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谐振式液体密度在线测量传感器

Abstract

本发明公开了一种谐振式液体密度在线测量传感器，属于液体质量测量装置。该传感器包括外圆筒体、外圆筒体之上的温度传感器及箱体。外圆筒体内设置振动器，振荡器包括谐振动管、振动壳体、激振线圈、拾振线圈和滤网。箱体内设置处理电路板上包括激振电路、拾振电路、正反馈激振耦合电路、混合信号式单片微型处理机、温度传感器的测量电路、电源变换电路。本发明的优点在于整体结构紧凑、体积小、在线测量精度最高、稳定性、可靠性好。该传感器可以实现多种流体质量密度的测量。它所测量的油品密度可以用于间接检测油品的质量，同时还可以用在线检测饮料液体的密度、浓度、成份等测量以及其他液体的密度在线测量之中。

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Inventor: 樊玉铭; 裘祖荣
Current Assignee The listed assignees may be inaccurate. : Tianjin University

2006

2006-04-28

Application filed by Tianjin University

2006-04-28

Priority to CN 200610013559

2006-09-27

Publication of CN1837775A

Status

Pending

Info: Cited by (7); Legal events; Similar documents; Priority and Related Applications
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Description

谐振式液体密度在线测量传感器

技术领域

本发明涉及一种谐振式液体密度在线测量传感器，属于液体质量测量装置。

背景技术

目前液体密度测量的方法有：电容式、浮子式、放射式、超声波、振动式等多种方式。

谐振式测量传感器及其测量系统的结构不仅简单、尺寸小、重量轻、磨损小，而且可靠性高、测量精度高、效率高、响应快。因此，多年来国内外利用振动原理研制了大量的、各种形式的液体密度测量传感器，其中有双管式、单管式、U型管式、单板式、短管式等。如英国Solartron(苏力强)电子有限公司产品7380型密度测量传感器，密度测量范围0-3g/cm³；温度-50-110℃；压力可以到5.001Mpa；测量精度为2×10^-4g/cm³；其产品还有双管式、单管式7820型、NT1794型、1797型、3092型、3093型、7188型等。日本横河电机制作所的便携式FD77型，Yamato科学有限公司U型管式DM41型，Kyoto公司DA-101型。美国Bellhoer公司的产品；还有板式结构的Barton公司产生的660系列传感器为蒙乃尔合金(镍、铜、铁合金，抗酸性)，为防腐镀金结构；瑞士华嘉机械有限公司产生的U型管式DMA40、55D型系列产品；还有奥地利、德国等国家生产的谐振式密度传感器。Oval-(奥巴尔)公司的Agar(阿加)FD78型短管式结构等。

我国只有少数产生的产品SM型谐振型油品密度测量传感器仅仅用于食用油的密度测量，其测量密度范围为0.87-0.94g/cm³；测量精度1×10^-3g/cm³；还有NMZ-20型等产品均如此。它们均为双管式结构。

上述产品中其形式多为单管式、双管式密度传感器或U型管式液体密度传感器及与其匹配的测量仪器。它们的特点是在被测量管道开口旁路连接形成测量管道或者将被测量液体用器械输入U型管内进行石油的密度测量、民用食用油的密度测量、其他液体的测量。它们都不适应于在线密度测量。而日本Oval-(奥巴尔)公司的Agar(阿加)FD78型，英国Smith公司2056型是短管型结构的液体密度测量传感器。这种传感器的特点是可以使传感器在油箱内进行在线测量液体的密度。然而该类型的传感器，目前西方工业国家对我国进行禁运。

因此，多年来，在我国对液体密度的测量是采用单管式、双管式的测量方式，其在线测量精度低，在很大限度上影响了油品的测量，阻碍了油量测量技术的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种谐振式液体密度在线测量传感器，该测量传感器具有整体结构紧凑、体积小、在线测量精度最高的特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于，该测量传感器包括置于外圆筒体4内的振动器及在外圆筒体4上盖板3上的设置的温度传感器2，和外圆筒体4之上的箱体1内的处理电路，外圆筒体4的下面与下端盖5连接，所述的振动器包括振动壳体6，与振动壳体同心的谐振动管8，在谐振动管8的中部两侧，且垂直于谐振动管8分别设置的激振线圈7和拾振线圈11，谐振动管8的下端设置滤网9；所述的处理电路包括谐振电路13、正反馈激振耦合电路14、混合信号式单片微型处理机15、温度传感器及测量电路16、电源变换电路及其输出输入接口17；并且在外圆筒体4的筒体的下端开设流体输入口10，在外圆筒体4的上盖板3开设流体流出口12。

