CN109313113A - 振动腔式密度计 - Google Patents

Abstract

提供了振动腔式密度计(100‑300)。振动腔式密度计(100‑300)包括管道(110‑310)，管道(110‑310)从第一端(110a‑310a)延伸到第二端(110b‑310b)。第一端(110a‑310a)包括孔(114‑314)，孔(114‑314)配置成从容器(10)接收材料，并且，第二端(110b‑310b)自封闭，以便于将材料容纳于管道(110‑310)中。振动腔式密度计(100‑300)还包括至少一个换能器(118,218)，至少一个换能器(118,218)联接到管道(110‑310)，至少一个换能器(118,218)配置成对管道(110‑310)中的振动进行感应和感测之一，以测量材料的性质。

Description

振动腔式密度计

技术领域

下文描述的实施例涉及振动传感器，且更具体地，涉及振动腔式密度计。

背景技术

存在若干不同类型的测量流体密度的振动计。每一类密度计具有一般在设计中固有的优点和缺点。一类密度计使用一个或多个管(诸如，双管式科里奥利流量计)来测量密度。测量密度的管式密度计典型地比目前可用的其它密度计更准确。由于即使当加工材料粘性极强时，管式密度计也由于具有非常高的品质(或阻尼)因子Q，因而管式密度计还倾向于不受影响，或至少能够应付大部分的加工条件影响。然而，管式密度计还可必然地在密度计的指定的大小范围之外的任何应用中用作旁路装置。另外，管式密度计还可要求加工材料流动，以使材料循环通过仪表。这可导致尤其当期望测量罐中的流体的密度时，仪表在某种程度上难以集成到许多系统中。

另一类密度计是叉式仪表，其看起来类似于音叉，以测量密度。叉式仪表直接地插入到加工材料中，无论加工材料是否位于旁路环路中、直接地在罐中、直接地或略微地凹陷到流动管中，或在任何数量的其它可能的安装类型中。叉式仪表的灵活性为其主要属性，因为，叉式仪表可在许多应用中使用，其中其它测量技术极其昂贵或安装其它类型的振动计很困难。叉式仪表对不稳定的加工条件(诸如，高粘度、流率以及多相流体)非常敏感。

虽然管式密度计和叉式密度计两者都根据使用振动部件的自然频率来测量加工材料的原理操作，但它们在材料和传感器如何相互作用上不同。管式密度计通过如下的动作操作：以加工材料填充一个或多个管，且测量产生的系统的自然频率以测量密度。叉式仪表使叉的尖头振动，叉直接地位于加工材料中。

这两种方法之间的差异为，由于叉式仪表浸没于加工材料中，而不是以材料填充，因而叉式仪表在测量上具有明显更高的阻尼水平。叉式仪表所碰到的额外的阻尼是叉式仪表对加工条件如此敏感且与管式仪表相比不那么准确的原因之一。因此，存在对测量流体密度而没有可用的振动计的一些缺点的振动计(诸如，在下文中描述的振动腔式密度计)的需要。

发明内容

提供振动腔式密度计。根据实施例，振动腔式密度计包括从第一端延伸到第二端的管道。第一端包括孔，该孔配置成从容器接收材料，并且，第二端自封闭，以便于将材料容纳于管道中。振动腔式密度计还包括至少一个换能器，该换能器联接到管道。至少一个换能器配置成对管道中的振动进行感应和感测之一，以测量材料的性质。

提供操作振动腔式密度计的方法。根据实施例，操作振动腔式密度计的方法包括：提供从第一端延伸到第二端的管道；通过第一端处的孔从容器接收材料；以第二端将材料保持于管道中，第二端自封闭；以及使管道振动，以测量材料的性质。

提供振动腔式密度计。根据实施例，振动腔式密度计包括从第一端延伸到第二端的管道。第一端包括孔，该孔配置成从容器接收材料，并且，第二端自封闭，以便于将材料容纳于管道中。系统还包括仪表电子器件，该仪表电子器件通信式地联接到振动腔式密度计，仪表电子器件配置成使管道振动，以测量材料的性质。

根据一个方面，振动腔式密度计(100-300)包括管道(110-310)，管道(110-310)从第一端(110a-310a)延伸到第二端(110b-310b)，其中，第一端(110a-310a)包括孔(114-314)，孔(114-314)配置成从容器(10)接收材料，并且，第二端(110b-310b)自封闭，以便于将材料容纳于管道(110-310)中。振动腔式密度计(100-300)还包括至少一个换能器(118,218)，换能器(118, 218)联接到管道(110-310)，至少一个换能器(118, 218)配置成对管道(110-310)中的振动进行感应和感测之一，以测量材料的性质。

