流体密度的测量装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种流体密度的测量装置及方法。该测量装置包括：摩擦发电机传感器、恒流装置和数据采集处理装置；摩擦发电机传感器包括在流体流动作用下发生振动的振膜，用于将产生的振动转换为交流电信号；恒流装置与摩擦发电机传感器相连接，用于在流体进入摩擦发电机传感器之前恒定流体的流速；数据采集处理装置分别与摩擦发电机传感器和恒流装置电连接，用于采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。本发明提供的流体密度的测量装置及方法，可实时测量流体密度，准确可靠，且测量装置及方法简单、易于操作。
【专利说明】
流体密度的测量装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种流体密度的测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]流体多种多样，有气体流体、液体流体等多种流体，不同的流体密度均不相同。在测量流体密度时，可以采用专门的流体密度测量工具，如采用专门的密度检测仪器对流体密度进行测试。但是，现有的密度检测仪器往往结构复杂，操作要求较高，而且大多数密度检测仪器对环境也有较高的要求，无法简单操作即可得知流体密度，这都需要专业人士进行操作。同时，在测量不同的流体密度时，需要针对不同的流体采用不同的密度检测仪器进行测量，这也给测量人员的工作带来了极大的麻烦。
[0003]并且由于现有的大多数密度检测仪器需要测量人员进行大量的测量工作，因此，其一般不能够实时的测量流体密度，而且也由于密度检测仪器需要大量的人为操作，使得测量结果不准确，存在误差。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种流体密度的测量装置及方法，用于解决现有技术中的测量装置结构复杂、操作困难，且不能实时测量流体密度，准确性差等冋题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种流体密度的测量装置，包括:摩擦发电机传感器、恒流装置和数据采集处理装置;其中，
[0006]摩擦发电机传感器包括在流体流动作用下发生振动的振膜，用于将在流体流动作用下产生的振动转换为交流电信号；
[0007]恒流装置与摩擦发电机传感器相连接，用于在流体进入摩擦发电机传感器之前恒定流体的流速；
[0008]数据采集处理装置分别与摩擦发电机传感器和恒流装置电连接，用于采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。
[0009]可选地，还包括流体源装置，流体源装置与摩擦发电机传感器或恒流装置相连接，用于在恒流装置的作用下向摩擦发电机传感器内注入流体。
[0010]可选地，摩擦发电机传感器还包括:外壳、电极、摩擦片和振膜固定架；
[0011 ]外壳内部形成有适于流体通过的通孔；电极设置在外壳的内壁上;摩擦片设在电极不与外壳的内壁接触的一侧表面上;振膜固定架架设在外壳的内壁上，振膜固定架上设置有振膜；
[0012]当流体流经通孔时，振膜发生振动与摩擦片不与电极接触的一侧表面接触摩擦产生交流电信号，并通过电极输出至数据采集处理装置。
[0013]可选地，数据采集处理装置进一步用于:根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度。
[0014]可选地，摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。
[0015]可选地，流体源装置还与数据采集处理装置电连接，进一步用于:在恒流装置的作用下向摩擦发电机传感器内注入已知密度的流体，并输出已知密度的流体的密度电信号至数据采集处理装置。
[0016]可选地，数据采集处理装置进一步用于:采集处理流体源装置输出的已知密度的流体的密度电信号，得到已知密度的流体的密度。
[0017]可选地，数据采集处理装置进一步用于:根据已知密度的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及注入已知密度的流体时数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到已知比例系数。
[0018]可选地，流体源装置为可控压力气源装置，可控压力气源装置分别与摩擦发电机传感器和恒流装置相连接，还与数据采集处理装置电连接，用于调节流体的压强，通过恒流装置向摩擦发电机传感器内注入不同压强下的流体，并输出对应的压强电信号至数据采集处理装置。
[0019]可选地，数据采集处理装置进一步用于:采集处理可控压力气源装置输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据不同压强下的流体的压强和已知物理参数，计算得到不同压强下的流体的密度。
[0020]可选地，已知物理参数包括:理想气体常数和理想气体的热力学温度。
