eines frequenzabhängigen Amplituden-Spektrums oder einer Laufzeit des Empfangssignals (sr) zu ermitteln.Device according to Claim 1 , characterized in that the evaluation unit (15) for generating the measurement signal (s x ) as an electrical high-frequency signal comprises a high-frequency generator, wherein the evaluation unit (15) is designed to measure the dielectric value or the permeability value by measuring an amplitude , a phase shift, a frequency-dependent amplitude spectrum or a transit time of the received signal (s r ). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenz-Generator ausgelegt ist, das Hochfrequenz-Signal (sx) mit einer Frequenz zwischen 400 MHz und 20 GHz zu erzeugen.Device according to Claim 2 , characterized in that the high-frequency generator is designed to generate the high-frequency signal (s x ) with a frequency between 400 MHz and 20 GHz. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungs-Einheit (15) ausgelegt ist, das Messsignal (sx) derart zu erzeugen, dass anhand des Empfangssignals (sr) eine zweite Kapazität zwischen der dritten Elektrode (17) und der zweiten Elektrode (14b) zu bestimmbar ist, wobei die Auswertungs-Einheit (15) ausgelegt ist, um anhand der zweiten Kapazität den Dielektrizitätswert bzw. den Permeabilitätswert des Mediums (3) zu bestimmen.Device according to Claim 1 , characterized in that the evaluation unit (15) is designed to generate the measurement signal (s x ) in such a way that, based on the received signal (s r ), a second capacitance between the third electrode (17) and the second electrode (14b) can be determined, the evaluation unit (15) being designed to determine the dielectric value or the permeability value of the medium (3) on the basis of the second capacitance. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (16) und dritte Elektrode (17) in etwa ringförmig, mäanderförmig oder spiralförmig ausgelegt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (16) and third electrode (17) are designed to be approximately ring-shaped, meandering or spiral-shaped. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckkammer (13) am Grundkörper (11) um die dritte Elektrode (17) herum eine ringförmige vierte Elektrode (14c) angeordnet ist, deren Fläche insbesondere in etwa der Fläche der ersten Elektrode (14a) entspricht, wobei die Auswertungs-Einheit (15) ausgelegt ist, den Druck des Mediums (3) anhand einer Kapazitäts-Differenz zwischen der Kapazität des ersten Kondensators (14a, 14b) und einer dritten Kapazität zwischen der ersten Elektrode (14a) und der vierten Elektrode (14c) zu bestimmen.Device according to Claim 5 , characterized in that an annular fourth electrode (14c) is arranged in the pressure chamber (13) on the base body (11) around the third electrode (17), the area of which corresponds in particular approximately to the area of the first electrode (14a), wherein the evaluation unit (15) is designed to measure the pressure of the medium (3) using a capacitance difference between the capacitance of the first capacitor (14a, 14b) and a third capacitance between the first electrode (14a) and the fourth electrode (14c ) to be determined. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode (17) eine mindestens um 5 %, insbesondere um ca. 20 % kleinere Fläche als die Fläche der Aussparung (16) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the third electrode (17) has an area which is at least 5%, in particular approx. 20% smaller than the area of the recess (16). Verfahren zur Bestimmung des Druckes und des Dielektrizitätswertes eines in einem Behälter befindlichen Mediums mittels der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend: - Bestimmung der ersten Kapazität des ersten Kondensators (14), - Bestimmung des Druckes des Mediums (3) anhand der ersten Kapazität, - Einprägung des Messsignals (sx) an der dritten Elektrode (17), und - Bestimmung des Dielektrizitätswertes des Mediums (3) anhand des entsprechenden Empfangssignals (sr) an der zweiten Elektrode (14b).Method for determining the pressure and dielectric value of a medium located in a container by means of the device according to one of the preceding claims, comprising the following method steps: - determining the first capacitance of the first capacitor (14), - determining the pressure of the medium (3) on the basis of the first capacitance, - impression of the measurement signal (s x ) on the third electrode (17), and - determination of the dielectric value of the medium (3) on the basis of the corresponding received signal (s r ) on the second electrode (14b). Verfahren nach Anspruch nach Anspruch 8, wobei der Druck und der Dielektrizitätswert zeitgleich bestimmt werden.Method according to claim according to Claim 8 , whereby the pressure and the dielectric value are determined at the same time. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Druck und der Dielektrizitätswert zyklisch abwechselnd bestimmt werden.Procedure according to Claim 8 , whereby the pressure and the dielectric value are determined cyclically alternately.
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