CN206573429U - 一种音叉式流体密度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液体传感器检测技术领域，提供了一种音叉式流体密度变送器，包括音叉体、检测器和驱动器，所述音叉体包括两个镜像设置的U型管臂以及两U型管臂对应两端吻合后连接的两根平行的引出管，所述两根引出管插接在固定基座上；在两个U型管臂上镜像设置有一对横梁，在两横梁之间分别设置有第一磁芯机构和第二磁芯机构，所述第一磁芯机构和其外围设置的第一线圈构成所述检测器，用于检测音叉体的振动频率，所述第二磁芯机构和其外围设置的第二线圈构成所述驱动器，用于提供驱动力以维持音叉体的持续振动。本实用新型通过音叉的振动频率实时测量管路内流动液体的密度、浓度，本实用新型体积小、重量轻、精度高且便于安装。

Description

一种音叉式流体密度变送器

技术领域

本实用新型属于液体传感器检测技术领域，具体涉及一种音叉式流体密度变送器。

背景技术

密度是液体的重要物理性质，测量液体密度是医药、食品、石油化工等诸多行业实现产品质量控制的重要手段之一。因此，液体密度的测量对企业有着十分重要的意义。传统的液体密度测量方法，如天平称量法、密度瓶法、浮计法等，这类方法主要是手动操作、人工读数，其测量过程复杂、采样量大、耗时长，且易受人为因素的影响，故只能用于非连续的测量场合，不能将物理量转换成电信号进而实现直观的数字显示和生产过程的在线测量，因此无法实现生产过程控制的自动化。

音叉式流体密度检测装置是根据音叉谐振原理在线检测流体密度，在密度变送器工作过程中被测流体流过音叉式密度变送器便可检测出流体的密度。音叉的谐振频率与音叉物理特性有关，根据谐振频率与音叉内流体质量的相关公式，测得其谐振频率即可测得流体质量，而音叉管臂内容积一定，进而测得流体的密度。现有的单U型密度变送器，测得流体密度的精度低、体积大且比较重。

实用新型内容

针对以上问题的不足，本实用新型提供了一种音叉式流体密度变送器，通过音叉的振动频率实时测量管路内流动液体的密度、浓度，本实用新型体积小、重量轻、精度高且便于安装。

为实现上述目的，本实用新型一种音叉式流体密度变送器，包括音叉体、检测器和驱动器，所述音叉体包括两个镜像设置的U型管臂以及两U型管臂对应两端吻合后连接的两根平行的引出管，所述两根引出管插接在固定基座上，通过两引出管的管口输入或输出待测流体；

在两个U型管臂上镜像设置有一对横梁，在两横梁之间分别设置有第一磁芯机构和第二磁芯机构，所述第一磁芯机构的外围设置有第一线圈，所述第二磁芯机构的外围设置有第二线圈，所述第一磁芯机构与第一线圈构成所述检测器，用于检测音叉体的振动频率；所述第二磁芯机构与第二线圈构成所述驱动器，用于提供驱动力以维持音叉体的持续振动。

检测器的检测线圈通过嵌入引铁内的永久磁铁可以将音叉的机械振动转化为电信号，电信号经功率放大器通过驱动器的驱动线圈在引铁上产生电磁力驱动音叉臂维持振动，音叉体的振动频率与液体密度具有一定的函数关系，以实现对液体密度的实时在线测量。

