CN110118703A - 一种气体密度传感器 - Google Patents

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赵虎
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Abstract

本发明涉及一种气体密度传感器，包括外壳、第一晶体谐振器、第二晶体谐振器、晶体密封腔、第一谐振电路、第二谐振电路、信号处理电路；第一晶体谐振器暴露于待测气体中，第二晶体谐振器封装在所述晶体密封腔中，晶体密封腔内为参考气体或真空，信号处理电路通过第一谐振电路和第二谐振电路测试两个晶体谐振器共振频率的差异，并给终端显示设备或数据采集设备，通过共振频率差异信号与待测气体气体密度的关系确定待测气体的密度。本发明提供的气体密度传感器体积小，成本低，结构紧凑，且具有高测量精度和使用寿命。

Description

一种气体密度传感器
技术领域
本发明属于气体传感器技术领域，尤其涉及气体密度传感器。
背景技术
气体密度检测在很多工业领域都有应用，如在高压气体绝缘电气设备中，常采用气体密度传感器检测设备中气体的压力与泄漏情况。常用的气体密度传感器大都通过采集气体的温度和压力，进而通过气体状态方程来得到气体密度。
然而，并非所有气体都满足理想气体状态方程，同时气体在不同温度下的气体状态可能会与理想气体状态方程发生较大偏差，进而影响气体密度传感器测量精度。另一方面，这些传统传感器成本较高、结构较为复杂。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种气体密度传感器，以解决现有技术中气体种类或测试条件引起的气体密度测试精度不高，以及成本较高、结构较为复杂的问题。
技术方案
一种气体密度传感器，其特征在于包括外壳、第一晶体谐振器、第二晶体谐振器、晶体密封腔、第一谐振电路、第二谐振电路和信号处理电路；第一晶体谐振器、第二晶体谐振器、晶体密封腔、第一谐振电路、第二谐振电路、信号处理电路均安装在外壳中；第一晶体谐振器暴露于待测气体中，待测气体通过外壳的开口进入外壳中；第二晶体谐振器封装在晶体密封腔中，晶体密封腔内为参考气体或真空；第一谐振电路与第一晶体谐振器相连检测第一晶体谐振器的共振信号，并输出给信号处理电路；第二谐振电路与第二晶体谐振器相连检测第二晶体谐振器的共振信号，并输出给信号处理电路；信号处理电路对比第一晶体谐振器和第二晶体谐振器的共振频率差异，并将两个共振频率的差异信号输出给终端显示设备或数据采集设备，通过共振频率差异信号与待测气体密度的关系确定待测气体的密度。
所述信号处理电路采用差分电路计算所述第一晶体谐振器和所述第二晶体谐振器共振频率的差异，或采用微处理器，通过编程计算所述第一晶体谐振器和所述第二晶体谐振器共振频率的差异。
有益效果
本发明提供的气体密度传感器体积小，成本低，结构紧凑，且具有高测量精度和使用寿命。
附图说明
图1本发明的气体密度传感器的原理示意图
图2为本发明的气体密度传感器结构示意图
图3为本发明的气体密度传感器中电路连接示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示为本发明的气体密度传感器的原理，第一晶体谐振器暴露于待测气体中，第二晶体谐振器作为参考封闭在真空腔内。晶体谐振器在不同介质中的共振频率会发生变化，第二晶体谐振器在真空腔内的共振频率为ω0，则第二晶体谐振器在待测气体中的共振频率与ω0相比的相对变化量△ω/ω0可由下式(1)描述：
其中ρgas为气体密度，ρq为石英晶体密度，t为晶体片厚度，w为晶体片宽度，η为气体粘度，c1和c2为与体积和结构相关的常数，可通过试验测定。
进一步可以得到气体密度ρgas与共振频率变化的关系：
其中C为补偿值。
根据式(2)表述的气体密度ρgas与共振频率的关系，通过对比第一晶体谐振器和第二晶体谐振器共振频率的差异，即可确定待测气体的密度。
本实施例提供的气体密度传感器结构和电路连接示意分别如图2和图3所示，该气体密度传感器包括外壳1，第一晶体谐振器2，第二晶体谐振器3，晶体密封腔5，第一谐振电路7，第二谐振电路8，信号处理电路9。第一晶体谐振器2，第二晶体谐振器3，晶体密封腔5，第一谐振电路7，第二谐振电路8，信号处理电路9均安装在所述外壳1中。
所述第一晶体谐振器2暴露于待测气体4中，所述待测气体4通过所述外壳1的开口6进入外壳1中，所述第二晶体谐振器3封装在所述晶体密封腔5中。
所述第一谐振电路7检测所述第一晶体谐振器2的共振信号，并输出给所述信号处理电路9。
所述第二谐振电路8检测所述第二晶体谐振器3的共振信号，并输出给所述信号处理电路9。
所述信号处理电路9对比第一晶体谐振器2和第二晶体谐振器3的共振频率差异，并将两个共振频率的差异信号输出给终端显示设备或数据采集设备，通过共振频率差异信号与待测气体4气体密度的关系确定待测气体4的密度。
所述第二晶体谐振器3封装在所述晶体密封腔5中，所述晶体密封腔5内为参考气体或真空。
所述信号处理电路9可采用差分电路计算所述第一晶体谐振器2和所述第二晶体谐振器3共振频率的差异，或采用微处理器，通过编程计算所述第一晶体谐振器2和所述第二晶体谐振器3共振频率的差异。
本发明的气体密度传感器及检测方法可应用于气体绝缘电气设备中绝缘或灭弧介质密度检测/监测，还可用于其他工业领域的气体密度检测/监测。

Claims (2)

1.一种气体密度传感器，其特征在于包括外壳(1)、第一晶体谐振器(2)、第二晶体谐振器(3)、晶体密封腔(5)、第一谐振电路(7)、第二谐振电路(8)和信号处理电路(9)；第一晶体谐振器(2)、第二晶体谐振器(3)、晶体密封腔(5)、第一谐振电路(7)、第二谐振电路(8)、信号处理电路(9)均安装在外壳(1)中；第一晶体谐振器(2)暴露于待测气体(4)中，待测气体(4)通过外壳(1)的开口(6)进入外壳(1)中；第二晶体谐振器(3)封装在晶体密封腔(5)中，晶体密封腔(5)内为参考气体或真空；第一谐振电路(7)与第一晶体谐振器(2)相连检测第一晶体谐振器(2)的共振信号，并输出给信号处理电路(9)；第二谐振电路(8)与第二晶体谐振器(3)相连检测第二晶体谐振器(3)的共振信号，并输出给信号处理电路(9)；信号处理电路(9)对比第一晶体谐振器(2)和第二晶体谐振器(3)的共振频率差异，并将两个共振频率的差异信号输出给终端显示设备或数据采集设备，通过共振频率差异信号与待测气体(4)气体密度的关系确定待测气体(4)的密度。
2.根据权利要求1所述的一种气体密度传感器，其特征在于所述信号处理电路(9)采用差分电路计算所述第一晶体谐振器(2)和所述第二晶体谐振器(3)共振频率的差异，或采用微处理器，通过编程计算所述第一晶体谐振器(2)和所述第二晶体谐振器(3)共振频率的差异。
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