CN1834615A - 一种谐振式测量液体密度的传感器 - Google Patents
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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。本系统不需要绝缘、测量精度高、稳定可靠,且结构简单、体积小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种谐振式测量液体密度的传感器,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的传感器。
本发明的技术解决方案:一种谐振式测量液体密度的传感器,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,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所述的新型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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