优选地，在悬臂式配置中，管道(110-310)从容器(10)延伸，使得第一端(110a-310a)在振动上固定，而第二端(110b-310b)在振动上自由。

优选地，至少一个换能器(118, 218)布置成接近第二端(110b-310b)。

优选地，振动腔式密度计(100-300)还包括封装管(20)，其中，至少一个换能器(118)布置于管道(110, 310)与封装管(20)之间，且联接到管道(110, 310)和封装管(20)。

优选地，振动腔式密度计(200)还包括第二管道(220)，其中，至少一个换能器(218)布置于管道(210)与第二管道(220)之间，且联接到管道(210)和第二管道(220)。

优选地，振动腔式密度计(100-300)还包括底座(130, 230)，底座(130, 230)布置于容器(10)与管道(110-310)之间，且联接到容器(10)和管道(110-310)。

优选地，振动腔式密度计(300)还包括腔(302)，腔(302)形成于管道(310)中，其中，腔(302)包括倾斜部，该倾斜部配置成使材料排出到容器(10)中。

根据一个方面，操作振动腔式密度计的方法包括：提供从第一端延伸到第二端的管道；通过第一端处的孔从容器接收材料；以第二端将材料保持于管道中，第二端自封闭；以及使管道振动，以测量材料的性质。

优选地，提供从第一端延伸到第二端的管道包括提供悬臂式配置中的管道，使得第一端在振动上固定，而第二端在振动上自由。

优选地，使管道振动以测量材料的性质包括利用至少一个换能器使管道的第二端振动，该至少一个换能器布置成接近管道的第二端。

优选地，使管道振动以测量材料的性质包括利用至少一个换能器使管道振动，该至少一个换能器布置于管道与封装管之间，且联接到管道和封装管。

优选地，方法还包括提供第二管道，且将至少一个换能器布置于管道与第二管道之间。

优选地，方法还包括将底座布置于容器与管道之间，且联接到容器和管道。

优选地，方法还包括在管道中形成腔，其中，腔包括倾斜部，该倾斜部配置成使材料排出到容器中。

根据一个方面，系统(700)包括振动腔式密度计(100-300)，振动腔式密度计(100-300)由管道(110-310)组成，管道(110-310)从第一端(110a-310a)延伸到第二端(110b-310b)，其中，第一端(110a-310a)包括孔(114-214)，孔(114-214)配置成从容器(10)接收材料，并且，第二端(110b-310b)自封闭，以便于将材料容纳于管道(110-310)中。系统(700)还包括仪表电子器件(710)，仪表电子器件(710)通信式地联接到振动腔式密度计(100-300)，仪表电子器件(710)配置成使管道(110-310)振动，以测量材料的性质。

附图说明

相同的参考编号在所有的附图上都表示相同的元件。应当理解到，附图不一定按比例绘制。

图1示出根据实施例的振动腔式密度计100。

图1A示出振动腔式密度计100的截面图。

图1B示出图1中所示出的振动腔式密度计100的另一截面图。

图2示出根据实施例的另一振动腔式密度计200的截面图。

图3示出根据实施例的另一振动腔式密度计300的截面图。

图4示出根据实施例的具有正方形截面的振动腔式密度计400的截面图。

图5示出根据实施例的具有三角形截面的振动腔式密度计500的截面图。

图6示出根据实施例的具有矩形截面的振动腔式密度计600的截面图。

图7示出具有在前文中参考图1-1B描述的振动腔式密度计100的系统700。

图8示出操作根据实施例的振动腔式密度计的方法800。

具体实施方式

图1-8以及下文的描述描绘具体示例，以教导本领域技术人员如何做出且使用振动腔式密度计的实施例的最佳模式。出于教导发明原理的目的，一些常规的方面已简化或省略。本领域技术人员将意识到属于本描述的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将意识到，下述的特征可按各种方式组合，以形成振动腔式密度计的多个变型。结果，下述的实施例不限于下述的具体示例，而是仅仅受限于权利要求及其等效物。

