專利名稱：一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種揩振式密度計(jì)，特別是一種縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)。
背景技術(shù)：
諧振式密度計(jì)是一種新型的密度測(cè)量?jī)x器，以往的諧振式密度計(jì)的諧振式敏感元件大都采用諧振管、諧振膜或音叉制成，利用電子反饋系統(tǒng)補(bǔ)充諧振能量，將諧振器維持在諧振狀態(tài)，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)接觸諧振器時(shí)，由于該諧振器附近的介質(zhì)表面張力、吸附力等的作用使被測(cè)介質(zhì)也產(chǎn)生振動(dòng)，這等效于諧振器的質(zhì)量增大，導(dǎo)致其固有諧振頻率發(fā)生變化。介質(zhì)的密度不同，其諧振頻率變化的大小也不同。利用介質(zhì)密度與諧振器諧振頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可求出被測(cè)介質(zhì)的密度。其優(yōu)點(diǎn)是(1)可以安裝在管道上，對(duì)液體密度進(jìn)行在線式連續(xù)測(cè)量；(2)測(cè)量精度高，分辨率好；(3)輸出頻率信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，可遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸；(4)穩(wěn)定性好，重復(fù)性佳。然而，目前已有的振管式密度計(jì)還存在一些弱點(diǎn)，如液體在諧振管內(nèi)部流過(guò)，諧振管較粗，諧振管采用橫向彎曲振動(dòng)模式，激振器必須制作在振動(dòng)管的兩側(cè)，使儀器的體積變大，在狹小空間無(wú)法使用；諧振管必須與液體管道連為一體，每一次的檢驗(yàn)標(biāo)定必須拆卸管道；在現(xiàn)有技術(shù)中諧振管的管壁較薄，其固定端必須采用具有一定剛度和質(zhì)量的阻尼固定結(jié)構(gòu)，防止諧振能量的外泄和Q值(品質(zhì)因數(shù))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(duì)于高粘度液體或在大壓力環(huán)境下無(wú)法使用，通常它只能用于液體和氣體，無(wú)法用于粉末狀物體的密度測(cè)量。綜上所述，現(xiàn)有的諧振式密度計(jì)主要存在以下問(wèn)題1、現(xiàn)有技術(shù)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(yàn)標(biāo)定必須拆卸管道；2、現(xiàn)有技術(shù)均采用諧振管的橫向振動(dòng)模式，激振器必須制作在諧振管的兩側(cè)，使儀器的體積變大，在小環(huán)形空間無(wú)法使用。3、現(xiàn)有技術(shù)的諧振管受液體壓力的影響較大，在大壓力環(huán)境下無(wú)法使用；4、現(xiàn)有技術(shù)不能用于粉末狀物體；5、現(xiàn)有技術(shù)不能用于料位測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的諧振式密度計(jì)存在的體積大、在大壓力環(huán)境下無(wú)法使用、不能用于粉末狀物體進(jìn)行測(cè)量、不能用于料位測(cè)量等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)。本發(fā)明的諧振式密度計(jì)包含諧振器1、固支板2、永磁體3、激振器4、拾振器5、信號(hào)處理電路7，細(xì)長(zhǎng)形的諧振器1長(zhǎng)度方向的中部固定在固支板2的通孔2-1內(nèi)，永磁體3、激振器4、拾振器5和信號(hào)處理電路7均安裝在固支板2的上方，永磁體3的磁場(chǎng)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(dòng)的間隙4-1。在使用時(shí)將諧振器1的下部插入被測(cè)介質(zhì)中即可進(jìn)行密度測(cè)量；該裝置還可以橫向安裝在裝有物料的容器的側(cè)壁上，便可進(jìn)行料位的測(cè)量。本發(fā)明的諧振器1的固有頻率為ωn=km]]>式中k為振動(dòng)系統(tǒng)的剛度，m為振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)指出，諧振器1的固有頻率是一個(gè)理論概念，而系統(tǒng)的諧振頻率總是與固有頻率有所不同，差異取決于系統(tǒng)的阻尼。由上式不難看出，任何可以改變振動(dòng)系統(tǒng)的剛度k或質(zhì)量m的物理變化，都將使諧振器1振動(dòng)的固有頻率發(fā)生變化。當(dāng)諧振器1外部(或者外部和內(nèi)部)充滿被測(cè)介質(zhì)時(shí)，諧振管的剛度和質(zhì)量以及阻尼都發(fā)生了變化，使諧振器1的固有頻率發(fā)生變化，測(cè)量這個(gè)變化，即可得到被測(cè)物質(zhì)的密度。拾振器5拾取的固有頻率變化信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路7中的放大器足夠放大后，再將相應(yīng)電壓反饋給激振器4，轉(zhuǎn)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(dòng)。雖然流體的粘度對(duì)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(huì)略有下降。這是由于諧振器的視在密度隨著粘度增加的緣故。