进一步地，所述第一线圈和第二线圈均为管状线圈，该第一线圈和第二线圈并列套设在两个对称的弧形线圈卡中，所述弧形线圈卡通过一支撑架与所述固定基座相连。

进一步地，所述支撑架是由两块支撑板构成的人字支架。

进一步地，所述第一磁芯机构和第二磁芯机构均设有两块引铁，每一个磁芯机构中的两块引铁分别相对设置在两横梁上，在其中一块引铁上固定有永久磁铁。

进一步地，所述第一磁芯机构中的永久磁铁和第二磁芯机构的永久磁铁位于同一横梁上的引铁中。

进一步地，所述引铁通过螺丝固定在所述横梁上。

进一步地，同一磁芯机构中的两引铁之间的相对间隙为2mm。也是为了留有空间让音叉臂可以自由振动。

进一步地，所述引铁为圆柱形。

进一步地，所述第一磁芯机构和第一线圈之间以及第二磁芯机构和第二线圈之间均留有能让音叉臂自由振动的间隙。

进一步地，所述引出管上贴附安装有用于检测管路温度的温度计。所述温度计用于实时检测管路内的液体温度，补偿音叉体的弹性模量变化，以提高对液体密度的检测精度。

由上述方案可知，本实用新型提供的一种音叉式流体密度变送器，根据音叉振动原理采用电磁驱动方式维持音叉体的持续振动，通过音叉的振动频率实时测量管路内流动液体的密度、浓度，本实用新型体积小、重量轻、精度高且便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1(a)为音叉结构图；

图1(b)为图1(a)的音叉运动等效图；

图1(c)为图1(b)的进一步运动等效图；

图1(d)为金属薄壁管构成的音叉结构图；

图2为实施例一音叉式密度变送器结构图一；

图3为实施例一音叉式密度变送器结构图二；

图4为实施例一音叉式密度变送器结构图三；

图5为实施例一音叉式密度变送器剖视图；

图6为本实施例振荡频率与液体密度之间的非线性关系图。

1、1A-U型管臂、2、2A-横梁、3、3A-引铁、4、4A、4B、4C-螺丝、5、5A- 线圈骨架、6、6A-线圈、7、7A-支撑板、8、8A-永久磁铁、9、9A-引铁、11、 11A-引出管、12、12A-螺钉、13、13A-线圈卡、14-固定基座、15-温度计

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的产品，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例：

本实施例提供了一种音叉式流体密度变送器，如图2～图5所示，包括音叉体、检测器和驱动器，所述音叉体包括两个镜像设置的U型管臂1、1A以及两 U型管臂1、1A对应两端吻合后连接的两根平行的引出管11、11A，所述两根引出管11、11A插接在固定基座14上，通过两引出管11、11A的管口输入或输出待测流体；

两U型管和两引出管11、11A构成的音叉体在制造时是一体成型的，所述音叉体采用的是金属材料；所述两个镜像设置的U型管臂1、1A，两管壁内径处处相等，每个U型管壁包括呈对称结构的弧形管、连接弧形管的相互平行且长度相等的两直管，以及分别连接两直管且相互平行、长度相等的两吻合管，弧形管和两直管处于同一平面，两吻合管处于同一平面，前述两平面呈一定夹角；除了吻合管，两U型管壁的其他部位相平行。

在两个U型管臂1、1A上镜像设置有一对横梁2、2A，在两横梁2、2A之间分别设置有第一磁芯机构和第二磁芯机构，所述第一磁芯机构的外围设置有第一线圈6，所述第二磁芯机构的外围设置有第二线圈6A，所述第一磁芯机构与第一线圈6构成所述检测器，用于检测音叉体的振动频率；所述第二磁芯机构与第二线圈6A构成所述驱动器，用于提供驱动力以维持音叉体的持续振动，其谐振频率为180Hz左右。

检测器的检测线圈6通过嵌入引铁3、9内的永久磁铁8可以将音叉的机械振动转化为电信号，电信号经功率放大器通过驱动器的驱动线圈6A在引铁3A、 9A上的永久磁铁8A上产生电磁力驱动音叉臂维持振动，音叉体的振动频率与液体密度具有一定的函数关系，以实现对液体密度的实时在线测量。

所述第一线圈6和第二线圈6A均为管状线圈，所述管状线圈通过导线缠绕管状线圈骨架5、5A形成，该第一线圈6和第二线圈6A并列套设在两个对称的弧形线圈6、6A卡中，两对称的弧形线圈6、6A卡组成一个卡箍通过两个螺钉 12、12A固定在一支撑架上，所述支撑架是由两块支撑板7、7A构成的人字支架，所述人字支架的两脚与所述固定基座14相连。

所述第一磁芯机构和第二磁芯机构均设有两块引铁，每一个磁芯机构中的两块引铁分别相对设置在两横梁2、2A上，在其中一块引铁上固定有永久磁铁。所述第一磁芯机构中的永久磁铁8和第二磁芯机构的永久磁铁8A位于同一横梁 2、2A上的引铁3、9中。所述引铁3、3A、9、9A通过螺丝4、4A、4B、4C固定在所述横梁2、2A上。所述引铁为圆柱形。

