CN206074387U - 在线气体比重测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及气体在线分析测量领域，尤其涉及一种在线气体比重测量传感器，其结构包括敏感单元、转换单元和处理单元，敏感单元中包括感应箱，其特征是，所述感应箱为组装式结构，包括盖一、盖二和工程气腔体，工程气腔体位于盖一与盖二之间，盖一上设有座圈，座圈底部设有高频压电陶瓷膜片一，座圈的顶部连接高频压电陶瓷膜片二，盖二上设有高频压电陶瓷膜片三，三个高频压电陶瓷膜片为选配件。与现有技术相比，本实用新型的优点是：1）组装式结构感应箱，加工、装配方便。2）选配器件可避免敏感器件本身带来的测量误差和不稳定性。3）可与甲烷、氮气等标定气体兼容，实现在线的或定期的自我检测、自我标定，保证传感器的长期可靠工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体品质参数在线分析测量领域，尤其涉及一种在线气体比重测量传感器，用于实时测量单一气体或混合气体的比重参数。
背景技术
目前国内测量气体比重的方法主要有实验室的“气体比重瓶法”，其方法是在气瓶内装入一定体积的气体V，用天平称出气体质量m，则气体密度G＝气体质量m/气体体积V，然后用气体密度G/空气密度（1.293）即等于该气体比重，其优点是测量准确，不足之处是反应速度慢，实时性差，不适合某些需要实时测量的工业场合。国内气体比重的在线测量技术尚属空白，基本都是采用进口仪表测量燃气（亦称工程气）的比重。
进口气体比重仪的结构原理是有两个上下配置的圆柱腔（上腔和下腔），当无燃气进入上腔时，那么上腔和下腔中都是空气，这时电压激励比重单元中间的隔膜振荡器振动鼓膜，压力传感器测出的振幅为AO，则AO对应的比重为1。如果燃气进入上腔时，压力传感器测出振幅为A1，则振幅差Δ＝A1－AO。此差值变成电信号经过放大、整流、滤波形成一个和燃气比重成正比的0~5VDC信号，该信号输入到CPU就可折算出真实的比重的大小，控制燃气进入比重测量单元上腔的流量并使其稳定，就可准确测出燃气的比重。
中国专利CN101571500公开了一种“轻烃燃气在线热值分析方法及装置”，其气体密度变送单元由密闭腔体、平衡膜片、高频压电陶瓷振荡器、微压力应变片、导流支架、振荡与激励电路、放大与保护电路、当量转换与输出模块组成，在密闭腔体的中心设有高频压电陶瓷振荡器，高频压电陶瓷振荡器四周设有导流支架，在密闭腔体中部高频压电陶瓷振荡器的四周密闭设置有平衡膜片将密闭腔体分隔为两个体积相同的部分，分别为测量室和参考室，导流支架上设有气体通过的入口和出口；振动与激励电路与高频压电陶瓷振荡器相连接，导流支架形成的空间内与测量室和参考室壳体接触的部分均设有微压力应变片，两个微压力应变片分别与放大与比较电路相连接，放大与比较电路输出端连接当量转换与输出模块；在测量室的壳体上设有过程气入口和过程气出口。
现有技术中密闭式腔体的结构复杂，加工和装配都不方便，当传感器放置不平整或装配不适当时，将产生信号偏差，影响测量精度，甚至完全测不准。另外隔膜振荡器振动鼓膜和压力变送元件的性能参数很难匹配，也是造成测量不准的一大原因，亟待改进。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种在线气体比重测量传感器，采用经过选配的具有相同电性能参数的压电传感元器件收集振幅信号，进一步提高测量精度，组装式信号采集箱体方便制造，自标定单元能自我检测、自我标定，保证传感器性能稳定，提高长期工作可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是这样的：
在线气体比重测量传感器，其结构包括敏感单元、转换单元和处理单元，所述敏感单元中包括感应箱和压电应变器件，所述转换单元中设有放大电路、整流电路和滤波电路，所述感应箱上设有参考气体入口、工程气入口和工程气出口，所述感应箱为组装式结构，包括盖一、盖二和工程气腔体，工程气腔体位于盖一与盖二之间，盖一上设有座圈，座圈底部设有高频压电陶瓷膜片一，座圈的顶部连接高频压电陶瓷膜片二，盖二上设有高频压电陶瓷膜片三，高频压电陶瓷膜片一与高频压电陶瓷膜片二之间为参考气体腔，高频压电陶瓷膜片二和高频压电陶瓷膜片三之间为工程气体腔；所述高频压电陶瓷膜片一、高频压电陶瓷膜片二和高频压电陶瓷膜片三是经选配的、性能一致的元器件。
为了进一步实现自我标定和自我检测，所述盖一上设有自标定参考气源入口。所述盖二上设有自标定气源入口。
为了进一步提高对温度的敏感性，所述感应箱外设保温层，保温层内设有恒温控制单元，以便使参考气体腔和工程气腔内温度恒定，保证测量精度。为了保证传感器稳定运行，所述参考气体入口处设有过滤装置。
