本實用新型屬于液體傳感器檢測技術領域，具體涉及一種音叉式流體密度變送器。

背景技術：

密度是液體的重要物理性質，測量液體密度是醫(yī)藥、食品、石油化工等諸多行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質量控制的重要手段之一。因此，液體密度的測量對企業(yè)有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的液體密度測量方法，如天平稱量法、密度瓶法、浮計法等，這類方法主要是手動操作、人工讀數(shù)，其測量過程復雜、采樣量大、耗時長，且易受人為因素的影響，故只能用于非連續(xù)的測量場合，不能將物理量轉換成電信號進而實現(xiàn)直觀的數(shù)字顯示和生產(chǎn)過程的在線測量，因此無法實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的自動化。

音叉式流體密度檢測裝置是根據(jù)音叉諧振原理在線檢測流體密度，在密度變送器工作過程中被測流體流過音叉式密度變送器便可檢測出流體的密度。音叉的諧振頻率與音叉物理特性有關，根據(jù)諧振頻率與音叉內流體質量的相關公式，測得其諧振頻率即可測得流體質量，而音叉管臂內容積一定，進而測得流體的密度?，F(xiàn)有的單U型密度變送器，測得流體密度的精度低、體積大且比較重。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上問題的不足，本實用新型提供了一種音叉式流體密度變送器，通過音叉的振動頻率實時測量管路內流動液體的密度、濃度，本實用新型體積小、重量輕、精度高且便于安裝。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型一種音叉式流體密度變送器，包括音叉體、檢測器和驅動器，所述音叉體包括兩個鏡像設置的U型管臂以及兩U型管臂對應兩端吻合后連接的兩根平行的引出管，所述兩根引出管插接在固定基座上，通過兩引出管的管口輸入或輸出待測流體；

在兩個U型管臂上鏡像設置有一對橫梁，在兩橫梁之間分別設置有第一磁芯機構和第二磁芯機構，所述第一磁芯機構的外圍設置有第一線圈，所述第二磁芯機構的外圍設置有第二線圈，所述第一磁芯機構與第一線圈構成所述檢測器，用于檢測音叉體的振動頻率；所述第二磁芯機構與第二線圈構成所述驅動器，用于提供驅動力以維持音叉體的持續(xù)振動。

檢測器的檢測線圈通過嵌入引鐵內的永久磁鐵可以將音叉的機械振動轉化為電信號，電信號經(jīng)功率放大器通過驅動器的驅動線圈在引鐵上產(chǎn)生電磁力驅動音叉臂維持振動，音叉體的振動頻率與液體密度具有一定的函數(shù)關系，以實現(xiàn)對液體密度的實時在線測量。

進一步地，所述第一線圈和第二線圈均為管狀線圈，該第一線圈和第二線圈并列套設在兩個對稱的弧形線圈卡中，所述弧形線圈卡通過一支撐架與所述固定基座相連。

進一步地，所述支撐架是由兩塊支撐板構成的人字支架。

進一步地，所述第一磁芯機構和第二磁芯機構均設有兩塊引鐵，每一個磁芯機構中的兩塊引鐵分別相對設置在兩橫梁上，在其中一塊引鐵上固定有永久磁鐵。

進一步地，所述第一磁芯機構中的永久磁鐵和第二磁芯機構的永久磁鐵位于同一橫梁上的引鐵中。

進一步地，所述引鐵通過螺絲固定在所述橫梁上。

進一步地，同一磁芯機構中的兩引鐵之間的相對間隙為2mm。也是為了留有空間讓音叉臂可以自由振動。

進一步地，所述引鐵為圓柱形。

進一步地，所述第一磁芯機構和第一線圈之間以及第二磁芯機構和第二線圈之間均留有能讓音叉臂自由振動的間隙。

進一步地，所述引出管上貼附安裝有用于檢測管路溫度的溫度計。所述溫度計用于實時檢測管路內的液體溫度，補償音叉體的彈性模量變化，以提高對液體密度的檢測精度。

由上述方案可知，本實用新型提供的一種音叉式流體密度變送器，根據(jù)音叉振動原理采用電磁驅動方式維持音叉體的持續(xù)振動，通過音叉的振動頻率實時測量管路內流動液體的密度、濃度，本實用新型體積小、重量輕、精度高且便于安裝。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。

圖1(a)為音叉結構圖；

圖1(b)為圖1(a)的音叉運動等效圖；

圖1(c)為圖1(b)的進一步運動等效圖；

圖1(d)為金屬薄壁管構成的音叉結構圖；

圖2為實施例一音叉式密度變送器結構圖一；

圖3為實施例一音叉式密度變送器結構圖二；

圖4為實施例一音叉式密度變送器結構圖三；

圖5為實施例一音叉式密度變送器剖視圖；

圖6為本實施例振蕩頻率與液體密度之間的非線性關系圖。

1、1A-U型管臂、2、2A-橫梁、3、3A-引鐵、4、4A、4B、4C-螺絲、5、5A- 線圈骨架、6、6A-線圈、7、7A-支撐板、8、8A-永久磁鐵、9、9A-引鐵、11、 11A-引出管、12、12A-螺釘、13、13A-線圈卡、14-固定基座、15-溫度計

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的產(chǎn)品，因此只是作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