上述的振动壳体6为不锈钢圆筒体，它的下端和上端分别设制外法兰和内法兰，圆筒壁厚为8mm，外法兰与外圆筒体4相连，内法兰固定谐振动管8。

上述的谐振动管8采用型号为3J58(Ni43CrTi)的恒弹性镍铬弹性钢制成圆柱薄壁型短筒，几何尺寸为φ30mm×70mm、壁厚为0.2mm，频率温度系数为1×10^-5/℃；密度为8g/cm³；弹性模量为0.8×10^-5。

上述的激振线圈7采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圆柱体，其中芯镶入高导磁体。

上述的拾振线圈11采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圆柱体，其中芯镶入高导磁体，

本发明的优点在于，①可以在线连续测量；②测量精度高；(一般可以达到0.1％以上)③频率信号，易实现数字化远传；④使用率高，稳定性、可靠性好。因此通过谐振式密度计可以实现流体质量密度的测量，实现液体密度在线过程质量的自动计算和控制。所述的谐振式在线液体密度传感器与测量仪是振动式密度测量传感器与测量仪器中整体结构最小的、在线测量精度最高、在线测量精度可以达到0.05％；测量范围宽，可以测量石油或其他流体，测量对象可以是密闭容器(油箱)或其他流动的管道，使测量液体密度的过程不受残余物的影响，免除了大量复杂的设计结构，提高了抗干扰能力，避免了放射性污染，因而可以完全浸入在被测流体之中实现真正意义上的流体内在线检测，与被测量流体体积相结合获得密封容器(油箱)内航空煤油的质量，提高了流体测量的精度，它可以工作于恶劣的在线测量环境，传感器工作温度可以达到-55℃~+120℃，同时具有在复杂噪声环境中。

附图说明

图1为本发明的外形结构立体示意图。

图2为本发明的振动器结构立体示意图。

图3为本发明的处理电路框图。

图中：1箱体；2温度传感器；3上盖板；4外圆筒体；5下盖板；6振动壳体；7激振线圈；8谐振动管；9滤网；10流体输入口；11拾振线圈；12流体流出口；13谐振电路；14正反馈激振耦合电路；15混合信号单片机处理系统；16温度传感器测量电路；17电源变换电路及其输出输入接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明如下：

本发明谐振式在线液体密度传感器，它的外圆筒体4为一个φ100mm×100mm和箱体1的50mm×100mm×100mm结合的椭圆阶梯形状长方体。其中φ100mm×100mm外圆筒体内装振动器。50mm×100mm×100mm长方体内装处理电路板。振动器主要包括φ30mm×70mm、壁厚为0.2mm的谐振动管8以及在谐振动管8中部的两侧分别设置的激振线圈7和拾振线圈11，与箱体内的处理电路相结合。该传感器在液体流动过程中产生固有振荡，谐振动管8的固有谐振荡周期与被测量液体的密度具有确定的函数关系。

本发明谐振式在线液体密度传感器是根据管振动理论，其测量原理公式为：

ρ_{x} = ρ [{(\frac{d_{1}}{d_{2}})}^{2} - 1] [{(\frac{T_{x}}{T})}^{2} - 1];

其中，ρ_x为被测液体密度；ρ为标准液体密度；d₁谐振管的外径；d₂为谐振管的内经；T_X被测液体振动周期；T标准液体振动周期。因为准确的测量常数d₁、d₂、和ρ值比较困难，因此常用已知密度的标准流体水、空气来决定常数值。

设：

k_{0} = ρ [(\frac{d_{1}}{d_{2}}) - 1],

于是得到

ρ_{x} = k_{0} [{(\frac{Tx}{T})}^{2} - 1] = - k_{0} + k_{2} T_{x}^{2};

其中，

其线性化通常表示为

ρ_{x} = - k_{0} + k_{1} T_{x} + k_{2} T_{x}^{2} .

