一種採用縱向振動模式的諧振式密度計的製作方法

2023-05-27 21:41:01

專利名稱：一種採用縱向振動模式的諧振式密度計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種揩振式密度計，特別是一種縱向振動模式的諧振式密度計。
背景技術：
諧振式密度計是一種新型的密度測量儀器，以往的諧振式密度計的諧振式敏感元件大都採用諧振管、諧振膜或音叉製成，利用電子反饋系統補充諧振能量，將諧振器維持在諧振狀態，當被測介質接觸諧振器時，由於該諧振器附近的介質表面張力、吸附力等的作用使被測介質也產生振動，這等效於諧振器的質量增大，導致其固有諧振頻率發生變化。介質的密度不同，其諧振頻率變化的大小也不同。利用介質密度與諧振器諧振頻率的對應關係，即可求出被測介質的密度。其優點是(1)可以安裝在管道上，對液體密度進行在線式連續測量；(2)測量精度高，解析度好；(3)輸出頻率信號抗幹擾能力強，可遠距離信號傳輸；(4)穩定性好，重複性佳。然而，目前已有的振管式密度計還存在一些弱點，如液體在諧振管內部流過，諧振管較粗，諧振管採用橫向彎曲振動模式，激振器必須製作在振動管的兩側，使儀器的體積變大，在狹小空間無法使用；諧振管必須與液體管道連為一體，每一次的檢驗標定必須拆卸管道；在現有技術中諧振管的管壁較薄，其固定端必須採用具有一定剛度和質量的阻尼固定結構，防止諧振能量的外洩和Q值(品質因數)的降低，因此，諧振管受液體壓力和粘度的影響較大，因此其對於高粘度液體或在大壓力環境下無法使用，通常它只能用於液體和氣體，無法用於粉末狀物體的密度測量。綜上所述，現有的諧振式密度計主要存在以下問題1、現有技術使用的諧振管必須與液體管道連為一體，諧振管比較粗，每一次的檢驗標定必須拆卸管道；2、現有技術均採用諧振管的橫向振動模式，激振器必須製作在諧振管的兩側，使儀器的體積變大，在小環形空間無法使用。3、現有技術的諧振管受液體壓力的影響較大，在大壓力環境下無法使用；4、現有技術不能用於粉末狀物體；5、現有技術不能用於料位測量。

發明內容
為解決現有的諧振式密度計存在的體積大、在大壓力環境下無法使用、不能用於粉末狀物體進行測量、不能用於料位測量等問題，本發明提供一種採用縱向振動模式的諧振式密度計。本發明的諧振式密度計包含諧振器1、固支板2、永磁體3、激振器4、拾振器5、信號處理電路7，細長形的諧振器1長度方向的中部固定在固支板2的通孔2-1內，永磁體3、激振器4、拾振器5和信號處理電路7均安裝在固支板2的上方，永磁體3的磁場方向與諧振器1的軸線K方向相同，激振器4是一組纏繞在諧振器1上的線圈，激振器4與諧振器1之間有保證諧振器1自由振動的間隙4-1。在使用時將諧振器1的下部插入被測介質中即可進行密度測量；該裝置還可以橫向安裝在裝有物料的容器的側壁上，便可進行料位的測量。本發明的諧振器1的固有頻率為n=km]]>式中k為振動系統的剛度，m為振動系統的質量。應當指出，諧振器1的固有頻率是一個理論概念，而系統的諧振頻率總是與固有頻率有所不同，差異取決於系統的阻尼。由上式不難看出，任何可以改變振動系統的剛度k或質量m的物理變化，都將使諧振器1振動的固有頻率發生變化。當諧振器1外部(或者外部和內部)充滿被測介質時，諧振管的剛度和質量以及阻尼都發生了變化，使諧振器1的固有頻率發生變化，測量這個變化，即可得到被測物質的密度。拾振器5拾取的固有頻率變化信號經信號處理電路7中的放大器足夠放大後，再將相應電壓反饋給激振器4，轉為激振力以平衡阻尼力(包括粘性阻尼和其它阻尼)，這樣，便可維持諧振器1在接近其固有頻率上作等幅振動。雖然流體的粘度對諧振管的諧振頻率也有一定的影響，流體粘度的增加，諧振頻率f會略有下降。這是由於諧振器的視在密度隨著粘度增加的緣故。在牛頓流體力學中，這種視在密度的增量Δρx和振動衰減比的增量ΔC之間滿足下式ΔC ∝fΔρx，因此，可以根據振動振幅的變化量，求得ΔC。故隨著粘度的增加，所產生的視在密度增量可用上式補償，這就是本發明的工作原理。