所述第一磁芯机构和第一线圈6之间以及第二磁芯机构和第二线圈6A之间均留有能让音叉臂自由振动的间隙。同一磁芯机构中的两引铁之间的相对间隙为2mm。也是为了留有空间让音叉臂可以自由振动。

所述引出管11、11A上贴附安装有用于检测管路温度的温度计15。所述温度计15用于实时检测管路内的液体温度，补偿音叉体的弹性模量变化，以提高对液体密度的检测精度。

音叉式流体密度检测装置是根据音叉谐振原理在线检测流体密度，在密度变送器工作过程中被测流体流过音叉式密度变送器便可检测出流体的密度。

音叉结构如图1(a)，音叉的谐振频率与音叉物理特性有关，音叉的谐振运动可等效为图1(b)，并可进一步简化为图1(c)，此时谐振频率为：其中M为音叉臂等效质量，K为音叉臂等效弹性；图1(d)是根据音叉形状由金属薄壁管构成的音叉，此时谐振频率为其中m为音叉臂等效质量，K为音叉臂等效弹性。当管路里有流体流过时就形成了流体音叉，其谐振频率为其中M为管路内流体质量，m为管等效质量，由此可得出流体质量管路内容积固定，测得流体质量即可得出流体密度。

本实施例采用双U型管音叉谐振工作原理，U型管内充满被测液体，被测液体的密度决定U型管的质量，U型管的质量决定音叉谐振频率，由振荡频率测得液体密度；如图6所示，由于振荡频率与液体密度之间为非线性关系，应用本实施例的密度传感器采用多段折线以获得较高精度，折线中的折点为系统标定点；系统有两个标定点就可以正常工作，标定点越多精度越高，标定点最多为六个，选择适当的标定获得较高精度。

本实施例的音叉式流体密度变送器，实现管路内流动液体密度、浓度的在线检测，检测范围为0～2g/cm³，测量精度为0.001g/cm³，净重小于等于7.5kg 体积小、重量轻、精度高、便于安装，其重量与单U型管流体密度变送器相比，近其十分之一。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种音叉式流体密度变送器，其特征在于：包括音叉体、检测器和驱动器，所述音叉体包括两个镜像设置的U型管臂以及两U型管臂对应两端吻合后连接的两根平行的引出管，所述两根引出管插接在固定基座上，通过两引出管的管口输入或输出待测流体；

在两个U型管臂上镜像设置有一对横梁，在两横梁之间分别设置有第一磁芯机构和第二磁芯机构，所述第一磁芯机构的外围设置有第一线圈，所述第二磁芯机构的外围设置有第二线圈，所述第一磁芯机构与第一线圈构成所述检测器，用于检测音叉体的振动频率；所述第二磁芯机构与第二线圈构成所述驱动器，用于提供驱动力以维持音叉体的持续振动。

2.根据权利要求1所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述第一线圈和第二线圈均为管状线圈，该第一线圈和第二线圈并列套设在两个对称的弧形线圈卡中，所述弧形线圈卡通过一支撑架与所述固定基座相连。

3.根据权利要求2所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述支撑架是由两块支撑板构成的人字支架。

4.根据权利要求1或2所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述第一磁芯机构和第二磁芯机构均设有两块引铁，每一个磁芯机构中的两块引铁分别相对设置在两横梁上，在其中一块引铁上固定有永久磁铁。

5.根据权利要求4所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述第一磁芯机构中的永久磁铁和第二磁芯机构的永久磁铁位于同一横梁上的引铁中。

6.根据权利要求4所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述引铁通过螺丝固定在所述横梁上。

7.根据权利要求4所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，同一磁芯机构中的两引铁之间的相对间隙为2mm。

8.根据权利要求4所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述引铁为圆柱形。

9.根据权利要求1所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述第一磁芯机构和第一线圈之间以及第二磁芯机构和第二线圈之间均留有能让音叉臂自由振动的间隙。

10.根据权利要求1所述的一种音叉式流体密度变送器，其特征在于，所述引出管上贴附安装有用于检测管路温度的温度计。