[0021]可选地，数据采集处理装置进一步用于:根据不同压强下的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及注入不同压强下的流体时数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到已知比例系数。
[0022]根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种流体密度的测量方法，利用上述流体密度的测量装置进行测量，测量方法包括:
[0023]利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体；
[0024]采集处理流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速；
[0025]根据采集处理得到的振膜振动频率和流体流速得到流体密度。
[0026]可选地，根据采集处理得到的振膜振动频率和流体流速得到流体密度进一步包括:根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度。
[0027]可选地，摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。
[0028]可选地，根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度进一步包括:
[0029]利用如下公式计算得到流体密度:
[0030]Pf = K ω 2[0031 ] K =KpshL/U2
[0032]其中，pf为流体密度，K为已知物理参量，ω为振膜振动频率，〖为已知比例系数，ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0033]可选地，在利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，方法还包括:
[0034]将已知密度的流体注入到流体源装置中；
[0035]采集处理流体源装置输出的已知密度的流体的密度电信号，得到已知密度的流体的密度；
[0036]通过恒流装置将流体源装置中的已知密度的流体注入到摩擦发电机传感器内；采集处理已知密度的流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速；
[0037]根据已知密度的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及已知密度的流体注入过程中数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到已知比例系数。
[0038]可选地，流体源装置为可控压力气源装置，在利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，方法还包括:
[0039]将流体注入到可控压力气源装置中产生不同压强下的流体；
[0040]采集处理可控压力气源装置输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据不同压强下的流体的压强和已知物理参数，计算得到不同压强下的流体的密度；
[0041 ]通过恒流装置将不同压强下的流体注入到摩擦发电机传感器内；
[0042]采集处理不同压强下的流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速；
[0043]根据不同压强下的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及不同压强下的流体注入过程中数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得已知比例系数。
[0044]可选地，已知物理参数包括:理想气体常数和理想气体的热力学温度。
[0045]根据本发明提供的流体密度的测量装置及方法，在恒定流速的流体进入摩擦发电机传感器后，数据采集处理装置采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，并根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。本发明提供的流体密度的测量装置及方法，可实时测量流体密度，准确可靠，且测量装置及方法简单、易于操作。同时由于其结构简单，致使其制作成本低廉，适合大规模工业化生产。
【附图说明】
[0046]图1为本发明提供的流体密度的测量装置实施例一的结构示意图；
[0047]图2为图1中的摩擦发电机传感器的纵向剖面图；
[0048]图3为图1中的摩擦发电机传感器的立体结构示意图；
[0049]图4为本发明提供的流体密度的测量装置实施例二的结构示意图；
[0050]图5为本发明提供的流体密度的测量装置实施例三的结构示意图；
[0051]图6为本发明提供的流体密度的测量装置实施例四的结构示意图；