振动腔式密度计包括从第一端延伸到第二端的管道。第一端包括配置成从容器接收材料的孔。第二端自封闭，以便于将材料容纳于管道中。至少一个换能器联接到管道。至少一个换能器配置成感应或感测管道中的振动，以测量材料的性质。管道配置成以管道和保持于管道中的材料的自然频率f振动。因此，不同于在密度计的指定的大小范围之外采用的管式密度计，可在不避开容器的情况下测量材料的性质。结果，设计成测量材料的振动腔式密度计可与具有不同的大小和配置且存在或不存在流体流动的各种各样的容器一起采用。

图1示出根据实施例的振动腔式密度计100。如图1中所示出的，振动腔式密度计100联接到容器10。容器10以将由振动腔式密度计100测量的材料(诸如，流体)填充。如图1中所示出的，振动腔式密度计100包括管道110。管道110联接到底座130，底座130联接到容器10。如图所示，底座130附于容器10的外壁。管道110由封装管20环绕，封装管20还经由底座130联接到容器10。为了清楚起见，换能器未示出，但将参考图1A描述。

容器10示出为容纳不流动的材料的圆柱体。然而，在备选的实施例中，容器10可为材料流过其的导管或类似物。另外或备选地，容器10可具有不同的形状(诸如，例如，矩形、椭圆形、三角形或类似形状)。同样地如图所示，容器10示出为具有顶部中的单个开口。然而，例如，在存在流体流动的导管中，容器10可包括另外的开口(诸如，容器的底部中的开口)。另外的开口还可包括容器的外壁中的孔口、另外的导管等。

封装管20示出为大体上同心的管。封装管20可需要具有足够的刚度或刚性，使得当在管道110与封装管20之间存在激励时，振动腔式密度计100比封装管20更多地振动。因此，在下文中参考图1A和1B更详细地描述的驱动器倾向于使振动腔式密度计100比封装管20更多地振动，导致可测量的振动。封装管20的刚度或刚性可比管道110大一定数值。

底座130可为凸缘或类似物，其配置成通过任何合适的手段(诸如，焊接、钎焊、可移除装置(例如，螺栓、螺钉等)或类似手段)联接到容器。底座130还可包括垫圈或其它材料。底座130示出为具有正方形形状，该正方形形状具有紧靠容器配合的互补表面，然而，在备选的实施例中，可采用任何合适的形状和表面。

振动腔式密度计100示出为从容器10的外壁沿垂直的方向延伸。振动腔式密度计100还示出为以底座130附于容器。然而，在其它实施例中，振动腔式密度计100可沿备选的方向延伸，且/或可不包括底座130。振动腔式密度计100还可附于容器10上的备选的位置。管道110示出为从第一端110a延伸到第二端110b的圆柱体。第一端110a包括配置成允许材料填充管道110的孔，参考图1A对此更详细地进行描述。第二端110b配置成，当管道110振动时，第二端110b相对于底座130沿横向方向位移。由于管道110弹性变形，因而第二端110b位移。管道110以基于管道110的参数和管道110内的材料的自然频率振动。因此，由于管道110的参数为已知的，因而管道110中的材料的性质可通过测量管道110的谐振频率确定。

图1A示出振动腔式密度计100的截面图。如图1A中所示出的，振动腔式密度计100包括管道110和底座130。管道110包括相应地接近和远离容器10的第一端110a和第二端110b。管道110包括导管112，导管具有在第一端110a处联接到底座130的近端。导管112和底座130形成孔114，孔114使导管112的内部部分暴露于容器10中的材料。管道110还包括第二端110b处的端盖116，第二端110b联接到导管112的远端。至少一个换能器118联接到导管112和封装管20。如图1A中所示出的，至少一个换能器118由驱动器118a和拾取传感器118b组成，驱动器118a和拾取传感器118b在导管112的远端附近联接到导管112。如可意识到的，导管112和端盖116形成腔102。

图1B示出图1中所示出的振动腔式密度计100的另一截面图。为了清楚起见，未示出容器10、封装管20、至少一个换能器118以及底座130。如图1B中所示出的，振动腔式密度计100包括管道110的内径ri和外径ro的尺寸。管道110的厚度T是管道110的外径ro与内径ri之间的差。如可意识到的，振动腔式密度计100的自然频率f与导管112的参数以及管道110中的材料的性质相关。在下文中，讨论示范性的模型，该模型可用于确定振动腔式密度计100的自然频率f。

下文的表1列出管道110的参数和容纳于管道110内的加工材料的性质，在振动腔式密度计100的示范性的数学模型中使用这些参数和性质。

容纳于振动腔式密度计100中的加工材料的性质包括加工材料的密度Dm。如可意识到的，加工材料的密度Dm可为单个流体成分的密度、包括加工材料的流体成分、固体以及/或气体等的混合物的净密度。

