專利名稱：諧振式液體密度在線測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振式液體密度在線測量傳感器，屬于液體質(zhì)量測量裝置。
背景技術(shù)：
目前液體密度測量的方法有電容式、浮子式、放射式、超聲波、振動式等多種方式。
諧振式測量傳感器及其測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不僅簡單、尺寸小、重量輕、磨損小，而且可靠性高、測量精度高、效率高、響應(yīng)快。因此，多年來國內(nèi)外利用振動原理研制了大量的、各種形式的液體密度測量傳感器，其中有雙管式、單管式、U型管式、單板式、短管式等。如英國Solartron(蘇力強(qiáng))電子有限公司產(chǎn)品7380型密度測量傳感器，密度測量范圍0-3g/cm3；溫度-50-110℃；壓力可以到5.001Mpa；測量精度為2×10-4g/cm3；其產(chǎn)品還有雙管式、單管式7820型、NT1794型、1797型、3092型、3093型、7188型等。日本橫河電機(jī)制作所的便攜式FD77型，Yamato科學(xué)有限公司U型管式DM41型，Kyoto公司DA-101型。美國Bellhoer公司的產(chǎn)品；還有板式結(jié)構(gòu)的Barton公司產(chǎn)生的660系列傳感器為蒙乃爾合金(鎳、銅、鐵合金，抗酸性)，為防腐鍍金結(jié)構(gòu)；瑞士華嘉機(jī)械有限公司產(chǎn)生的U型管式DMA40、55D型系列產(chǎn)品；還有奧地利、德國等國家生產(chǎn)的諧振式密度傳感器。Oval-(奧巴爾)公司的Agar(阿加)FD78型短管式結(jié)構(gòu)等。
我國只有少數(shù)產(chǎn)生的產(chǎn)品SM型諧振型油品密度測量傳感器僅僅用于食用油的密度測量，其測量密度范圍為0.87-0.94g/cm3；測量精度1×10-3g/cm3；還有NMZ-20型等產(chǎn)品均如此。它們均為雙管式結(jié)構(gòu)。
上述產(chǎn)品中其形式多為單管式、雙管式密度傳感器或U型管式液體密度傳感器及與其匹配的測量儀器。它們的特點是在被測量管道開口旁路連接形成測量管道或者將被測量液體用器械輸入U型管內(nèi)進(jìn)行石油的密度測量、民用食用油的密度測量、其他液體的測量。它們都不適應(yīng)于在線密度測量。而日本Oval-(奧巴爾)公司的Agar(阿加)FD78型，英國Smith公司2056型是短管型結(jié)構(gòu)的液體密度測量傳感器。這種傳感器的特點是可以使傳感器在油箱內(nèi)進(jìn)行在線測量液體的密度。然而該類型的傳感器，目前西方工業(yè)國家對我國進(jìn)行禁運。
因此，多年來，在我國對液體密度的測量是采用單管式、雙管式的測量方式，其在線測量精度低，在很大限度上影響了油品的測量，阻礙了油量測量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種諧振式液體密度在線測量傳感器，該測量傳感器具有整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、在線測量精度最高的特點。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于，該測量傳感器包括置于外圓筒體4內(nèi)的振動器及在外圓筒體4上蓋板3上的設(shè)置的溫度傳感器2，和外圓筒體4之上的箱體1內(nèi)的處理電路，外圓筒體4的下面與下端蓋5連接，所述的振動器包括振動殼體6，與振動殼體同心的諧振動管8，在諧振動管8的中部兩側(cè)，且垂直于諧振動管8分別設(shè)置的激振線圈7和拾振線圈11，諧振動管8的下端設(shè)置濾網(wǎng)9；所述的處理電路包括諧振電路13、正反饋激振耦合電路14、混合信號式單片微型處理機(jī)15、溫度傳感器及測量電路16、電源變換電路及其輸出輸入接口17；并且在外圓筒體4的筒體的下端開設(shè)流體輸入口10，在外圓筒體4的上蓋板3開設(shè)流體流出口12。
上述的振動殼體6為不銹鋼圓筒體，它的下端和上端分別設(shè)制外法蘭和內(nèi)法蘭，圓筒壁厚為8mm，外法蘭與外圓筒體4相連，內(nèi)法蘭固定諧振動管8。
上述的諧振動管8采用型號為3J58(Ni43CrTi)的恒彈性鎳鉻彈性鋼制成圓柱薄壁型短筒，幾何尺寸為φ30mm×70mm、壁厚為0.2mm，頻率溫度系數(shù)為1×10-5/℃；密度為8g/cm3；彈性模量為0.8×10-5。
上述的激振線圈7采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圓柱體，其中芯鑲?cè)敫邔?dǎo)磁體。