[0052]图7为本发明提供的流体密度的测量方法实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0053]为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
[0054]图1为本发明提供的流体密度的测量装置实施例一的结构示意图，如图1所示，流体密度的测量装置，包括:摩擦发电机传感器100、恒流装置200和数据采集处理装置300。其中，摩擦发电机传感器100包括在流体流动作用下发生振动的振膜(图中未示出)，用于将在流体流动作用下产生的振动转换为交流电信号;恒流装置200与摩擦发电机传感器100相连接，设置在摩擦发电机传感器100的一侧，用于在流体进入摩擦发电机传感器100之前恒定流体的流速;数据采集处理装置300分别与摩擦发电机传感器100和恒流装置200电连接，用于采集处理摩擦发电机传感器100输出的交流电信号和恒流装置200输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。
[0055]图2为图1中的摩擦发电机传感器的纵向剖面图，图3为图1中的摩擦发电机传感器的立体结构示意图。如图2和图3所示，摩擦发电机传感器100包括:外壳110、电极120、摩擦片130、在流体流动作用下发生振动的振膜140以及振膜固定架150。其中，电极120、摩擦片130、振膜140和振膜固定架150都设置在外壳110的内部。
[0056]具体地，结合图1至图3，外壳110内部形成有适于流体通过的通孔160;电极120设置在外壳110的内壁上;摩擦片130设置在电极120不与外壳110的内壁接触的一侧表面上；振膜140具有固定端和自由端，振膜140的固定端固设在振膜固定架150上，振膜140的自由端在流体流动作用下发生振动;振膜固定架150架设在外壳110的内壁上，其中，在外壳110的内壁的相对的侧壁上设置有2个固定凹槽170，用于固定架设振膜固定架150于固定凹槽170中，进而实现振膜140的安装固定。当流体流经通孔160时，振膜140发生振动与摩擦片130不与电极120接触的一侧表面接触摩擦产生交流电信号，并通过电极120输出至数据采集处理装置300。
[0057]应当注意的是，在图2和图3所示的结构中，与振膜140的固定端靠近的摩擦发电机传感器100的端口为摩擦发电机传感器100的流体输入口，与振膜140的自由端靠近的摩擦发电机传感器100的端口为摩擦发电机传感器100的流体输出口。也就是说，流体应当从摩擦发电机传感器100的流体输入口输入，从摩擦发电机传感器100的流体输出口输出，以保证摩擦发电机传感器100的振膜140的正常振动。图2和图3所示的结构仅为摩擦发电机传感器的一个具体示例，本发明不仅限于这种结构，任何基于摩擦发电原理的摩擦发电机传感器都适用本发明。
[0058]使用摩擦发电机传感器时，由于振膜120是固定的、不会随意变化的部件，故其振膜密度、振膜厚度和振膜长度都是已知固定的数值，也即摩擦发电机传感器的物理参数是已知固定的。其中，摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。
[0059]恒流装置200设置在摩擦发电机传感器100的一侧，如图1所示，恒流装置200设置在摩擦发电机传感器100的右侧，用于在流体进入摩擦发电机传感器100之前恒定流体的流速。其中，恒流装置200为现有技术中的恒流装置，如压力控制流体流速的恒流装置，当流体流动引起流速变化时，恒流装置自动调节压力控制，以恒定流体流速。本领域技术人员可以根据实际实施情况来选择合适的恒流装置，此处不做限定。
[0060]应当注意的是，当图1所示的测量装置采用图2和图3所示的摩擦发电机传感器时，若流体在恒流装置200的调节控制下，从左侧流入摩擦发电机传感器100至恒流装置200，摩擦发电机传感器100的流体输出口与其右侧的恒流装置200的输入口相连接;若流体在恒流装置200的调节控制下，从右侧流经恒流装置200后流入摩擦发电机传感器100，摩擦发电机传感器100的流体输入口与其右侧的恒流装置200的输出口相连接。也就是说，流体应当从摩擦发电机传感器100的流体输入口输入，从摩擦发电机传感器100的流体输出口输出，以保证摩擦发电机传感器100的振膜140的正常振动。
[0061]数据采集处理装置300分别与摩擦发电机传感器100和恒流装置200电连接，用于采集处理摩擦发电机传感器100输出的交流电信号和恒流装置200输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。
[0062]数据采集处理装置300进一步用于:根据已知比例系数、摩擦发电机传感器100的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度。
[0063]具体地，流体密度与振膜密度、振膜厚度、振膜长度、振膜振动频率和流体流速存在比例关系，其中，已知比例系数是通过实验测得的系数。数据采集处理装置300在得到振膜振动频率和流体流速后，根据以上数据，利用如下公式可计算得到流体密度:
[0064]pf = K ω 2
[0065]K =KpshL/U2