关于管道110的性质和参数，表1包括管道110的弹性模量E和管道材料的密度Dp、内径ri和外径ro以及腔102的长度L。弹性模量E是管道110的性质，且可限定为管道材料的应力与弹性应变的比。管道材料的密度Dp是管道材料的单位体积质量。由于其圆形形状，管道110的内径ri和外径ro是管道110的截面尺寸。在备选的实施例中，可采用具有其它截面尺寸的其它形状(例如，正方形、三角形、椭圆形、矩形等)。

管道110和加工材料的前述的性质和参数可用于使用下文的方程(1)确定振动腔式密度计100的自然频率f：

如可意识到的，需要计算表1中所列出的其它参数，以使用前文的方程(1)确定振动腔式密度计100的自然频率f，诸如，管道110的截面惯性矩I和单位长度质量µ。如可意识到的，除去方程(1)，其它方法可用于确定自然频率f。例如，可采用校准方法或有限元分析(FEA)方法。

可使用下文的方程(2)确定截面惯性矩I：

截面惯性矩I与导管112的截面几何形状有关，且确定围绕旋转轴的期望的角加速度所需要的转矩。截面惯性矩I越大，使导管112弯曲所需要的转矩就越大。可根据下文的方程(3)确定腔的单位长度质量µ：

类似地，还需要确定腔的端部处的点质量M，可使用下文的方程(4)计算该点质量M：

腔的单位长度质量µ和腔的端部处的点质量M指出在振动期间移动的质量的量。

如可意识到的，在备选的实施例中，可采用各种材料和尺寸。在一个示范性的实施例中，管道110可为具有6英寸长的腔102的2”表(schedule)10不锈钢管道。在下文的讨论中，以空气或水填充管道110，并且，计算由此产生的自然频率f，然而，可用任何合适的材料填充管道110。表2列出以水或空气填充的管道110的参数和性质的值。

如下文的计算(5)所示，可使用前文的值，使用方程(2)，计算其它参数(诸如，截面惯性矩I)：

类似地，可使用方程(3)，计算以空气和水填充的腔的单位长度质量µ，其在下文的计算(6)和(7)中示出：

另外，如下文的方程(8)所示，还可使用前文的方程(4)，计算腔102的端部处的点质量M：

一旦确定方程(2)-(3)，如下文的计算(9)和(10)所示，就可使用方程(1)，计算振动腔式密度计100的自然频率f：

计算(9)和(10)示出，在水填充式或空气填充式腔的自然频率f之间仅单个参数(单位长度质量µ)不同。这表明，有可能在振动腔式密度计100的自然频率f周围应用校准线性化，且使用线性化测量给定的加工材料的密度。

前文的讨论涉及关于刚性外表面振动的单个振动腔式密度计100。一种可能的备选的配置是彼此不同地振动的匹配的成对的腔，这可提供更易于平衡的特性。假设匹配的成对的腔连接到刚性表面，则匹配的成对的腔的数学分析可与单个振动腔式密度计100基本上相同。下文描述示范性的匹配的成对的腔。

匹配的成对的腔

图2示出根据实施例的另一振动腔式密度计200的截面图。如图2中所示出的，振动腔式密度计200包括第一管道210和第二管道220以及底座230，其类似于在前文中参考图1描述的管道110和底座130。第一管道210和第二管道220相应地包括第一端210a、220a和第二端210b、220b，第一端210a、220a和第二端210b、220b相应地接近和远离容器10。第一管道210和第二管道220还相应地包括第一导管212和第二导管222，第一导管212和第二导管222具有在第一端210a、220a处联接到底座230的近端。导管212、222和底座230形成第一孔214和第二孔224，第一孔214和第二孔224使导管212、222的内部部分暴露于容器10中的材料。第一管道210和第二管道220还包括第二端210b、220b处的第一端盖216和第二端盖226，第一端盖216和第二端盖226联接到导管212、222的远端。至少一个换能器218在导管212、222的远端附近联接到导管212、222。导管212、222以及第一端盖216和第二端盖226形成第一腔202a和第二腔202b。