在牛頓流體力學(xué)中，這種視在密度的增量Δρx和振動(dòng)衰減比的增量ΔC之間滿足下式ΔC ∝fΔρx，因此，可以根據(jù)振動(dòng)振幅的變化量，求得ΔC。故隨著粘度的增加，所產(chǎn)生的視在密度增量可用上式補(bǔ)償，這就是本發(fā)明的工作原理。具體歸納如下被測(cè)物的密度調(diào)整諧振器1的固有頻率，諧振器1的振動(dòng)是由信號(hào)處理電路7中調(diào)頻放大器維持的，從而把被測(cè)物的密度量轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率輸出。至于頻率放大器、諧振器1、拾振器5、激振器4與信號(hào)處理電路7中調(diào)頻放大器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)調(diào)頻自激振動(dòng)系統(tǒng)，與密度對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)通過(guò)插座9的引出端子8以二線制方式輸出。該密度計(jì)在生產(chǎn)過(guò)程控制方面有著廣泛的用途。可用于天然氣生產(chǎn)中的產(chǎn)量和質(zhì)量的控制，在食品和醫(yī)藥工業(yè)中，可用于糖漿、酸乳酪、牛奶、干酪、植物油等產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行密度控制。在化學(xué)工業(yè)中，可用于蛋白質(zhì)、淀粉、硫酸鈉溶液、硅酸鈉、煤焦油以及排放的廢液等。在石油工業(yè)中，原油的開(kāi)采和石油產(chǎn)品的運(yùn)輸過(guò)程中，用于石油產(chǎn)品及井下石油密度的測(cè)試。本發(fā)明的密度計(jì)由于具有細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的諧振器1，因此成為插入式結(jié)構(gòu)，具有體積小、耐高壓等特點(diǎn)，可進(jìn)行二線制遠(yuǎn)距離傳輸。本發(fā)明的諧振式密度計(jì)特別適用于窄小空間的在線密度測(cè)量，該密度計(jì)具有體積小，耐高壓、抗震動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的諧振式密度計(jì)是采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，諧振頻率高達(dá)幾十千赫茲，具有很高的分辨率；本發(fā)明的密度計(jì)振管比較細(xì)小(直徑為幾個(gè)毫米)，在流動(dòng)的液體中對(duì)流體沒(méi)有阻力，不會(huì)產(chǎn)生壓力損失；本發(fā)明的改進(jìn)型可以用于固體粉末的密度測(cè)量；本發(fā)明的改進(jìn)型可以用于氣體的密度測(cè)量；本發(fā)明可以制作成便攜式密度計(jì)，用于對(duì)某些液體的現(xiàn)場(chǎng)密度測(cè)試；本發(fā)明可以用于顆粒狀固體物料的料位測(cè)量。


圖1是具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實(shí)施方式
二的密度計(jì)在管路中的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實(shí)施方式
四的密度計(jì)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具體實(shí)施方式
五的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是具體實(shí)施方式
六的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一參閱圖1，本實(shí)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(hào)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是由彈性合金制作的中空的薄壁圓管，為將被測(cè)液體密封，圓管的下端設(shè)計(jì)成封閉結(jié)構(gòu)。諧振器1的中部固定在固支板2的通孔2-1內(nèi)。諧振器1與固支板2由真空釬焊連接為一體。永磁體3、激振器4、拾振器5和信號(hào)處理電路7均安裝在外殼6的內(nèi)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(dòng)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(dòng)的間隙5-1。永磁體3是空心結(jié)構(gòu)并套裝于拾振器5和激振器4的外面，永磁體3的磁場(chǎng)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(nèi)，引出端子8經(jīng)導(dǎo)線連接信號(hào)處理電路7，信號(hào)處理電路7分別經(jīng)導(dǎo)線連接激振器4和拾振器5。
具體實(shí)施方式