[0066]其中，pf为流体密度，K为已知物理参量，ω为振膜振动频率，K为已知比例系数，ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0067]根据本发明提供的流体密度的测量装置，在恒定流速的流体进入摩擦发电机传感器后，数据采集处理装置采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，并根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。本发明提供的流体密度的测量装置可实时测量流体密度，精准可靠，且其结构简单、易于操作。同时由于其结构简单，致使其制作成本低廉，适合大规模工业化生产。
[0068]图4为本发明提供的流体密度的测量装置实施例二的结构示意图。如图4所示，在图1所示的实施例一的基础上，流体密度的测量装置还包括:流体源装置400，流体源装置400与恒流装置200相连接，设置在恒流装置200的右侧，用于在恒流装置200的作用下向摩擦发电机传感器100内注入流体。为了防止流体出现时断时续的状况，可以通过流体源装置400进行调节控制，以保证流体持续流入恒流装置200中，进而持续流入摩擦发电机传感器100中。图4所示的流体密度的测量装置中的恒流装置200从流体源装置400中将持续的流体以恒定的流速吸入，使恒定流速的流体从右侧流入摩擦发电机传感器100中。
[0069]当图4所示的测量装置采用图2和图3所示的摩擦发电机传感器时，由于流体在恒流装置200的调节控制下，从右侧流经恒流装置200后流入摩擦发电机传感器100，故摩擦发电机传感器100的流体输入口与其右侧的恒流装置200的输出口相连接。也就是说，流体源装置400中流体从摩擦发电机传感器100的流体输入口输入，从摩擦发电机传感器100的流体输出口输出，以保证摩擦发电机传感器100的振膜140的正常振动。
[0070]另外，流体源装置400还可与数据采集处理装置300电连接，用于在恒流装置200的作用下向摩擦发电机传感器100内注入已知密度的流体，并输出已知密度的流体的密度电信号至数据采集处理装置300。数据采集处理装置300采集处理流体源装置400输出的已知密度的流体的密度电信号，得到已知密度的流体的密度。
[0071]除上述不同外，图4所示的实施例二的流体密度的测量装置均与图1所示的实施例一的流体密度的测量装置相同，此处不再赘述。
[0072]图5为本发明提供的流体密度的测量装置实施例三的结构示意图。图5所示的实施例三的流体密度的测量装置与图4所示的实施例二的流体密度的测量装置的区别在于:流体源装置400与摩擦发电机传感器100相连接，设置在摩擦发电机传感器100的左侧。当图5所示的测量装置采用图2和图3所示的摩擦发电机传感器时，由于流体在恒流装置200的调节控制下，从左侧流入摩擦发电机传感器100至恒流装置200，故摩擦发电机传感器100的流体输出口与其右侧的恒流装置200的输入口相连接。也就是说，流体源装置400中流体从摩擦发电机传感器100的流体输入口输入，从摩擦发电机传感器100的流体输出口输出，以保证摩擦发电机传感器100的振膜140的正常振动。
[0073]除上述不同外，图5所示的实施例三的流体密度的测量装置均与图4所示的实施例二的流体密度的测量装置相同，此处不再赘述。
[0074]此外，上述各个实施例中的已知比例系数是通过向上述各个实施例中的测量装置注入已知密度的流体经过反复实验测得的，具体如下所述。
[0075]当向图4和图5中所示的流体源装置400中注入已知密度的流体时，流体源装置400中的已知密度的流体会通过恒流装置200以恒定的流速注入到摩擦发电机传感器100中。此时，由于流体源装置400与数据采集处理装置300电连接，因此会将已知密度的流体的密度电信号输出至数据采集处理装置300。数据采集处理装置300采集处理流体源装置400输出的已知密度的流体的密度电信号，得到已知密度的流体的密度。因此，在得到已知密度的流体的密度和摩擦发电机传感器100的振膜固定(即振膜密度、振膜厚度、振膜长度为固定的数值)的情况下，数据采集处理装置300在得到振膜振动频率和流体流速后，根据以上数据，利用实施例一提出的公式，可进一步转化计算得到已知比例系数:
[0076]K = Pf/ ω 2
[0077]K=KU2/PshL
[0078]其中，κ为已知比例系数，K为已知物理参量，Pf为流体密度，ω为振膜振动频率，Ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0079]根据本发明提供的流体密度的测量装置，可以反复进行实验，进一步校准修正已知比例系数，从而使对流体密度的测量更精确。当然，也可以直接将已知密度的流体的密度设置在数据采集处理装置300中计算得到已知比例系数，或者直接将确定后的已知比例系数设置在数据采集处理装置300中，从而避免上述测量已知比例系数的过程。