如图2中所示出的，振动腔式密度计200是不同地振动的匹配的成对的管道。即，不同地或沿相反的方向驱动第一管道210和第二管道220。例如，至少一个换能器218可为驱动器，在振动周期内，该驱动器可沿第一方向(例如，相对于重力向上)使第一管道210的第二端210b位移，且沿与第一方向相反的第二方向(例如，相对于重力向下)使第二管道220的第二端220b位移。除了采用两个(而不是一个)管道210、220的前述的配置之外，如下文的讨论所示，实施例还可包括各种截面。

倾斜腔

图3示出根据实施例的另一振动腔式密度计300的截面图。如图3中所示出的，振动腔式密度计300包括管道310，管道310可类似于参考图1描述的管道110。图3中所示出的管道310包括第一端310a和第二端310b，第一端310a和第二端310b相应地接近和远离容器10。管道310包括导管312，导管具有在第一端310a处联接到底座130的近端。导管312和底座130形成孔114，孔114使导管312的内部部分暴露于容器10中的材料。管道310还包括第二端310b处的端盖116，端盖联接到导管312的远端。参考图1描述的驱动器118a和拾取传感器118b在导管312的远端附近联接到导管312。导管312和端盖116形成腔302。

图3中所示出的振动腔式密度计300与图1中所示出的振动腔式密度计100的不同之处在于，腔302具有圆锥形状，该圆锥形状在上部和下部(相对于重力)部分中具有倾斜部。腔302的上部部分从第二端310b向上倾斜到第一端310a。腔302的下部部分从第二端310b向下倾斜到第一端310a。

由于腔302的下部部分的倾斜部，因而可实现益处。例如，如可意识到的，当容器10中的材料的水平面降低到振动腔式密度计300的下方时，腔302的下部部分的倾斜部可引起振动腔式密度计300中的材料流动到容器10中。通过缩短以校准流体(诸如，空气、水或类似流体)校准振动腔式密度计300所要求的时间，在例如采用粘性材料的应用中，该倾斜部可为有益的。可针对各种流体，使该倾斜部优化(例如，可针对粘性更强的流体，采用更大程度的倾斜)。如可意识到的，例如，如果校准中所使用的水不具有在振动腔式密度计300中的相当大量的残余材料，则校准可更准确。

由于腔302的上部部分的倾斜部，因而也可实现益处。例如，腔302的上部部分的倾斜部可在测量材料之前允许不那么稠密的流体(诸如，空气气泡)从流出腔302且流到容器10中。即，浮力引起在腔302中不存在气泡。因此，当测量材料的性质时，在振动腔式密度计300中可不存在不那么稠密的流体，从而确保材料的性质的测量更准确。

振动腔式密度计100-300 中的管道110-310 从容器10延伸。如图1-3中所示出的，在成悬臂式配置中，管道110-310从容器10起从第一端110a-310a延伸到第二端110b-310b。由于为悬臂式配置，因而第一端110a-310a在振动上固定，而第二端110b-310b在振动上自由。例如，当换能器118、218 使管道110-310振动时，第一端110a-310a大体上不振动，然而，第二端110b-310b可振动。

管道110-310 具有圆形截面。然而，备选的截面还可包括沿着其宽度和/或高度不同的形状。即，截面还可与振动腔式密度计的端视透视图不同。下文的讨论示出来自端视透视图的若干不同的示范性的截面形状。

截面

图4示出根据实施例的具有正方形截面的振动腔式密度计400的截面图。如图4中所示出的，振动腔式密度计400包括管道410，管道410联接到底座430。管道410由导管412组成。管道410包括第一端处的孔，该孔接近容器，且暴露于容器中的材料。虽然未示出，但管道410 还在远离容器的第二端处自封闭。为了清楚起见，未示出容器，但容器可类似于图1中所示出的容器10。包括第一端处的孔且在第二端处自封闭的管道410形成腔402。

图5示出根据实施例的具有三角形截面的振动腔式密度计500的截面图。如图5中所示出的，振动腔式密度计500包括管道510，管道510联接到底座530。管道510由导管512组成。管道510包括第一端处的孔，该孔接近容器，且暴露于容器中的材料。虽然未示出，但管道510 还在远离容器的第二端处自封闭。为了清楚起见，未示出容器，但容器可类似于图1中所示出的容器10。包括第一端处的孔且在第二端处自封闭的管道510形成腔502。