二參閱圖2，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是，在諧振器1下端的管壁上開(kāi)有前后貫通的通孔11，在諧振器1的內(nèi)部與固支板2同一高度處設(shè)有隔板10。通孔11的作用是用來(lái)消除被測(cè)液體壓力的，避免諧振器受液體的靜壓產(chǎn)生應(yīng)變。隔板10是用來(lái)隔離被測(cè)液體的，它使諧振器的上、下部分開(kāi)，雖然它會(huì)受到液體的靜壓力而產(chǎn)生應(yīng)變，但由于它和固支板2是處在諧振器振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)上，所以不會(huì)對(duì)諧振管的振動(dòng)產(chǎn)生影響。在使用時(shí)將該密度計(jì)安裝在管路12上，諧振器1的下部插入管路12內(nèi)部。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三參閱圖3，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是，諧振器1是實(shí)心的桿體，桿體式諧振器1的下端可為錐形。這種密度計(jì)可用于插入粉末中，測(cè)量固體粉末的密度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四參閱圖4，本實(shí)施方式與具體實(shí)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，以便于在測(cè)量箱體14內(nèi)氣體密度時(shí)，用于提高諧振器1的分辨氣體密度的靈敏度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
五參閱圖5，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、四不同的是，拾振器5是一個(gè)加速度計(jì)，拾振器5安裝在諧振器1的頂部。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三、四相同。
具體實(shí)施方式
六參閱圖6，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是，將密度計(jì)安裝在物料倉(cāng)15的倉(cāng)壁上，諧振器1下端伸入物料倉(cāng)15內(nèi)，這樣可用于測(cè)量倉(cāng)內(nèi)物料是否達(dá)到高度，該密度計(jì)可作為料位計(jì)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，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(hào)處理電路(7)，其特征在于細(xì)長(zhǎng)形的諧振器(1)長(zhǎng)度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2-1)內(nèi)，永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信號(hào)處理電路(7)均安裝在固支板(2)的上方，永磁體(3)的磁場(chǎng)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(dòng)的間隙(4-1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于諧振器(1)是由彈性合金制作的中空的薄壁圓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于在諧振器(1)下端的管壁上開(kāi)有前后貫通的通孔(11)，在諧振器(1)的內(nèi)部與固支板(2)同一高度處設(shè)有隔板(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于管形的諧振器(1)下部的外表面連接有阻尼板(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于諧振器(1)是實(shí)心的桿體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于拾振器(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(dòng)的間隙(5-1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于永磁體(3)是空心結(jié)構(gòu)并套裝于拾振器(5)和激振器(4)的外面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，其特征在于拾振器(5)是一個(gè)加速度計(jì)，拾振器(5)安裝在諧振器(1)的頂部。
全文摘要
一種采用縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)，它涉及一種揩振式密度計(jì)，特別是一種縱向振動(dòng)模式的諧振式密度計(jì)。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(hào)處理電路(7)，細(xì)長(zhǎng)形的諧振器(1)長(zhǎng)度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2－1)內(nèi)，永磁體(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信號(hào)處理電路(7)均安裝在固支板(2)的上方，永磁體(3)的磁場(chǎng)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(dòng)的間隙(4－1)。它解決了現(xiàn)有的諧振式密度計(jì)存在的體積大、在大壓力環(huán)境下無(wú)法使用、不能用于粉末狀固體進(jìn)行測(cè)量、不能用于料位測(cè)量等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N9/00GK1439870SQ0311123
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者張濱華, 劉興斌, 林金秋, 張衛(wèi)剛, 衛(wèi)學(xué)峰 申請(qǐng)人:張濱華