[0080]图6为本发明提供的流体密度的测量装置实施例四的结构示意图。图6所示的实施例四的流体密度的测量装置与图4所示的实施例二的流体密度的测量装置的区别在于:流体源装置400为可控压力气源装置。其中，可控压力气源装置400分别与摩擦发电机传感器100和恒流装置200相连接，还可与数据采集处理装置300电连接。如图6所示，摩擦发电机传感器100和恒流装置200设置在可控压力气源装置400中，可控压力气源装置400提供的气体可以通过摩擦发电机传感器100和恒流装置200连接的通道流过。可控压力气源装置400用于调节流体的压强，通过恒流装置200向摩擦发电机传感器100内注入不同压强下的恒定流速的流体，并输出对应的压强电信号至数据采集处理装置300。
[0081]数据采集处理装置300进一步用于:采集处理可控压力气源装置400输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据不同压强下的流体的压强和已知物理参数，计算得到不同压强下的流体的密度。其中，已知物理参数包括:理想气体常数和理想气体的热力学温度。
[0082]具体地，流体本身的压强P与密度Pf间存在P= PfRT(理想气体状态方程)的关系，其中，R为理想气体常数，T为理想气体的热力学温度，也就是说，压强与密度存在线性关系，可通过改变压强达到改变密度的目的。因此，根据理想气体状态方程公式，可以计算得到不同压强下的流体的密度。
[0083]数据采集处理装置还进一步用于:根据不同压强下的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及注入不同压强下的流体时数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到已知比例系数。
[0084]在实际应用中已知比例系数往往需要根据实际情况进行反复实验校准修正，为了能够得到更加精确的流体密度，采用实施例四所示的测量装置，根据理想气体状态方程P =PfRT，通过改变气体压强以改变气体密度，进而使用如下公式测得任意密度值下的已知比例系数，进一步对已知比例系数校准修正测得更加精确的气体密度:
[0085]K = Pf/ ω 2
[0086]K=KU2/PshL
[0087]其中，κ为已知比例系数，K为已知物理参量，Pf为流体密度，ω为振膜振动频率，Ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0088]根据本发明提供的流体密度的测量装置，可以反复进行实验，进一步校准已知比例系数，从而使对流体密度的测量更精确。
[0089]除上述不同外，图6所示的实施例四的流体密度的测量装置均与图4所示的实施例二的流体密度的测量装置相同，此处不再赘述。
[0090]应当注意的是，实施例一至实施例三的流体密度测量装置不仅适用于气体密度的测量，也适用于液体密度的测量;而实施例四的流体密度测量装置仅适用于气体密度的测量。
[0091]图7为本发明提供的流体密度的测量方法实施例的流程图，如图7所示，本实施例的方法具体包括如下步骤:
[0092]步骤SlOl，利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体。
[0093]摩擦发电机传感器包括:外壳、电极、摩擦片、振膜和振膜固定架，当有流体流过振膜时，振膜会由于失稳而发生振动，发生振动的振膜会与摩擦片接触摩擦，从而使得电极输出交流电信号。使用摩擦发电机传感器时，由于振膜是固定的、不会随意变化的部件，故其振膜密度、振膜厚度和振膜长度都是已知固定的数值，也即摩擦发电机传感器的物理参数是已知固定的。其中，摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。
[0094]恒流装置设置在摩擦发电机传感器的一侧，用于在流体进入摩擦发电机传感器之前恒定流体的流速。恒流装置可以采用压力控制流体的流速，当流体流动引起流速变化时，恒流装置自动调节压力控制，以恒定流体流速。恒流装置可以根据实际实施情况来选择合适的恒流装置，此处不做限定。
[0095]步骤S102，采集处理流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速。
[0096]数据采集处理装置与摩擦发电机传感器和恒流装置电连接，在流体注入过程中可以采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速。
[0097]步骤S103，根据采集处理得到的振膜振动频率和流体流速得到流体密度。
[0098]具体地，流体密度与振膜密度、振膜厚度、振膜长度、振膜振动频率和流体流速存在比例关系，其中，已知比例系数是通过反复实验测得的系数。数据采集处理装置根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度。
[0099]根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到流体密度进一步包括:利用如下公式计算得到流体密度:
[0100]pf = K ω 2
[0101]K=KpshL/U2
