CN2157513Y - 液体密度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种测量液体密度用的传感器 件，可将液体的密度变化转换成定量的频率信号。主 要由振动管、外套管、激振线圈、拾振线圈和电子线路 构成。可广泛应用于工业生产各种液体和胶体产品、 介质和中间体密度检测。在结构设计上有效消除了 被测介质的压力效应，适用于较大压力范围内使用 (如1—10个大气压)，材料的温度效应极小，可在较 宽温度范围使用，测量精度高，优于0.1％。具有4— 20mA模拟输出及与TTL电路匹配的方波电平输 出，便于计算机接口，实现工业生产过程在线测量及 自动化控制，造价低，加工简便，适用于工业生产上推 广应用。

Description

本实用新型涉及测量液体密度的传感器件。

工业生产和科研实验中，凡涉及液体、胶体产品、液体介质和液体中间体的场合，如源油加工，化纤生产、纺织工业的纱浆、造纸工业的纸浆、酒精、乳液及酱油等工业生产过程中，为控制产品的质量，均需对液体（流动）密度进行检测。现有的测量装置有传统的浮子式密度计，静压式密度计及密度瓶测定法等，但它们只能用于非连续的测量场合，不能将物理量转换成电信号，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中自动控制。目前，有新设计的辐射密度计和声学密度计，虽然可以用于生产过程的在线测量，但其造价昂贵、操作繁锁，推广应用受到极大的局限性。

本实用新型的目的在于提出一种新型振管式液体密度传感器件，不仅成本低廉，制作工艺简单，可用于工业生产中液体密度在线连续检测，实现生产过程中自动化控制。

本实用新型的目的可以通过以下措施达到，从消除被测介质压力效应、材料的温度效应和减少频偏的影响为设计出发点。总体结构包括激振器、振动器、拾振器和拾振电路。振动器由外套筒和其腔内的振动管构成，该振动管两端与支撑环以线状接触方式被固定在环内，它通过支撑环和连接支架固联在外套筒上，并在外套筒管壁上分别设有激振孔和拾振孔，所说激振器和拾振器分别安装在两孔内。激振器的构成是将激振线圈封入激振线圈导管内，可以通过螺纹和螺帽固定（嵌入）在激振孔中，是受信号激励后开始工作；所说拾振器是将拾振线圈封入拾振线圈导管内，可用螺纹和螺帽固定（嵌入）在拾振孔中构成，主要是拾取振动信号馈送给拾振电路，对振动信号进行及时的处理和变换，以便实现频率信号的跟踪，完成生产过程中闭环控制和计算机接口。所说的拾振电路包括滤波放大器，对振动信号滤波放大后，分三路输出：一路馈给频率跟踪移相电路和稳幅电路，一路馈给整形和电平变换电路，一路馈给频率－电流（f－I）变换电路，该电路可由频率－电压（f－v）和电压－电流（V－I）变换电路组成。

本实用新型的目的还可以通过以下措施实现。上述连接支架与支撑环和外套筒的两个连接点，应呈拆线或近“S”形。在外套筒管壁上还可装置拾振电路接线盒，为减少环境温度的影响，可以将测温元件嵌入在外套筒管壁上，其温度变化的信号，就可方便的通过接线盒的相应多芯插头送给测量的二次仪表或模拟电路，实现对环境温度的跟踪补偿。上面所说拾振线圈，其安装位置应选择在激振器的振动波形的“节点”附近为佳。

本实用新型与传统产品相比具有以下优点：制作容易、成本低廉，可用于工业生产在线测量，实现生产自动化控制。采用本实用新型的结构特征，保证被测的流体（液体）介质同时从振动管的内外侧流过，有效地消除了流体的压力效应，可适用于较大的压力范围（如1－10个大气压）。采用所说的拆线形连接支架结构，可抵消材料的温度效应，可在较宽的温度范围内使用。用自动频率跟踪移相电路及稳幅措施，在较宽的频带内振动频率稳定。上述措施可保证测量精度优0.1％。本实用新型具备频率输出、4－20mA模拟输出和与TTL电路匹配的方波输出，便于与计算机接口。本实用新型可广泛用于工业生产中，对液体、胶体产品、介质、中间体等密度测量，诸如源油、化纤、胶片的加工生产，纱浆、纸浆、酒度、乳法、酱油以及各种饮料的密度测量。目前，应用本实用新型已开发成功智能密度计和智能酒度计。

本实用新型附图的图面说明：

图1为本实用新型基本结构剖示图。

图2为图1的A－A视图。

图3为开口式支撑环［5］正面投影图，其中24为紧固螺孔。

图4为本实用新型拾振电路框图，其中32为滤波放大器，33为自动频率跟踪移相电路，34为稳幅电路，35为整形及电平变换电路，36为频率－电压（f－V）变换器，37为电压－电流（V－I）变换电路，36和37合起来即为频率－电压－电流（f－V－I）变换电路。

图5为拾振电路展开图，图中编号含义同图4。

图6为频率－电流（f－V－I）变换电路［36，37］展开图。

图7为温度测量电路，其中25为测量元件。

下面结合（附图）实施例作进一步详述；

图1是本实用新型基本结构剖示图。在外筒套［4］的两端密封端盖［22］连接两段介质导管［23］，并分别焊接有法兰盘［6］。用法兰盘［6］将本实用新型安装在生产线的管路中，实现工业生产在线测量。在外套筒［4］内部用开口式支撑环［5］上的紧固螺孔［24］将振动管［1］夹紧（固定）在支撑环［5］内，该环与振动管［1］的接触方式，采用线状接触，一般接触面的宽度控制在0.5mm左右为宜。支撑环［5］可用焊接方法与连接支架［3］的一端固定。连接支架［3］的另一端用螺钉［21］通过装配孔［2］固定在外套筒［4］上，通过调整后焊接封死。外套筒［4］上的两个支架装配孔［2］应选择在异端。至于连接支架［3］的总体形状可以任选，但连接支架［3］与支撑环［5］和外套筒［4］的连接点应呈拆线或近“S”形为原则。