具體歸納如下被測物的密度調整諧振器1的固有頻率，諧振器1的振動是由信號處理電路7中調頻放大器維持的，從而把被測物的密度量轉變為頻率輸出。至於頻率放大器、諧振器1、拾振器5、激振器4與信號處理電路7中調頻放大器構成一個閉環調頻自激振動系統，與密度對應的頻率信號通過插座9的引出端子8以二線制方式輸出。該密度計在生產過程控制方面有著廣泛的用途。可用於天然氣生產中的產量和質量的控制，在食品和醫藥工業中，可用於糖漿、酸乳酪、牛奶、乾酪、植物油等產品的生產過程進行密度控制。在化學工業中，可用於蛋白質、澱粉、硫酸鈉溶液、矽酸鈉、煤焦油以及排放的廢液等。在石油工業中，原油的開採和石油產品的運輸過程中，用於石油產品及井下石油密度的測試。本發明的密度計由於具有細長結構的諧振器1，因此成為插入式結構，具有體積小、耐高壓等特點，可進行二線制遠距離傳輸。本發明的諧振式密度計特別適用於窄小空間的在線密度測量，該密度計具有體積小，耐高壓、抗震動的優點；本發明的諧振式密度計是採用縱向振動模式的諧振式密度計，諧振頻率高達幾十千赫茲，具有很高的解析度；本發明的密度計振管比較細小(直徑為幾個毫米)，在流動的液體中對流體沒有阻力，不會產生壓力損失；本發明的改進型可以用於固體粉末的密度測量；本發明的改進型可以用於氣體的密度測量；本發明可以製作成可攜式密度計，用於對某些液體的現場密度測試；本發明可以用於顆粒狀固體物料的料位測量。


圖1是具體實施方式
一的結構示意圖，圖2是具體實施方式
二的密度計在管路中的安裝結構示意圖，圖3是具體實施方式
三的結構示意圖，圖4是具體實施方式
四的密度計的安裝結構示意圖，圖5是具體實施方式
五的結構示意圖，圖6是具體實施方式
六的安裝結構示意圖。
具體實施例方式
一參閱圖1，本實施方式由諧振器1、固支板2、永磁體3、激振器4、拾振器5、外殼6、信號處理電路7、引出端子8、插座9組成。外殼6固定在固支板2的上面，諧振器1是由彈性合金製作的中空的薄壁圓管，為將被測液體密封，圓管的下端設計成封閉結構。諧振器1的中部固定在固支板2的通孔2-1內。諧振器1與固支板2由真空釺焊連接為一體。永磁體3、激振器4、拾振器5和信號處理電路7均安裝在外殼6的內部。激振器4是一組纏繞在諧振器1上的線圈，激振器4與諧振器1之間有保證諧振器1自由振動的間隙4-1。拾振器5是纏繞在諧振器1上的另一組線圈，拾振器5與諧振器1之間有保證諧振器1自由振動的間隙5-1。永磁體3是空心結構並套裝於拾振器5和激振器4的外面，永磁體3的磁場方向與諧振器1的軸線K方向相同。插座9安裝在外殼6的頂部，引出端子8安裝在插座9內，引出端子8經導線連接信號處理電路7，信號處理電路7分別經導線連接激振器4和拾振器5。
具體實施方式
二參閱圖2，本實施方式與具體實施方式
一不同的是，在諧振器1下端的管壁上開有前後貫通的通孔11，在諧振器1的內部與固支板2同一高度處設有隔板10。通孔11的作用是用來消除被測液體壓力的，避免諧振器受液體的靜壓產生應變。隔板10是用來隔離被測液體的，它使諧振器的上、下部分開，雖然它會受到液體的靜壓力而產生應變，但由於它和固支板2是處在諧振器振動的節點上，所以不會對諧振管的振動產生影響。在使用時將該密度計安裝在管路12上，諧振器1的下部插入管路12內部。其它組成和連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三參閱圖3，本實施方式與具體實施方式
一不同的是，諧振器1是實心的杆體，杆體式諧振器1的下端可為錐形。這種密度計可用於插入粉末中，測量固體粉末的密度。其它組成和連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四參閱圖4，本實施方式與具體實施方式
一不同的是，管形的諧振器1下部的外表面連接有阻尼板13，以便於在測量箱體14內氣體密度時，用於提高諧振器1的分辨氣體密度的靈敏度。其它組成和連接關係與具體實施方式
五參閱圖5，本實施方式與具體實施方式
一、二、三、四不同的是，拾振器5是一個加速度計，拾振器5安裝在諧振器1的頂部。其它組成和連接關係與具體實施方式
一、二、三、四相同。