如参考图1讨论的，圆形截面的内径ri和外径ro用于确定管道110的各种参数(诸如，截面惯性矩I)。由于截面形状(诸如，矩形截面)不同，因而可采用备选的尺寸。

图6示出根据实施例的具有矩形截面的振动腔式密度计600的截面图。如图6中所示出的，振动腔式密度计600包括管道610，管道610联接到底座630。管道610由导管612组成。管道610包括第一端处的孔，该孔接近容器，且暴露于容器中的材料。虽然未示出，但管道610 还在远离容器的第二端处自封闭。为了清楚起见，未示出容器，但容器可类似于图1中所示出的容器10。包括第一端处的孔且在第二端处自封闭的管道610形成腔602。由于为矩形截面，因而管道610的尺寸为内高度hi和外高度ho以及内宽度wi和外宽度wo，在下文的表3中示出这些尺寸。

使用方程(11)确定截面惯性矩I，方程(11)不同于针对圆形截面使用的方程(2)：

如方程(12)和(13)中所示出的，使用内高度hi和外高度ho以及内宽度wi和外宽度wo，计算腔602的单位长度质量µ和腔的端部处的点质量M：

可使用方程(12)和(13)，针对矩形截面，确定截面惯性矩I。借助于图示，在示范性的实施例中，管道610可具有1.5英寸的内宽度wi和3英寸的内高度hi。管道610可具有0.1英寸的厚度。可使用这些值，使用方程(11)确定管道610的截面惯性矩I，其在下文的计算(14)中示出：

如下文的计算(15)-(17)中所示出的，可使用矩形截面的确定的截面惯性矩I，计算其它参数(诸如，以水或空气填充时的腔602的单位长度质量µ以及腔602的端部处的点质量M)：

如在下文的计算(18)和(19)中所示出的，当以空气或水填充腔602时，可使用通过计算(15)-(17)确定的值，确定振动腔式密度计600的自然频率：

如可意识到的，可使材料的自然频率和性质(诸如，密度)相关联。参考图7描述的系统示出可如何做出这样的关联。

图7示出系统700，系统700具有在前文中参考图1-1B描述的振动腔式密度计100。虽然采用参考图1描述的振动腔式密度计100，但在备选的实施例中，可采用任何合适的振动腔式仪表。振动腔式密度计100包括管道110，管道110具有第一端110a，第一端110a配置成联接到容器(诸如，图1中所示出的容器10)。管道110还具有第二端110b，第二端110b自封闭，以便于将材料容纳于其中。如图7中所示出的，系统700包括仪表电子器件710，仪表电子器件710通信式地联接到振动腔式密度计100中的至少一个换能器118。更具体地，仪表电子器件710通信式地联接到驱动器118a和传感器118b，驱动器118a和传感器118b接近管道110的第二端110b。

仪表电子器件710向驱动器118a提供驱动信号。传感器信号由传感器118b提供给仪表电子器件710。提供给仪表电子器件710的传感器信号可包括管道110的振动频率。仪表电子器件710包括处理器712，处理器712通信式地联接到一个或多个信号处理器714和一个或多个存储器716。处理器712可为微处理器，然而，可采用任何合适的处理器。例如，处理器712可由子处理器(诸如，多核处理器、串行通信端口、外设接口(例如、串行外设接口)、芯片上存储器、I/O端口以及类似装置)组成。在这些及其它实施例中，处理器712配置成在接收且处理的信号(诸如，数字化的信号)上执行操作。

处理器712可从一个或多个信号处理器714接收数字化的传感器信号。处理器712还配置成提供信息(诸如，振动频率、管道110中的材料的性质或类似信息)。处理器712可通过通信端口(未示出) 给主机提供信息。处理器712还可配置成与一个或多个存储器716通信，以在一个或多个存储器716中接收和/或存储信息。例如，处理器712可从一个或多个存储器716接收校准数据，该校准数据用于例如自然频率周围的校准线性化。处理器712可使用校准因子加工从一个或多个信号处理器714接收的数字化传感器信号。

一个或多个信号处理器714可调节模拟信号，使调节的模拟信号数字化，且/或提供数字化信号。在实施例中，一个或多个信号处理器714可由CODEC组成，CODEC接收来自传感器118b的传感器信号，且对传感器信号进行编码。一个或多个信号处理器714还可包括驱动电路，该驱动电路配置成从处理器712接收频率，且向驱动器118a提供驱动信号，该驱动信号包括由处理器712提供的频率下的信号。因此，信号处理器可调整所提供的驱动信号的频率，直到例如传感器信号处于最大值为止。传感器频率和/或驱动信号可存储于一个或多个存储器716中。