實施例：

本實施例提供了一種音叉式流體密度變送器，如圖2～圖5所示，包括音叉體、檢測器和驅動器，所述音叉體包括兩個鏡像設置的U型管臂1、1A以及兩 U型管臂1、1A對應兩端吻合后連接的兩根平行的引出管11、11A，所述兩根引出管11、11A插接在固定基座14上，通過兩引出管11、11A的管口輸入或輸出待測流體；

兩U型管和兩引出管11、11A構成的音叉體在制造時是一體成型的，所述音叉體采用的是金屬材料；所述兩個鏡像設置的U型管臂1、1A，兩管壁內徑處處相等，每個U型管壁包括呈對稱結構的弧形管、連接弧形管的相互平行且長度相等的兩直管，以及分別連接兩直管且相互平行、長度相等的兩吻合管，弧形管和兩直管處于同一平面，兩吻合管處于同一平面，前述兩平面呈一定夾角；除了吻合管，兩U型管壁的其他部位相平行。

在兩個U型管臂1、1A上鏡像設置有一對橫梁2、2A，在兩橫梁2、2A之間分別設置有第一磁芯機構和第二磁芯機構，所述第一磁芯機構的外圍設置有第一線圈6，所述第二磁芯機構的外圍設置有第二線圈6A，所述第一磁芯機構與第一線圈6構成所述檢測器，用于檢測音叉體的振動頻率；所述第二磁芯機構與第二線圈6A構成所述驅動器，用于提供驅動力以維持音叉體的持續(xù)振動，其諧振頻率為180Hz左右。

檢測器的檢測線圈6通過嵌入引鐵3、9內的永久磁鐵8可以將音叉的機械振動轉化為電信號，電信號經(jīng)功率放大器通過驅動器的驅動線圈6A在引鐵3A、 9A上的永久磁鐵8A上產(chǎn)生電磁力驅動音叉臂維持振動，音叉體的振動頻率與液體密度具有一定的函數(shù)關系，以實現(xiàn)對液體密度的實時在線測量。

所述第一線圈6和第二線圈6A均為管狀線圈，所述管狀線圈通過導線纏繞管狀線圈骨架5、5A形成，該第一線圈6和第二線圈6A并列套設在兩個對稱的弧形線圈6、6A卡中，兩對稱的弧形線圈6、6A卡組成一個卡箍通過兩個螺釘 12、12A固定在一支撐架上，所述支撐架是由兩塊支撐板7、7A構成的人字支架，所述人字支架的兩腳與所述固定基座14相連。

所述第一磁芯機構和第二磁芯機構均設有兩塊引鐵，每一個磁芯機構中的兩塊引鐵分別相對設置在兩橫梁2、2A上，在其中一塊引鐵上固定有永久磁鐵。所述第一磁芯機構中的永久磁鐵8和第二磁芯機構的永久磁鐵8A位于同一橫梁 2、2A上的引鐵3、9中。所述引鐵3、3A、9、9A通過螺絲4、4A、4B、4C固定在所述橫梁2、2A上。所述引鐵為圓柱形。

所述第一磁芯機構和第一線圈6之間以及第二磁芯機構和第二線圈6A之間均留有能讓音叉臂自由振動的間隙。同一磁芯機構中的兩引鐵之間的相對間隙為2mm。也是為了留有空間讓音叉臂可以自由振動。

所述引出管11、11A上貼附安裝有用于檢測管路溫度的溫度計15。所述溫度計15用于實時檢測管路內的液體溫度，補償音叉體的彈性模量變化，以提高對液體密度的檢測精度。

音叉式流體密度檢測裝置是根據(jù)音叉諧振原理在線檢測流體密度，在密度變送器工作過程中被測流體流過音叉式密度變送器便可檢測出流體的密度。

音叉結構如圖1(a)，音叉的諧振頻率與音叉物理特性有關，音叉的諧振運動可等效為圖1(b)，并可進一步簡化為圖1(c)，此時諧振頻率為：其中M為音叉臂等效質量，K為音叉臂等效彈性；圖1(d)是根據(jù)音叉形狀由金屬薄壁管構成的音叉，此時諧振頻率為其中m為音叉臂等效質量，K為音叉臂等效彈性。當管路里有流體流過時就形成了流體音叉，其諧振頻率為其中M為管路內流體質量，m為管等效質量，由此可得出流體質量管路內容積固定，測得流體質量即可得出流體密度。

本實施例采用雙U型管音叉諧振工作原理，U型管內充滿被測液體，被測液體的密度決定U型管的質量，U型管的質量決定音叉諧振頻率，由振蕩頻率測得液體密度；如圖6所示，由于振蕩頻率與液體密度之間為非線性關系，應用本實施例的密度傳感器采用多段折線以獲得較高精度，折線中的折點為系統(tǒng)標定點；系統(tǒng)有兩個標定點就可以正常工作，標定點越多精度越高，標定點最多為六個，選擇適當?shù)臉硕ǐ@得較高精度。

本實施例的音叉式流體密度變送器，實現(xiàn)管路內流動液體密度、濃度的在線檢測，檢測范圍為0～2g/cm³，測量精度為0.001g/cm³，凈重小于等于7.5kg 體積小、重量輕、精度高、便于安裝，其重量與單U型管流體密度變送器相比，近其十分之一。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的范圍當中。