CN2129411Y - 一种调频型流体密度计 - Google Patents

Abstract

一种调频型流体密度计，可用来在线实时测定河 流含沙量、污水悬浮质含量，亦可在线测定化工、医 药、食品、石油工业中浆液的浓度与油液和气体的密 度。测量信息为数字式，便于遥传。传感器的敏感元 件，振弦，不接触被测流体，故其振动不受流体粘度影 响；浮子自由悬垂于振弦下端，没有材质温度线膨胀 系数差异派生的误差。故不会因被测流体的粘度，温 度与压强而影响仪器精度。

Description

本实用新型是利用振动弦自振频率的变化来测定流体对潜没其中的物体浮力的传感器，属于计量流体密度的仪器类。

河流的含沙量，污水中悬浮质的含量，石油化工各生产流程中液体和气体的密度，皆可用本实用新型进行测量。

在本实用新型以前，国内外较先进的流体密度计当推振动筒密度计，但它的测值受流体粘度影响。最新进展为笛可斯在1991年发表的振弦密度计（见参考文献1。M.Dix and Others.A Vibrating－Wire Densimeter for Measurements in Fluids at High Pressure.International Journal of Thermophysics，Vol.12，No.2，1991，p357－370）。但它仍存在下列缺点：1.若用来测污水与河流中浑水，则泥沙和污物会阻塞磁隙，阻碍细钨丝的自由振动。2.它用外加可调频率的信号源及数字电压表、示波器测定钨丝的强迫振动的幅度与频率的共振曲线，太费时间，不便于在野外及时地给出水流含沙数值。

本实用新型的目的是提供一种可直接放入河流或污水池中并可实时显示水流所含悬浮质（泥沙）浓度的流体密度计。

本实用新型的技术解决方案是：流体密度计中的承受流体浮力的垂球浮子通过吊丝与金属丝振弦相连，吊丝穿过仪器底部小孔，小孔为柔性止水元件密封。

本实用新型输出的振弦切割磁力线产生的交变电信号的频率将由吊球扣除它潜没于其中的流体的浮力后之有效重量所决定，属调频传感器工作方式。振弦在磁场中因放大器开机突加正电压产生电流而被安培力激振后，又将在切割磁力线时产生动生电动势，此电动势被放大器放大后，一部分正分馈给振弦使克服阻尼，保持恒幅振荡，另一部分则输出供计测频率之用。此频率不受被测流体粘度影响，却确定地因流体密度大小而变化。

与1991年12卷第2期国际热物理学报第357到370页笛可斯的论文提出的流体密度计相比，本实用新型具有下列优点：1.本实用新型有柔性止水元件保护，被测流体不会进入磁气隙，不会与振弦直接接触；所以可以做为测流铅鱼的一个组成部分，放置到含泥沙的河流或污水池中测量水流所含悬浮质（泥沙）的浓度。2.上列国际热物理学报论文中的振弦密度计是用强迫振动测共振曲线的峰值以确定密度，该法一般要用三、四台仪器测20个以上的测值，才能确定被测流体密度，本实用新型采用带反馈回路的放大器与磁场中振弦共同构成机电耦合振荡器，（见参考文献2本实用新型设计人孙厚钧的论文：力学测试技术中的一种数字传感器与机电耦合振荡理论。载1987年第3期气动实验与测量控制期刊），其本征频率即为被测密度的单值函数，故只需测定其输出电信号的频率（一个测值）即可实时给出被测流体密度（或所含泥沙的浓度），较便捷。