上述的拾振線圈11采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圓柱體，其中芯鑲?cè)敫邔?dǎo)磁體，本發(fā)明的優(yōu)點在于，①可以在線連續(xù)測量；②測量精度高；(一般可以達(dá)到0.1％以上)③頻率信號，易實現(xiàn)數(shù)字化遠(yuǎn)傳；④使用率高，穩(wěn)定性、可靠性好。因此通過諧振式密度計可以實現(xiàn)流體質(zhì)量密度的測量，實現(xiàn)液體密度在線過程質(zhì)量的自動計算和控制。所述的諧振式在線液體密度傳感器與測量儀是振動式密度測量傳感器與測量儀器中整體結(jié)構(gòu)最小的、在線測量精度最高、在線測量精度可以達(dá)到0.05％；測量范圍寬，可以測量石油或其他流體，測量對象可以是密閉容器(油箱)或其他流動的管道，使測量液體密度的過程不受殘余物的影響，免除了大量復(fù)雜的設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高了抗干擾能力，避免了放射性污染，因而可以完全浸入在被測流體之中實現(xiàn)真正意義上的流體內(nèi)在線檢測，與被測量流體體積相結(jié)合獲得密封容器(油箱)內(nèi)航空煤油的質(zhì)量，提高了流體測量的精度，它可以工作于惡劣的在線測量環(huán)境，傳感器工作溫度可以達(dá)到-55℃~+120℃，同時具有在復(fù)雜噪聲環(huán)境中。


圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖2為本發(fā)明的振動器結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖3為本發(fā)明的處理電路框圖。
圖中1箱體；2溫度傳感器；3上蓋板；4外圓筒體；5下蓋板；6振動殼體；7激振線圈；8諧振動管；9濾網(wǎng)；10流體輸入口；11拾振線圈；12流體流出口；13諧振電路；14正反饋激振耦合電路；15混合信號單片機(jī)處理系統(tǒng)；16溫度傳感器測量電路；17電源變換電路及其輸出輸入接口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)說明如下本發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器，它的外圓筒體4為一個φ100mm×100mm和箱體1的50mm×100mm×100mm結(jié)合的橢圓階梯形狀長方體。其中φ100mm×100mm外圓筒體內(nèi)裝振動器。50mm×100mm×100mm長方體內(nèi)裝處理電路板。振動器主要包括φ30mm×70mm、壁厚為0.2mm的諧振動管8以及在諧振動管8中部的兩側(cè)分別設(shè)置的激振線圈7和拾振線圈11，與箱體內(nèi)的處理電路相結(jié)合。該傳感器在液體流動過程中產(chǎn)生固有振蕩，諧振動管8的固有諧振蕩周期與被測量液體的密度具有確定的函數(shù)關(guān)系。
本發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器是根據(jù)管振動理論，其測量原理公式為ρx=ρ[(d1d2)2-1][(TxT)2-1];]]>其中，ρx為被測液體密度；ρ為標(biāo)準(zhǔn)液體密度；d1諧振管的外徑；d2為諧振管的內(nèi)經(jīng)；TX被測液體振動周期；T標(biāo)準(zhǔn)液體振動周期。因為準(zhǔn)確的測量常數(shù)d1、d2、和ρ值比較困難，因此常用已知密度的標(biāo)準(zhǔn)流體水、空氣來決定常數(shù)值。
設(shè)k0=ρ[(d1d2)-1],]]>于是得到ρx=k0[(TxT)2-1]=-k0+k2Tx2;]]>其中， 其線性化通常表示為ρx=-k0+k1Tx+k2Tx2.]]>此式為振動式密度計的分度特性原理公式。
諧振式在線液體密度傳感器實現(xiàn)液體的密度測量過程當(dāng)被測量液體通過諧振式在線液體密度傳感器的外圓筒體流體輸入口10，進(jìn)入振動體的諧振動管，從而使諧振動管的內(nèi)部質(zhì)量發(fā)生變化，這種變化成為諧振動管固有諧振蕩的周期信息，通過拾振線圈及拾振電路獲取。再經(jīng)過處理電路的正反饋激振耦合電路14、混合信號單片機(jī)處理系統(tǒng)輸出15，提供由于流體的變化使諧振動管固有諧振蕩的能量損失。這種能量的損失是通過激勵線圈及激振電路補(bǔ)充的，從而使得諧振動管固有諧振蕩得以維持?；旌闲盘枂纹瑱C(jī)處理系統(tǒng)將這種變化的固有諧振蕩周期信息變換為密度數(shù)值，通過RS422通訊接口輸出，為使用者提供被測量液體的密度信息。
本發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器是振動式密度測量傳感器與測量儀器中整體結(jié)構(gòu)最小、在線測量精度可以達(dá)到0.01％以上；密度測量范圍寬。它可以測量石油或其他流體，測量對象可以是密閉容器(油箱)或其他流動的管道，使測量液體密度的過程不受殘余物的影響，免除了大量復(fù)雜的設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高了抗干擾能力，避免了放射性污染；它可以完全浸入在被測流體之中實現(xiàn)真正意義上的流體內(nèi)在線檢測。
