專利名稱：一種調(diào)頻型流體密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是利用振動(dòng)弦自振頻率的變化來測(cè)定流體對(duì)潛沒其中的物體浮力的傳感器，屬于計(jì)量流體密度的儀器類。
河流的含沙量，污水中懸浮質(zhì)的含量，石油化工各生產(chǎn)流程中液體和氣體的密度，皆可用本實(shí)用新型進(jìn)行測(cè)量。
在本實(shí)用新型以前，國(guó)內(nèi)外較先進(jìn)的流體密度計(jì)當(dāng)推振動(dòng)筒密度計(jì)，但它的測(cè)值受流體粘度影響。最新進(jìn)展為笛可斯在1991年發(fā)表的振弦密度計(jì)(見參考文獻(xiàn)1。M.Dix and Others.A Vibrating－Wire Densimeter for Measurements in Fluids at High Pressure.International Journal of Thermophysics，Vol.12，No.2，1991，p357－370)。但它仍存在下列缺點(diǎn)1.若用來測(cè)污水與河流中渾水，則泥沙和污物會(huì)阻塞磁隙，阻礙細(xì)鎢絲的自由振動(dòng)。2.它用外加可調(diào)頻率的信號(hào)源及數(shù)字電壓表、示波器測(cè)定鎢絲的強(qiáng)迫振動(dòng)的幅度與頻率的共振曲線，太費(fèi)時(shí)間，不便于在野外及時(shí)地給出水流含沙數(shù)值。
本實(shí)用新型的目的是提供一種可直接放入河流或污水池中并可實(shí)時(shí)顯示水流所含懸浮質(zhì)(泥沙)濃度的流體密度計(jì)。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是流體密度計(jì)中的承受流體浮力的垂球浮子通過吊絲與金屬絲振弦相連，吊絲穿過儀器底部小孔，小孔為柔性止水元件密封。
本實(shí)用新型輸出的振弦切割磁力線產(chǎn)生的交變電信號(hào)的頻率將由吊球扣除它潛沒于其中的流體的浮力后之有效重量所決定，屬調(diào)頻傳感器工作方式。振弦在磁場(chǎng)中因放大器開機(jī)突加正電壓產(chǎn)生電流而被安培力激振后，又將在切割磁力線時(shí)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)被放大器放大后，一部分正分饋給振弦使克服阻尼，保持恒幅振蕩，另一部分則輸出供計(jì)測(cè)頻率之用。此頻率不受被測(cè)流體粘度影響，卻確定地因流體密度大小而變化。
與1991年12卷第2期國(guó)際熱物理學(xué)報(bào)第357到370頁(yè)笛可斯的論文提出的流體密度計(jì)相比，本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型有柔性止水元件保護(hù)，被測(cè)流體不會(huì)進(jìn)入磁氣隙，不會(huì)與振弦直接接觸；所以可以做為測(cè)流鉛魚的一個(gè)組成部分，放置到含泥沙的河流或污水池中測(cè)量水流所含懸浮質(zhì)(泥沙)的濃度。2.上列國(guó)際熱物理學(xué)報(bào)論文中的振弦密度計(jì)是用強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)共振曲線的峰值以確定密度，該法一般要用三、四臺(tái)儀器測(cè)20個(gè)以上的測(cè)值，才能確定被測(cè)流體密度，本實(shí)用新型采用帶反饋回路的放大器與磁場(chǎng)中振弦共同構(gòu)成機(jī)電耦合振蕩器，(見參考文獻(xiàn)2本實(shí)用新型設(shè)計(jì)人孫厚鈞的論文力學(xué)測(cè)試技術(shù)中的一種數(shù)字傳感器與機(jī)電耦合振蕩理論。載1987年第3期氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量控制期刊)，其本征頻率即為被測(cè)密度的單值函數(shù)，故只需測(cè)定其輸出電信號(hào)的頻率(一個(gè)測(cè)值)即可實(shí)時(shí)給出被測(cè)流體密度(或所含泥沙的濃度)，較便捷。
以下結(jié)合附圖具體說明圖1為工作原理框圖，N、S代表永磁磁極。本實(shí)例中采用鎢絲作為振弦張緊在磁隙中，振弦上端連接片固定于流體密度計(jì)器壁上，器壁則固定在測(cè)流大鉛魚上，而大鉛魚則懸掛在跨河纜或索橋上。振弦下端的連接片上懸吊著一個(gè)垂球浮子(1)，垂球浮子(1)的重量大于被測(cè)密度最大時(shí)該球排開的同體積的流體的重量。當(dāng)振弦柔韌細(xì)金屬絲的尺寸及材質(zhì)已定時(shí)，其自振頻率由垂球浮子(1)的有效重量——扣除流體浮力以后的浮重，所唯一地確定。振弦上端連接片在電學(xué)上與地絕緣而下端連接片則在電學(xué)上接地。放大器Amp把振弦切割磁力線產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)放大后，部分地反饋給振弦使克服阻尼保持恒幅振蕩，另外則直接輸出供計(jì)測(cè)頻率用。