一个或多个存储器716可由只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)等组成。然而，在备选的实施例中，一个或多个存储器716可由更多个或更少个存储器组成。另外或备选地，一个或多个存储器716可由不同类型的存储器(例如，易失性、非易失性等)组成。例如，可采用不同类型的非易失性存储器(诸如，例如可擦除可编程只读存储器(EPROM)或类似存储器)，以代替FRAM。

如可意识到的，如下文的讨论参考图8所示的，图7中所示出的仪表电子器件710可用于执行操作振动腔式密度计100或其它振动腔式密度计的方法。

图8示出操作根据实施例的振动腔式密度计的方法800。如图8中所示出的，方法800包括提供从第一端延伸到第二端的管道的步骤810。管道可为在前文中参考图1描述的管道110。在步骤820中，方法800通过第一端处的孔从容器接收材料。在步骤830中，材料以第二端保持于管道中。在步骤840中，使管道振动，以测量材料的性质。

在步骤810中，可以各种方式提供管道。例如，参考图1，管道110可联接到容器10，使得管道110从容器10延伸，容器10包括材料。因此，在方法800中使用的管道可仅具有单个腔。备选地，可采用不止一个管道(诸如，图2中所示出的第一管道210和第二管道220)。管道可具有不同的形状(诸如，不同的截面形状)。例如，可采用具有矩形截面的管道610。

在步骤820中，材料可从容器通过第一端处的孔接收到管道中。例如，参考图1，材料可通过孔114接收到管道110中，直到以材料填充管道110为止。通过孔114接收材料可包括使流体通过孔114流动到腔102中，腔102由导管112和端盖116形成。材料可由单个成分、多个成分(诸如，例如多相流体，其可包括气体、液体以及/或固体)组成。

在步骤830中，材料以第二端保持于管道中。例如，参考图1中所示出的管道110，管道110可在第二端110b处自封闭，使得当材料流动到导管112中时，材料由端盖116保持。因此，导管112中的材料可大体上平稳且静止。在另一实施例(诸如，图3中所示出的振动腔式密度计300)中，可通过允许并不是待测量的材料的其它成分流出管道310来保持材料。例如，由于腔302的倾斜部，因而空气气泡(其可在保持于管道310中的材料中)可流出管道310。

在步骤840中，使管道振动，以测量材料的性质(诸如，密度)。使管道振动以测量性质可包括使管道以谐振频率振动，且测量谐振频率。例如，图1中所示出的振动腔式密度计100可按提高和/或降低的频率(例如，扫过频率范围)振动，直到获得最大频率为止。最大频率可为振动腔式密度计100的自然频率f。如方程(1)-(4)的前述讨论所示，自然频率f可与材料的密度相关联。可采用备选的方法，以测量材料的性质。

上述的实施例提供振动腔式密度计100-300。振动腔式密度计100-300包括管道110-310，管道110-310从第一端110a-310a和第二端110b-310b延伸。管道110-310配置成以管道110-310和保持于管道110-310中的材料的自然频率f振动。自然频率f与保持于管道110-310中的材料的流体性质(诸如，密度)相关。材料可由容器10提供给管道110-310。材料可流过容器10，或可不流过容器10。此外，腔102-302可包括倾斜部，以确保可对应该没有例如空气气泡来测量的材料作出测量。腔102-302的倾斜部还可允许材料在相对较短的时间内流出腔102-302。

因此，不同于在其指定的大小范围之外使用的管式密度计，可在不避开容器10的情况下，测量由管道110-310保持的材料的性质。结果，设计成测量材料的振动腔式密度计100-300可与多种多样的容器10一起采用，这些容器10具有不同的大小和配置，且存在或不存在流体流动。此外，振动腔式密度计100-300可比例如浸没于流体中的叉式仪表更敏感。振动腔式密度计100-300同样地不需要插入到流体中，允许针对容器10的更大的设计自由度。与叉式仪表相反，振动腔式密度计100-300还可对不稳定的加工条件不那么敏感。

上文的实施例的详述并非发明者预期属于本描述的范围内的所有的实施例的详尽的描述。实际上，本领域技术人员将认识到，上述的实施例的某些元件可各种各样地组合或排除，以生成进一步的实施例，并且，这样的进一步的实施例属于本描述的范围和教导内。还将对本领域普通技术人员显而易见的是，上述的实施例可全部地或部分地组合，以生成本描述的范围和教导内的另外的实施例。

