[發明專利]諧振筒式液體密度傳感器

有效

• 申請號: 201210219818.3
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102735586A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 李杏華;邸梅仙;樊玉銘;羅金星
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及液體密度的測量，具體講，涉及諧振筒式液體密度傳感器。?

背景技術

密度是液體的重要物理特性之一，液體密度的測量在食品制造、石油化工以及航空航天等領域有著非常重要的意義。諧振式傳感器可實現在線連續測量，具有穩定性好、分辨率高、測量精度高、易實現數字化遠距離傳輸等優越的性能，成為當今人們研究的熱點。根據諧振子的形狀，諧振式傳感器可以分為振筒式、振弦式、薄板式、音叉式、U型管式、雙管式、單管式等。國內研究的諧振式液體密度計的形式主要有振動管式、振動膜式和振動筒式。目前國內已有不少科研人員在研究用諧振式原理測量液體密度，但大多處于研發階段，還沒有達到成品化。中國專利CN1837775A公開了一種諧振式液體密度在線測量傳感器，其工作原理是利用薄壁圓筒的固有頻率測量液體密度，它的激振、拾振線圈與被測液體接觸，實際應用中這種結構需要做完全的絕緣保護，否則影響測量精度及整個系統工作的可靠性，此外，其振動筒、激振、拾振線圈完全浸在被測液體中，容易被被測液體污染，其不容易清理維護。文獻【1】中設計的薄壁圓筒諧振式液體密度傳感器，其工作原理與中國專利CN1837775A諧振式液體密度在線測量傳感器相同，其工作模態選擇為m＝1，n＝2，這一振型階數較低，檢測起來比較困難且對精度要求較高，其對應的諧振頻率較高，即激振需要的能量較高。振動筒的工作環境為內外側均浸入被測液體，遇到的問題與專利CN1837775A諧振式液體密度在線測量傳感器相同。?

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，可以實時、在線測量被測液體密度，測量精度高、穩定可靠，并且結構簡單、體積小、便于安裝維護，可以在惡劣條件下使用，為達到上述目的，本發明采取的技術方案是，諧振筒式液體密度傳感器，由諧振筒、膜片、線圈底座、激振線圈、拾振線圈、整體外殼、防油航插、機殼和電路板殼組成，諧振筒采用分體式結構，通過激光焊接諧振筒分別與膜片、線圈底座連為一體，根據工作模態m＝1，n＝3，采用單激振、雙拾振的工作方式，一個激振線圈、兩個拾振線圈橫向位置為沿諧振筒徑向均布，縱向位置為沿諧振筒有效長度的中部，并通過線圈底座上的螺紋孔實現定位與固定；整體外殼與諧振筒外圍結構采用高壓沖壓并激光焊接的方法實現密封連接，保證諧振筒外側及激振、拾振線圈與被測液體隔絕；整體外殼與機殼采用螺釘連接，機殼與電路板殼通過螺紋連接連為一體，電路板放于電路板殼中，使機電部分合為一體；通過防油航插實現一個激振線圈、兩個拾振線圈與電路板殼內電路板的電氣連接并保證連接處的密封性；電路板放入電路板殼后，密封電路板殼；電路板殼與防油航插的接口處也要保證密封；機殼通過螺釘實現與外界的安裝固定。?

諧振筒采用3J53恒彈合金制作而成，筒壁厚度為0.08mm。?

膜片采用鈹青銅QBe1.9加工制作而成，厚度為0.2mm。?

由四個電阻構成惠斯通電橋實現被測液體污染檢測，電橋臂上的兩個電阻固定于不與被測液體接觸的位置，另外兩個電阻浸于被測液體中，這四個電阻組成差動電橋，當電橋輸出電壓超出設定值時，說明被測液體被污染。?

一個激振線圈、兩個拾振線圈的位置設計為橫向沿諧振筒徑向均布，即線圈軸線之間夾角為120°，縱向為諧振筒有效長度的中部位置。?

本發明的技術特點及效果：?

(1)本發明采用彈性薄壁圓柱筒作為諧振元件，諧振筒的材料為3J53恒彈合金，其厚度只有0.08mm，諧振筒上端采用簡固支、下端采用固支結構，選擇m＝1，n＝3振動模態作為工作模態，振型簡單，激振容易，工作穩定可靠。?

(2)本發明采用單激振、雙拾振的工作方式，系統抗干擾性較高，可確保系統在足夠大的量程內滿足唯一模態的自激條件，當被測介質發生變化時，可以避免產生“跳頻”現象。雙拾振方式還可以提高系統精度。?

(3)諧振筒內側充滿液體，外側與被測液體隔絕，激振線圈、拾振線圈固定在諧振筒外側，即與被測液體隔絕，不需要進行漏電保護，并且這種設計結構不易被污染，方便清理、維護。?

(4)激振線圈、拾振線圈外側有螺紋，與線圈底座采用螺紋連接，方面調試線圈與諧振筒的位置。?

(5)諧振筒上端外側與膜片連接，膜片材料為鈹青銅QBe1.9，厚度為0.2mm。當諧振筒正常工作時，膜片起到支撐、連接和緩沖的作用，避免了諧振筒直接與整體外殼相連時易產生的疲勞斷裂，提高了諧振筒的穩定性和使用壽命。?

(6)采用機械、電路一體設計，通過螺釘與外界實現機械連接，防油航插實現電氣連接，使用方面，可移植性強。?