所述处理单元中设有嵌入式微处理器、多路A/D转换器和声波发生器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1）组装式结构感应箱，加工、装配方便，有利于降低制造成本，提高产品市场竞争力。2）采用选配的高频压电陶瓷膜片器件，压电特性一致，可避免敏感器件本身带来的测量误差和不稳定性。3）可与甲烷、氮气等标定气体兼容，实现在线的或定期的自我检测、自我标定，保证传感器的长期可靠工作。4）恒温控制单元可用于修正温度对测量值的影响，提高测量精度。
附图说明
图1是本实用新型实施例应用结构示意图；
图2是本实用新型实施例转换单元和处理单元结构框图。
图中：1-敏感单元，2-转换单元，3-处理单元，4-感应箱，5-参考气体入口，6-工程气入口，7-工程气出口，8-保温层，9-恒温控制单元，10-盖一，11-盖二，12-工程气腔体，13-座圈，14-高频压电陶瓷膜片一，15-高频压电陶瓷膜片二，16-高频压电陶瓷膜片三，17-过滤装置，18-自标定参考气源入口，19-自标定气源入口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
见图1、图2，是本实用新型一种在线气体比重测量传感器实施例应用结构示意图，包括敏感单元1、转换单元2和处理单元3，敏感单元1中包括感应箱和压电应变器件，转换单元2中设有放大电路、整流电路和滤波电路，处理单元3中设有多路A/D转换器和嵌入式微处理器，嵌入式微处理器分别连接多路A/D转换器和声波发生器，0~5VDC信号由信号输出接口输出，嵌入式微处理器上设有显示及人机界面接口可连接液晶触摸屏。感应箱4上设有参考气体入口5、工程气入口6和工程气出口7，感应箱4为组装式结构，包括盖一10、盖二11和工程气腔体12，工程气腔体12位于盖一10与盖二11之间，盖一10上设有座圈13，座圈13底部设有高频压电陶瓷膜片一14，座圈的顶部连接高频压电陶瓷膜片二15，盖二11上设有高频压电陶瓷膜片三16，高频压电陶瓷膜片一14与高频压电陶瓷膜片二15之间为参考气体腔01，高频压电陶瓷膜片二15和高频压电陶瓷膜片三16之间为工程气体腔02；其中高频压电陶瓷膜片一14、高频压电陶瓷膜片二15和高频压电陶瓷膜片三16是经选配的、性能一致的元器件。
为了进一步实现自我标定和自我检测，盖一10上设有自标定参考气源入口18。盖二11上设有自标定气源入口19。实施例中可选用甲烷作为自标定气源，氮气作为自标定参考气源，因甲烷能与燃气相容，故可实现在线标定，同时因为甲烷和氮气成分单一，可杜绝因空气本身成分复杂造成的标定误差。
另外，气体比重测量精度与被测气体的温度也有关系，因此实施例中在感应箱4外设保温层8，保温层内设有恒温控制单元9，通过将感应箱4置身于一个恒温环境中，有利于提高标定的精度。
由于在线测量时，工作环境中空气和被测气体可能比较恶劣，在参考气体入口5处设有过滤装置17，能有效地减少外来气体中灰尘等杂质进入传感器内部，这样才能保证传感器的长期安全运行。
以上实施例仅是为详细说明本实用新型的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制本实用新型的保护范围，凡在不违背本实用新型的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.在线气体比重测量传感器，其结构包括敏感单元、转换单元和处理单元，所述敏感单元中包括感应箱和压电应变器件，所述转换单元中设有放大电路、整流电路和滤波电路，所述感应箱上设有参考气体入口、工程气入口和工程气出口，其特征在于，所述感应箱为组装式结构，包括盖一、盖二和工程气腔体，工程气腔体位于盖一与盖二之间，盖一上设有座圈，座圈底部设有高频压电陶瓷膜片一，座圈的顶部连接高频压电陶瓷膜片二，盖二上设有高频压电陶瓷膜片三，高频压电陶瓷膜片一与高频压电陶瓷膜片二之间为参考气体腔，高频压电陶瓷膜片二和高频压电陶瓷膜片三之间为工程气体腔；所述高频压电陶瓷膜片一、高频压电陶瓷膜片二和高频压电陶瓷膜片三是经选配的、性能一致的元器件。
2.根据权利要求1所述的在线气体比重测量传感器，其特征在于，所述盖一上设有自标定参考气源入口。
3.根据权利要求1所述的在线气体比重测量传感器，其特征在于，所述盖二上设有自标定气源入口。
4.根据权利要求1所述的在线气体比重测量传感器，其特征在于，所述感应箱外设保温层，保温层内设有恒温控制单元。
5.根据权利要求1所述的在线气体比重测量传感器，其特征在于，所述参考气体入口处设有过滤装置。
6.根据权利要求1所述的在线气体比重测量传感器，其特征在于，所述处理单元中设有嵌入式微处理器、多路A/D转换器和声波发生器。
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| CN112136038A (zh) * | 2018-05-17 | 2020-12-25 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于制造至少一个膜片装置的方法、用于微机械的传感器的膜片装置和构件 |
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