[0102]其中，pf为流体密度，K为已知物理参量，ω为振膜振动频率，10为已知比例系数，ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0103]本实施例的测量方法可应用于实施例一至实施例四的测量装置中进行测量和计算。根据本发明提供的流体密度的测量方法，在恒定流速的流体进入摩擦发电机传感器后，数据采集处理装置采集处理摩擦发电机传感器输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，并根据振膜振动频率和流体流速得到流体密度。本发明提供的流体密度的测量方法可实时测量流体密度，精准可靠，且其测量方法步骤简单、易于计算。
[0104]将本实施例的测量方法应用于实施例一的测量装置中，由于其未设置流体源装置，故可以直接将已知密度的流体的密度设置在数据采集处理装置中计算得到已知比例系数，或者直接将确定后的已知比例系数设置在数据采集处理装置中，从而避免确定已知比例系数的过程。
[0105]将本实施例的测量方法应用于实施例二和实施例三的测量装置中，在利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，将已知密度的流体注入到流体源装置中，采集处理流体源装置输出的已知密度的流体的密度电信号，得到已知密度的流体的密度。再通过恒流装置将流体源装置中的已知密度的流体注入到摩擦发电机传感器内。采集处理已知密度的流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速。根据已知密度的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数(即振膜密度、振膜厚度、振膜长度)以及已知密度的流体注入过程中数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，利用方法实施例提出的公式，可进一步转化计算得到已知比例系数:
[0106]K = Pf/ ω 2
[0107]K=KU2/PshL
[0108]其中，κ为已知比例系数，K为已知物理参量，Pf为流体密度，ω为振膜振动频率，Ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。
[0109]可选地，将本实施例的测量方法应用于实施例四的测量装置中，在利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，将流体注入到可控压力气源装置中产生不同压强下的流体。采集处理可控压力气源装置输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据不同压强下的流体的压强和已知物理参数(即理想气体常数和理想气体的热力学温度)，计算得到不同压强下的流体的密度。
[0110]通过恒流装置将不同压强下的流体注入到摩擦发电机传感器内，采集处理不同压强下的流体注入过程中摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速。根据不同压强下的流体的密度、摩擦发电机传感器的物理参数以及不同压强下的流体注入过程中数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，参照上述已知比例系数的计算公式计算得到已知比例系数。
[0111]在实际应用中已知比例系数往往需要根据实际情况进行反复实验校准修正，为了能够得到更加精确的流体密度，采用实施例四的装置，将恒流装置和摩擦发电机传感器置于一个可控制压力变化的可控压力气源装置中。由于气体压强P与气体密度Pf存在P = PfRT(理想气体状态方程)，即气体压强和气体密度存在线性关系，所以可以通过改变气体压强达到改变气体密度的目的，从而测得任意密度值下的已知比例系数，进而对已知比例系数修正校准测得更加精确的气体密度。
[0112]根据本发明提供的流体密度的测量方法，可以反复进行实验，进一步校准修正已知比例系数，从而使对流体密度的测量更精确。
[0113]本发明中所提到的各种模块、电路均为由硬件实现的电路，虽然其中某些模块、电路集成了软件，但本发明所要保护的是集成软件对应的功能的硬件电路，而不仅仅是软件本身。
[0114]本领域技术人员应该理解，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
[0115]最后，需要注意的是:以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种流体密度的测量装置，其特征在于，包括:摩擦发电机传感器、恒流装置和数据采集处理装置;其中， 所述摩擦发电机传感器包括在流体流动作用下发生振动的振膜，用于将在流体流动作用下产生的振动转换为交流电信号； 所述恒流装置与所述摩擦发电机传感器相连接，用于在流体进入所述摩擦发电机传感器之前恒定流体的流速； 所述数据采集处理装置分别与所述摩擦发电机传感器和所述恒流装置电连接，用于采集处理所述摩擦发电机传感器输出的交流电信号和所述恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速，根据所述振膜振动频率和所述流体流速得到流体密度。2.