CN100526852C - 一种谐振式测量液体密度传感器 - Google Patents

Abstract

一种谐振式测量液体密度的传感器，它包括膜片、膜片基座、压电激振器、压电拾振器、膜片电路盒、膜片箱体法兰结构和端盖，在传感器的结构中，膜片加工要保证膜片的两个平面的平面度和平行度，将膜片和膜片基座通过真空电子束焊焊接成一个整体，膜片箱体法兰结构和膜片基座通过螺纹连接，压电拾振器和压电激振器分别粘合在膜片的同一侧，膜片电路盒和膜片基座通过螺纹连接。本系统测量精度高、稳定可靠，且结构简单、体积小优点。

Description

一种谐振式测量液体密度传感器

技术领域

本发明涉及一种谐振式测量液体密度传感器，用于液体密度的测量。

背景技术

目前，已经有不少科研人员在研究用谐振式原理测量密度的方法，但大多处于研发阶段，还没有达到成品化的阶段。由于密度的测量往往受到温度、压力影响，因此在测定中，除了测定质量和体积外，还须精确测量其压力和温度。中国专利89217849.3公开了一种振动膜片式密度传感器，它的膜片是通过压模固定在基座上，并且固定周边与有效振动面之间有斜面衰减带，而且是分体的，振膜式密度传感器激振器采用的是电磁线圈，拾振器采用的是半导体应变片，并且要分别安装在膜片的两侧，如果要是测量液体的密度，膜片的两侧都要和液体接触，实际上这种结构还要做完全绝缘的保护，否则会影响测量的精度，且工作不易稳定可靠。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种不需要绝缘、测量精度高、稳定可靠，且结构简单、体积小的谐振式测量液体密度传感器。

本发明的技术解决方案：一种谐振式测量液体密度传感器，其特点在于：包括膜片、膜片基座，压电激振器、压电拾振器、膜片电路盒、膜片箱体法兰结构和端盖，将膜片和膜片基座通过电子束焊焊接成一个整体，膜片箱体法兰结构和膜片基座通过螺纹连接，压电拾振器和压电激振器分别粘合在膜片的同一侧，膜片电路盒和膜片基座通过螺纹连接。

本发明的原理：利用膜片和液体接触时，此时膜片的固有频率与在空气中的固有频率的不同，固有频率的变化与液体的密度变化有关，以变化的频率来反映被测液体的密度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用弹性膜片作为谐振元件，膜片采用周边固支的结构，即膜片和周围的结构是一体加工出来的，膜片的振型简单，不容易引起振型的跳变，工作稳定可靠；

(2)采用真空电子束焊将膜片和膜片基座通过电子束焊焊接成一个整体，真空电子束焊具有热源能量密度大，熔深大，焊速快，热影响区小，不产生变形，所以用真空电子束焊将膜片和膜片基座焊接，可以防止热加工引起膜片的变形，设计膜片的结构质量相对于整个传感器的结构质量很小，所以外界振动对于整个传感器的影响比较小；

(3)压电拾振器和压电激振器粘贴在膜片的同一侧，并且靠近在膜片的圆周边上，这样检测的信号最强，使用压电拾振器和压电激振器使得传感器的激励和拾振的方式简单，体积小，而且整个检测容易电路实现；而且在进行测量液体密度时不需要膜片的两侧同时接触液体，压电陶瓷片和液体不相接触，不需要漏电保护。

附图说明

图1为本发明的结构装配示意图；

图2为本发明的膜片结构主视图；

图3为本发明的膜片结构侧视图；

图4为本发明的膜片基座结构主视图；

图5为本发明的膜片基座结构侧视图；

图6为本发明的膜片与箱体连接的法兰结构主视图；

图7为本发明的膜片与箱体连接的法兰结构侧视图；

图8为本发明的膜片电路盒结构主视图；

图9为本发明的膜片电路盒结构侧视图；

图10为本发明的端盖结构示意图。

具体实施方式

如图1—10所示，本发明由膜片电路盒1、膜片基座2、压电激振器3、膜片4、膜片箱体法兰结构5、压电拾振器6和端盖7组成，膜片4和膜片基座2用真空电子束焊焊接成一体，膜片基座2和膜片箱体法兰结构5通过螺纹连接，膜片基座3和膜片电路盒1通过螺纹连接，压电激振器3和压电拾振器6粘贴在膜片的同一侧，这与以往膜片密度传感器是不同的。被测液体通过箱体法兰连接5与液体的容器相连接，端盖7盖住膜片电路盒1。

如图2、3所示，膜片4是这个传感器的最重要的部件，所以采用弹性合金钢3J53，它的加工质量直接影响传感器的性能，采用精加工的方法将其加工成型，其两个平面的平面度和平行度要一致，膜片厚度为0.4mm～0.6mm。

如图4、5所示，膜片基座2主要的作用是将膜片4与膜片箱体法兰结构5和电路盒1连接起来，这样连接有三个目的：(1)和箱体法兰结构5通过螺纹连接形成一个封闭的腔体，便于对待测液体进行实时的在线测量；(2)和电路盒1通过螺纹连接形成一个可以安装控制电路的腔体，将激励电路和拾振电路安装在其中；(3)便于安装压电拾振器6和压电激振器3。

本发明的工作过程：在空气中测量出膜片的固有频率，由电路产生一个白噪声信号，激励压电元件以一个有一定带宽的频率振动，压电元件激励膜片振动，然后由拾振压电元件拾取膜片的振动频率，并且将信号输出到放大电路，然后再输入到激励压电元件，这样就形成了以闭环的激励拾振系统，由于膜片本身具有选频的功能，最后膜片以自身的固有频率振动。测量液体密度时，如图6所示，液体从膜片箱体法兰结构5进入到膜片的腔体内，由于压电元件和液体被膜片隔开，所以液体不会影响压电元件的正常工作。液体和膜片完全接触后，膜片振动的固有频率会发生改变，这是由于随膜片一起振动的质量发生了变化，这个质量的变化量来自膜片振动时附加液体的质量，根据附加液体的质量就可以求出液体的密度。

Claims (2)

1、一种谐振式测量液体密度的传感器，其特征在于：它包括膜片(4)、膜片基座(2)，压电激振器(3)、压电拾振器(6)，膜片电路盒(1)、膜片箱体法兰结构(5)，膜片(4)和膜片基座(2)通过电子束焊焊接成一个整体，膜片箱体法兰结构(5)和膜片基座(2)通过螺纹连接，压电拾振器(3)和压电激振器(6)分别粘合在膜片(2)的同一侧，不和待测液体同侧，不与待测液体接触，膜片电路盒(1)和膜片基座(2)通过螺纹连接。

2、根据权利要求1所述的谐振式测量液体密度的传感器，其特征在于：所述的膜片(4)采用3J53恒弹合金经过精加工制作而成，膜片厚度为0.4mm～0.6mm。

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