下面结合附图具体说明：

图1为工作原理框图，N、S代表永磁磁极。本实例中采用钨丝作为振弦张紧在磁隙中，振弦上端连接片固定于流体密度计器壁上，器壁则固定在测流大铅鱼上，而大铅鱼则悬挂在跨河缆或索桥上。振弦下端的连接片上悬吊着一个垂球浮子（1），垂球浮子（1）的重量大于被测密度最大时该球排开的同体积的流体的重量。当振弦柔韧细金属丝的尺寸及材质已定时，其自振频率由垂球浮子（1）的有效重量——扣除流体浮力以后的浮重，所唯一地确定。振弦上端连接片在电学上与地绝缘而下端连接片则在电学上接地。放大器Amp把振弦切割磁力线产生的动生电动势放大后，部分地反馈给振弦使克服阻尼保持恒幅振荡，另外则直接输出供计测频率用。

附图2为流体密度计剖面图，附图3为其平面图，（1）为垂球浮子，在施测时，它将潜没在被测流体中；（2）为球缺顶平面，供固定吊丝用；（3）为固定吊丝夹头；（4）为乳胶硫化止水箍；（5）为吊丝；（6）为柔韧波纹膜止水套；（7）为止水套压固环片；（8）为密度计底部封装拼板，由左右两半块拼成，中有棱形空腔供填充硅胶用；（9）为振弦下端连接片，有悬垂自由度，但当垂度过大时会限位，以保护振弦免于断裂；（10）为振弦，由非磁性金属丝作成，在本实例中采用钨钍铼合金丝；（11）为纯铁磁极；（12）为永磁铁块，本实例中用钕铁硼永磁块；（13）为纯铁极靴；（14）为振弦上端连接片，本实例中上下端连接片皆为铍青铜薄片，它与振弦钨丝经熔接焊连接在一起；（15）为上端连接片压板；（16）为横梁，（16）与（15）一起固定住振弦上端。（15）、（16）皆由绝缘陶瓷作成。（17）为放大器集成片或运算放大器芯片；（18）为支承横梁的铜螺丝支承柱；（19）为铜环底座，它是支柱、横梁与磁回路组件的固定基础，铜环底座（19）由螺钉固定在密度计底板上。底板和铜环底座在中心有同心园孔，以便组装内部元件。组装完毕，此园孔被封装拼板（8）所封闭；（20）为引出线导管，其三根引出线，G为地线，C为＋12电源阳极线，a为放大器输出信号线。

本实用新型具有以下优点：

1.不受被测流体粘度及污物影响，可固定在测流大铅鱼的腹部与外界水流相通的龛穴内，直接测河流含沙量不需要再把河水吸出样品，携回实验室烘干称重。

2.振弦金属丝电阻值很小，耦合噪音干扰少；而且调频输出，故便于遥传。

3.可实时给出流体密度的瞬时值。

附图说明：

图1为工作原理框图，图2为流体密度计A－A剖面图，图3为去掉容器盖和横梁的密度计平面图。

1——垂球浮子；

2——垂球球缺顶平台；

3——吊丝夹头；

4——乳胶硫化止水箍；

5——吊丝；

6——柔韧波纹膜止水套；

7——止水套压固环片；

8——底部封装拼板；

9——振弦下端连接片；

10——振弦金属丝；

11——纯铁磁极；

12——永磁铁块；

13——纯铁极靴；

14——振弦上端连接片；

15——压板；

16——横梁；

17——放大器集成片；

18——铜螺丝支承柱；

19——铜环底座；

20——引出线导管；

a 输出信号芯线

c 电源＋12芯线

G 地线芯线

Claims (2)

1、一种调频型流体密度计，有仪器外壳和底座，垂球浮子(1)和浮力测量装置，其特征在于垂球浮子(1)虽被柔韧波纹膜止水套(6)屏蔽于浮力测量装置之外，但却经吊丝(5)与振弦金属丝(10)相连，振弦金属丝(10)自振时切割磁力线产生交变电信号送给放大集成片(17)放大后由引出线导管(20)的a芯线输出。

2、如权利要求1所述的调频型流体密度计，其特征在于振弦金属丝（10）的下端连接片（9）底边在仪器处于流体之外时被铜环底座（19）制动，构成超负荷限位器。

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