因而，如相关领域技术人员将认识到的，虽然出于图示性的目的，在本文中描述具体实施例，但在本描述的范围内，有可能作出各种等效的修改。本文中所提供的教导可适用于其它振动腔式密度计，而不仅仅适用于在上文中描述且在附图中示出的实施例。因此，上述的实施例的范围应当根据下文的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种振动腔式密度计(100-300)，包括：

管道(110-310)，其从第一端(110a-310a)延伸到第二端(110b-310b)，其中：

所述第一端(110-310)包括孔(114-314)，所述孔(114-314)配置成从容器(10)接收材料；以及

所述第二端(110b-310b)自封闭，以便于将所述材料容纳于所述管道(110a-310a)中；以及

至少一个换能器(118, 218)，其联接到所述管道(110-310)，所述至少一个换能器(118, 218)配置成对所述管道(110-310)中的振动进行感应和感测之一，以测量所述材料的性质。

2.根据权利要求1所述的振动腔式密度计(100-300)，其特征在于，在悬臂式配置中，所述管道(110-310)从所述容器(10)延伸，使得所述第一端(110a-310a)在振动上固定，而所述第二端(110b-310b)在振动上自由。

3.根据权利要求1或权利要求2中的一项所述的振动腔式密度计(100-300)，其特征在于，所述至少一个换能器(118, 218)布置成接近所述第二端(110b-310b)。

4.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的振动腔式密度计(100-300)，其特征在于，所述振动腔式密度计(100-300)还包括封装管(20)，其中，所述至少一个换能器(118)布置于所述管道(110, 310)与所述封装管(20)之间，且所述至少一个换能器(118)联接到所述管道(110, 310)和所述封装管(20)。

5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的振动腔式密度计(200)，其特征在于，所述振动腔式密度计(200)还包括第二管道(220)，其中，所述至少一个换能器(218)布置于所述管道(210)与所述第二管道(220)之间，且所述至少一个换能器(218)联接到所述管道(210)和所述第二管道(220)。

6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的振动腔式密度计(100-300)，其特征在于，所述振动腔式密度计(100-300)还包括底座(130, 230)，所述底座(130, 230)布置于所述容器(10)与所述管道(110-310)之间，且所述底座(130, 230)联接到所述容器(10)和所述管道(110-310)。

7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的振动腔式密度计(300)，其特征在于，所述振动腔式密度计(300)还包括形成于所述管道(310)中的腔(302)，其中，所述腔(302)包括倾斜部，所述倾斜部配置成使所述材料排出到所述容器(10)中。

8.一种操作振动腔式密度计的方法，所述方法包括：

提供从第一端延伸到第二端的管道；

通过所述第一端处的孔从容器接收材料；

以所述第二端将所述材料保持于所述管道中，所述第二端自封闭；以及

使所述管道振动，以测量所述材料的性质。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，提供从所述第一端延伸到所述第二端的所述管道包括提供悬臂式配置中的所述管道，使得所述第一端在振动上固定，而所述第二端在振动上自由。

10.根据权利要求8或权利要求9中的一项所述的方法，其特征在于，使所述管道振动以测量所述材料的所述性质包括利用至少一个换能器使所述管道的所述第二端振动，所述至少一个换能器布置成接近所述管道的所述第二端。

11.根据前述权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，使所述管道振动以测量所述材料的所述性质包括利用至少一个换能器使所述管道振动，所述至少一个换能器布置于所述管道与封装管之间，且所述至少一个换能器联接到所述管道和所述封装管。

12.根据前述权利要求8至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供第二管道，且将至少一个换能器布置于所述管道与所述第二管道之间。

13.根据前述权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将底座布置成在所述容器与所述管道之间，且所述底座联接到所述容器和所述管道。

14.根据前述权利要求8至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述管道中形成腔，其中，所述腔包括倾斜部，所述倾斜部配置成使所述材料排出到所述容器中。

15.一种系统(700)，包括：

振动腔式密度计(100-300)，其由管道(110-310)组成，所述管道(110-310)从第一端(110a-310a)延伸到第二端(110b-310b)，其中：

所述第一端(110a-310a)包括孔(114-214)，所述孔(114-214)配置成从容器(10)接收材料；以及

所述第二端(110b-310b)自封闭，以便于将所述材料容纳于所述管道(110-310)中；以及

仪表电子器件(710)，其通信式地联接到所述振动腔式密度计(100-300)，所述仪表电子器件(710)配置成使所述管道振动(110-310)，以测量所述材料的性质。