附圖2為流體密度計(jì)剖面圖，附圖3為其平面圖，(1)為垂球浮子，在施測(cè)時(shí)，它將潛沒在被測(cè)流體中；(2)為球缺頂平面，供固定吊絲用；(3)為固定吊絲夾頭；(4)為乳膠硫化止水箍；(5)為吊絲；(6)為柔韌波紋膜止水套；(7)為止水套壓固環(huán)片；(8)為密度計(jì)底部封裝拼板，由左右兩半塊拼成，中有棱形空腔供填充硅膠用；(9)為振弦下端連接片，有懸垂自由度，但當(dāng)垂度過大時(shí)會(huì)限位，以保護(hù)振弦免于斷裂；(10)為振弦，由非磁性金屬絲作成，在本實(shí)例中采用鎢釷錸合金絲；(11)為純鐵磁極；(12)為永磁鐵塊，本實(shí)例中用釹鐵硼永磁塊；(13)為純鐵極靴；(14)為振弦上端連接片，本實(shí)例中上下端連接片皆為鈹青銅薄片，它與振弦鎢絲經(jīng)熔接焊連接在一起；(15)為上端連接片壓板；(16)為橫梁，(16)與(15)一起固定住振弦上端。(15)、(16)皆由絕緣陶瓷作成。(17)為放大器集成片或運(yùn)算放大器芯片；(18)為支承橫梁的銅螺絲支承柱；(19)為銅環(huán)底座，它是支柱、橫梁與磁回路組件的固定基礎(chǔ)，銅環(huán)底座(19)由螺釘固定在密度計(jì)底板上。底板和銅環(huán)底座在中心有同心園孔，以便組裝內(nèi)部元件。組裝完畢，此園孔被封裝拼板(8)所封閉；(20)為引出線導(dǎo)管，其三根引出線，G為地線，C為＋12電源陽(yáng)極線，a為放大器輸出信號(hào)線。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.不受被測(cè)流體粘度及污物影響，可固定在測(cè)流大鉛魚的腹部與外界水流相通的龕穴內(nèi)，直接測(cè)河流含沙量不需要再把河水吸出樣品，攜回實(shí)驗(yàn)室烘干稱重。
2.振弦金屬絲電阻值很小，耦合噪音干擾少；而且調(diào)頻輸出，故便于遙傳。
3.可實(shí)時(shí)給出流體密度的瞬時(shí)值。


圖1為工作原理框圖，圖2為流體密度計(jì)A－A剖面圖，圖3為去掉容器蓋和橫梁的密度計(jì)平面圖。
1——垂球浮子；2——垂球球缺頂平臺(tái)；3——吊絲夾頭；4——乳膠硫化止水箍；5——吊絲；6——柔韌波紋膜止水套；7——止水套壓固環(huán)片；8——底部封裝拼板；9——振弦下端連接片；10——振弦金屬絲；11——純鐵磁極；12——永磁鐵塊；13——純鐵極靴；14——振弦上端連接片；15——壓板；16——橫梁；17——放大器集成片；18——銅螺絲支承柱；19——銅環(huán)底座；20——引出線導(dǎo)管；a 輸出信號(hào)芯線c 電源＋12芯線G 地線芯線
權(quán)利要求1.一種調(diào)頻型流體密度計(jì)，有儀器外殼和底座，垂球浮子(1)和浮力測(cè)量裝置，其特征在于垂球浮子(1)雖被柔韌波紋膜止水套(6)屏蔽于浮力測(cè)量裝置之外，但卻經(jīng)吊絲(5)與振弦金屬絲(10)相連，振弦金屬絲(10)自振時(shí)切割磁力線產(chǎn)生交變電信號(hào)送給放大集成片(17)放大后由引出線導(dǎo)管(20)的a芯線輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)頻型流體密度計(jì)，其特征在于振弦金屬絲(10)的下端連接片(9)底邊在儀器處于流體之外時(shí)被銅環(huán)底座(19)制動(dòng)，構(gòu)成超負(fù)荷限位器。
專利摘要一種調(diào)頻型流體密度計(jì)，可用來在線實(shí)時(shí)測(cè)定河流含沙量、污水懸浮質(zhì)含量，亦可在線測(cè)定化工、醫(yī)藥、食品、石油工業(yè)中漿液的濃度與油液和氣體的密度。測(cè)量信息為數(shù)字式，便于遙傳。傳感器的敏感元件，振弦，不接觸被測(cè)流體，故其振動(dòng)不受流體粘度影響；浮子自由懸垂于振弦下端，沒有材質(zhì)溫度線膨脹系數(shù)差異派生的誤差。故不會(huì)因被測(cè)流體的粘度，溫度與壓強(qiáng)而影響儀器精度。
文檔編號(hào)G01N9/24GK2129411SQ9223137
公開日1993年4月7日 申請(qǐng)日期1992年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月29日
發(fā)明者孫厚鈞, 宋傳琳, 王文海 申請(qǐng)人:孫厚鈞, 宋傳琳, 王文海