图2是图1的A－A剖示图。在外套筒［4］的一端安装有电气接线盒［7］，在接线盒［7］的两端分别安装有多芯电源插头［8］和多芯信号输入输出插头［12］。在接线盒［7］的上部有密封橡皮垫片［9］和盖板［10］。在接线盒［7］的内部安装电路板［11］和测温元件［25］。在外套筒［4］的中心轴线的中垂面上，设有激振孔［26］，激振线圈导管［18］外装有密封垫圈［17］，用紧固螺帽［14］将激振线圈导管［18］固定在激振孔［26］内。激振线圈［13］用树脂封装在激振线圈导管［18］内。防水橡皮塞［27］通过螺帽［15］安装在激振线圈导管［18］的上部。本实用新型采用I型振动模态。在外套筒［4］上靠近振波的节点附近设置拾振孔［19］。拾振线圈导管［20］通过螺纹安装在拾振孔［19］内。在拾振线圈导管［20］外装有密封垫片［31］，通过紧固螺帽［30］将拾振线圈导管［20］固定在拾振孔［19］中。拾振线圈［16］用树脂封装在拾振线圈导管［20］内。用螺帽［28］将防水橡皮塞［29］装在拾振线圈导管［20］的上部。

图3和图4同上述。

下面结合图5、图6进一步说明本实施例的电路工作过程。

在图5中接通电源后，激振线圈［13］在瞬间电流冲击下产生一个电磁力，迫使振动管［1］做自由振动，从而引起拾振线圈［16］的磁阻发生变化，感应出与振动管［1］的振动频率相同的交流信号。该交流信号馈入滤波放大器［32］的输入端（Vin），该电路由Ic₁－Ic₃构成。经放大后的交流信号由Ic₃输出，同时馈送给：

a.自动频率跟踪移相电路［33］，它由Ic₄－Ic₇构成。经移相后的信号送至稳幅电路［34］，它由Ic₈、T₁、T₂构成。由T₁的发射极输出激励信号推动激振线圈［13］工作，迫使振动管［1］在稳定的幅度条件下维持振动。

b.馈给整形和电平转换电路［35］，它由Ic₉、U₁、U₂、U₃构成。它将正弦交流信号整形为方波，并转换为TTL标准电平，由U₃输出，接到接线盒［7］一端多芯输入输出插头［12］上，以便与计算机接口。

c.馈给f－V－I转换电路输入端（fin），该电路有两部分组成，由Ic₁₄、Ic₁₅构成的频率－电压（f－v）转换电路［36］，将频率信号转换为相应的电压信号，送至由Ic₁₆、Ic₁₇和T₃构成的电压－电流（V－I）转换电［37］，将电压信号转换成4－20mA的电流信号，由I_ouT端输出，以便与模似仪表接口。

图7是由Ic₁₀、Ic₁₁和Ic₁₂构成的温度测量电路。测温元件［25］嵌入外套筒［4］管壁上，当开关K掷向“1”端，测温元件［25］输出的信号经Ic₁₀和Ic₁₁构成的放大电路，将温度信号转换成对应的0－5V的电压信号。当开关K掷向“2”时，由Ic₁₂和Ic₁₁构成误差测量电路，测量出由于电路本身产生的测量误差。将其作为修正量由输入输出插头［12］与外界有关的设备联接。

Claims (6)

1、一种液体密度传感器，包括激振器、振动器、拾振器和拾振电路，其特征是所说振动器由外套筒[4]和其腔内的振动管[1]构成，振动管[1]两端固定在支撑环[5]内，该振动管[1]通过支撑环[5]和连接支架[3]固定在外套筒[4]上，并在外套筒[4]管壁上分别设有激振孔[26]和拾振孔[19]；

激振器是由激振线圈[13]封入激振线圈导管[18]内，固定(嵌入)在激振孔[26]中构成，受信号激励工作；拾振器是由拾振线圈[16]封入拾振线圈导管[20]内，固定(嵌入)在拾振孔[19]中构成，拾取振动信号馈给拾振电路；所说拾振电路包括滤波放大器[32]接收拾振器馈送的振动信号，其输出分别馈送：

-频率跟踪移相电路[33]和稳幅电路[34]

-整形和电平变换电路[35]

-频率电压(f-v)变换[36]和电压-电流(V-I)变换电路[37]

2、如权利要求1所述液体密度传感器，其特征在于所说支撑环［5］与振动管［1］两端为线状接触（方式）。

3、如权利要求1所述液体密度传感器，其特征在于连接支架［3］与支撑环［5］和外套筒［4］的连接点，呈拆线或近“S”形。

4、如权利要求1所述液体密度传感器，其特征在于外套筒［4］管壁上可嵌入测温元件［25］。

5、如权利要求1或4所述液体密度传感器，其特征在于外套筒［4］管壁上可配置拾振电路接线盒［7］。

6、如权利要求1所述液体密度传感器，其特征在于所说拾振线圈［16］安装位置可选择在振动波形节点附近。

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