具體實施方式
六參閱圖6，本實施方式與具體實施方式
一不同的是，將密度計安裝在物料倉15的倉壁上，諧振器1下端伸入物料倉15內，這樣可用於測量倉內物料是否達到高度，該密度計可作為料位計應用。
權利要求
1.一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，它包含諧振器(1)、固支板(2)、永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)、信號處理電路(7)，其特徵在於細長形的諧振器(1)長度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2-1)內，永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信號處理電路(7)均安裝在固支板(2)的上方，永磁體(3)的磁場方向與諧振器(1)的軸線K方向相同，激振器(4)是一組纏繞在諧振器(1)上的線圈，激振器(4)與諧振器(1)之間有保證諧振器(1)自由振動的間隙(4-1)。
2.根據權利要求1所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於諧振器(1)是由彈性合金製作的中空的薄壁圓管。
3.根據權利要求2所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於在諧振器(1)下端的管壁上開有前後貫通的通孔(11)，在諧振器(1)的內部與固支板(2)同一高度處設有隔板(10)。
4.根據權利要求2所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於管形的諧振器(1)下部的外表面連接有阻尼板(13)。
5.根據權利要求1所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於諧振器(1)是實心的杆體。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於拾振器(5)是纏繞在諧振器(1)上的另一組線圈，拾振器(5)與諧振器(1)之間有保證諧振器(1)自由振動的間隙(5-1)。
7.根據權利要求6所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於永磁體(3)是空心結構並套裝於拾振器(5)和激振器(4)的外面。
8.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，其特徵在於拾振器(5)是一個加速度計，拾振器(5)安裝在諧振器(1)的頂部。
全文摘要
一種採用縱向振動模式的諧振式密度計，它涉及一種揩振式密度計，特別是一種縱向振動模式的諧振式密度計。它包含諧振器(1)、固支板(2)、永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)、信號處理電路(7)，細長形的諧振器(1)長度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2－1)內，永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信號處理電路(7)均安裝在固支板(2)的上方，永磁體(3)的磁場方向與諧振器(1)的軸線K方向相同，激振器(4)是一組纏繞在諧振器(1)上的線圈，激振器(4)與諧振器(1)之間有保證諧振器(1)自由振動的間隙(4－1)。它解決了現有的諧振式密度計存在的體積大、在大壓力環境下無法使用、不能用於粉末狀固體進行測量、不能用於料位測量等問題。
文檔編號G01N9/00GK1439870SQ0311123
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月19日 優先權日2003年3月19日
發明者張濱華, 劉興斌, 林金秋, 張衛剛, 衛學峰 申請人:張濱華