本發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器安裝于機(jī)載容器(油箱)內(nèi)，對燃油系統(tǒng)密度進(jìn)行高精度的測量。它與被測量流體的容器的體積相結(jié)合獲得密封容器(油箱)內(nèi)航空煤油的質(zhì)量，提高了流體質(zhì)量測量的精度；它適于惡劣的在線測量機(jī)載環(huán)境，具有在復(fù)雜噪聲環(huán)境中，抗強(qiáng)電磁干擾、抗振動、沖擊、濕熱等特點。它是機(jī)載環(huán)境燃油系統(tǒng)密度測量技術(shù)向數(shù)字化、綜合化、智能化方向發(fā)展的需要。該發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器完全可以應(yīng)用于民航飛機(jī)等運輸工具之中。
本發(fā)明諧振式在線液體密度傳感器與測量儀可以直接安裝于石油公司各種油箱內(nèi)進(jìn)行密度測量，或石油工業(yè)各類油品的的密度測量以及各種工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、貿(mào)易的油類、液體、氣體的在線檢測。例如目前使用石油交易中，已經(jīng)改為采用計量油品的質(zhì)量進(jìn)行交易。在油品質(zhì)量交易中，將該傳感器直接安裝在油品結(jié)算的油罐底部。該密度傳感器即可進(jìn)行實時在線計量出該油品的密度，并輸出為實時被測油品的密度值和測量時的溫度。它可以與流量表相結(jié)合及時計算獲得所購買的油品質(zhì)量。而不是交易后，再從所購買的油品中抽檢密度，由此所帶來的誤差，將對交易雙方帶來矛盾和交涉。同時它還可以用于大型工廠生產(chǎn)過程中在線檢測人們飲用飲料液體的密度測量、濃度測量、成份測量、檢測飲料純凈程度等。
權(quán)利要求
1.一種諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于，該測量傳感器包括置于外圓筒體(4)內(nèi)的振動器及在外圓筒體(4)上蓋板(3)上的設(shè)置的溫度傳感器(2)，和外圓筒體(4)之上的箱體(1)內(nèi)的處理電路，外圓筒體(4)的下面與下端蓋(5)連接，所述的振動器包括振動殼體(6)，與振動殼體同心的諧振動管(8)，在諧振動管(8)的中部兩側(cè)，且垂直于諧振動管(8)分別設(shè)置的激振線圈(7)和拾振線圈(11)，諧振動管(8)的下端設(shè)置濾網(wǎng)(9)；所述的處理電路包括諧振電路(13)、正反饋激振耦合電路(14)、混合信號式單片微型處理機(jī)(15)、溫度傳感器測量電路(16)、電源變換電路及其輸出輸入按口(17)；并且在外圓筒體(4)的筒體的下端開設(shè)流體輸入口(10)，在外圓筒體(4)的上蓋板(3)開設(shè)流體流出口(12)。
2.按權(quán)利要求1所述的諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于振動殼體(6)為不銹鋼圓筒體，它的下端和上端分別設(shè)制外法蘭和內(nèi)法蘭，圓筒壁厚為8mm，外法蘭與外圓筒體(4)相連，內(nèi)法蘭固定諧振動管(8)。
3.按權(quán)利要求1所述的諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于諧振動管(8)采用型號為3J58的恒彈性鎳鉻彈性鋼制成圓柱薄壁型短筒，幾何尺寸為φ30mm×70mm、壁厚為0.2mm，頻率溫度系數(shù)為1×10-5/℃；密度為8g/cm3；彈性模量為0.8×10-5。
4.按權(quán)利要求1所述的諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于激振線圈(7)采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圓柱體，其中芯鑲?cè)敫邔?dǎo)磁體。
5.按權(quán)利要求1所述的諧振式液體密度在線測量傳感器，其特征在于拾振線圈(11)采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圓柱體，其中芯鑲?cè)敫邔?dǎo)磁體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振式液體密度在線測量傳感器，屬于液體質(zhì)量測量裝置。該傳感器包括外圓筒體、外圓筒體之上的溫度傳感器及箱體。外圓筒體內(nèi)設(shè)置振動器，振蕩器包括諧振動管、振動殼體、激振線圈、拾振線圈和濾網(wǎng)。箱體內(nèi)設(shè)置處理電路板上包括激振電路、拾振電路、正反饋激振耦合電路、混合信號式單片微型處理機(jī)、溫度傳感器的測量電路、電源變換電路。本發(fā)明的優(yōu)點在于整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、在線測量精度最高、穩(wěn)定性、可靠性好。該傳感器可以實現(xiàn)多種流體質(zhì)量密度的測量。它所測量的油品密度可以用于間接檢測油品的質(zhì)量，同時還可以用在線檢測飲料液體的密度、濃度、成份等測量以及其他液體的密度在線測量之中。
文檔編號G01N9/24GK1837775SQ200610013559
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者樊玉銘, 裘祖榮 申請人:天津大學(xué)