此式为振动式密度计的分度特性原理公式。

谐振式在线液体密度传感器实现液体的密度测量过程：当被测量液体通过谐振式在线液体密度传感器的外圆筒体流体输入口10，进入振动体的谐振动管，从而使谐振动管的内部质量发生变化，这种变化成为谐振动管固有谐振荡的周期信息，通过拾振线圈及拾振电路获取。再经过处理电路的正反馈激振耦合电路14、混合信号单片机处理系统输出15，提供由于流体的变化使谐振动管固有谐振荡的能量损失。这种能量的损失是通过激励线圈及激振电路补充的，从而使得谐振动管固有谐振荡得以维持。混合信号单片机处理系统将这种变化的固有谐振荡周期信息变换为密度数值，通过RS422通讯接口输出，为使用者提供被测量液体的密度信息。

本发明谐振式在线液体密度传感器是振动式密度测量传感器与测量仪器中整体结构最小、在线测量精度可以达到0.01％以上；密度测量范围宽。它可以测量石油或其他流体，测量对象可以是密闭容器(油箱)或其他流动的管道，使测量液体密度的过程不受残余物的影响，免除了大量复杂的设计结构，提高了抗干扰能力，避免了放射性污染；它可以完全浸入在被测流体之中实现真正意义上的流体内在线检测。

本发明谐振式在线液体密度传感器安装于机载容器(油箱)内，对燃油系统密度进行高精度的测量。它与被测量流体的容器的体积相结合获得密封容器(油箱)内航空煤油的质量，提高了流体质量测量的精度；它适于恶劣的在线测量机载环境，具有在复杂噪声环境中，抗强电磁干扰、抗振动、冲击、湿热等特点。它是机载环境燃油系统密度测量技术向数字化、综合化、智能化方向发展的需要。该发明谐振式在线液体密度传感器完全可以应用于民航飞机等运输工具之中。

本发明谐振式在线液体密度传感器与测量仪可以直接安装于石油公司各种油箱内进行密度测量，或石油工业各类油品的的密度测量以及各种工业、商业、农业、贸易的油类、液体、气体的在线检测。例如：目前使用石油交易中，已经改为采用计量油品的质量进行交易。在油品质量交易中，将该传感器直接安装在油品结算的油罐底部。该密度传感器即可进行实时在线计量出该油品的密度，并输出为实时被测油品的密度值和测量时的温度。它可以与流量表相结合及时计算获得所购买的油品质量。而不是交易后，再从所购买的油品中抽检密度，由此所带来的误差，将对交易双方带来矛盾和交涉。同时它还可以用于大型工厂生产过程中在线检测人们饮用饮料液体的密度测量、浓度测量、成份测量、检测饮料纯净程度等。

Claims (5)

Hide Dependent

1.一种谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于，该测量传感器包括置于外圆筒体(4)内的振动器及在外圆筒体(4)上盖板(3)上的设置的温度传感器(2)，和外圆筒体(4)之上的箱体(1)内的处理电路，外圆筒体(4)的下面与下端盖(5)连接，所述的振动器包括振动壳体(6)，与振动壳体同心的谐振动管(8)，在谐振动管(8)的中部两侧，且垂直于谐振动管(8)分别设置的激振线圈(7)和拾振线圈(11)，谐振动管(8)的下端设置滤网(9)；所述的处理电路包括谐振电路(13)、正反馈激振耦合电路(14)、混合信号式单片微型处理机(15)、温度传感器测量电路(16)、电源变换电路及其输出输入按口(17)；并且在外圆筒体(4)的筒体的下端开设流体输入口(10)，在外圆筒体(4)的上盖板(3)开设流体流出口(12)。

2.按权利要求1所述的谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于：振动壳体(6)为不锈钢圆筒体，它的下端和上端分别设制外法兰和内法兰，圆筒壁厚为8mm，外法兰与外圆筒体(4)相连，内法兰固定谐振动管(8)。

3.按权利要求1所述的谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于：谐振动管(8)采用型号为3J58的恒弹性镍铬弹性钢制成圆柱薄壁型短筒，几何尺寸为φ30mm×70mm、壁厚为0.2mm，频率温度系数为1×10^-5/℃；密度为8g/cm³；弹性模量为0.8×10^-5。

4.按权利要求1所述的谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于：激振线圈(7)采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圆柱体，其中芯镶入高导磁体。

5.按权利要求1所述的谐振式液体密度在线测量传感器，其特征在于：拾振线圈(11)采用耐浸油的聚四佛乙烯制成工字形的空心圆柱体，其中芯镶入高导磁体。