根据权利要求1所述的流体密度的测量装置，其特征在于，还包括流体源装置，所述流体源装置与所述摩擦发电机传感器或所述恒流装置相连接，用于在所述恒流装置的作用下向所述摩擦发电机传感器内注入流体。3.根据权利要求1所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述摩擦发电机传感器还包括:外壳、电极、摩擦片和振膜固定架； 所述外壳内部形成有适于流体通过的通孔;所述电极设置在所述外壳的内壁上;所述摩擦片设在所述电极不与所述外壳的内壁接触的一侧表面上;所述振膜固定架架设在所述外壳的内壁上，所述振膜固定架上设置有所述振膜； 当流体流经所述通孔时，所述振膜发生振动与所述摩擦片不与所述电极接触的一侧表面接触摩擦产生交流电信号，并通过所述电极输出至所述数据采集处理装置。4.根据权利要求2所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述数据采集处理装置进一步用于:根据已知比例系数、所述摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的所述振膜振动频率和所述流体流速，计算得到所述流体密度。5.根据权利要求4所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。6.根据权利要求4或5所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述流体源装置还与所述数据采集处理装置电连接，进一步用于:在所述恒流装置的作用下向所述摩擦发电机传感器内注入已知密度的流体，并输出所述已知密度的流体的密度电信号至所述数据采集处理装置。7.根据权利要求6所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述数据采集处理装置进一步用于:采集处理所述流体源装置输出的已知密度的流体的密度电信号，得到所述已知密度的流体的密度。8.根据权利要求7所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述数据采集处理装置进一步用于:根据所述已知密度的流体的密度、所述摩擦发电机传感器的物理参数以及注入所述已知密度的流体时所述数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到所述已知比例系数。9.根据权利要求4或5所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述流体源装置为可控压力气源装置，所述可控压力气源装置分别与所述摩擦发电机传感器和所述恒流装置相连接，还与所述数据采集处理装置电连接，用于调节流体的压强，通过所述恒流装置向所述摩擦发电机传感器内注入不同压强下的流体，并输出对应的压强电信号至所述数据采集处理装置。10.根据权利要求9所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述数据采集处理装置进一步用于:采集处理所述可控压力气源装置输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据所述不同压强下的流体的压强和已知物理参数，计算得到不同压强下的流体的密度。11.根据权利要求10所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述已知物理参数包括:理想气体常数和理想气体的热力学温度。12.根据权利要求10或11所述的流体密度的测量装置，其特征在于，所述数据采集处理装置进一步用于:根据所述不同压强下的流体的密度、所述摩擦发电机传感器的物理参数以及注入所述不同压强下的流体时所述数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到所述已知比例系数。13.—种流体密度的测量方法，其特征在于，利用权利要求1-12任一项的流体密度的测量装置进行测量，所述测量方法包括: 利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体； 采集处理所述流体注入过程中所述摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和所述恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速； 根据采集处理得到的所述振膜振动频率和所述流体流速得到流体密度。14.根据权利要求13所述的流体密度的测量方法，其特征在于，所述根据采集处理得到的所述振膜振动频率和所述流体流速得到流体密度进一步包括:根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的所述振膜振动频率和所述流体流速，计算得到所述流体密度。15.根据权利要求14所述的流体密度的测量方法，其特征在于，所述摩擦发电机传感器的物理参数包括:振膜密度、振膜厚度和振膜长度。16.根据权利要求15所述的流体密度的测量方法，其特征在于，所述根据已知比例系数、摩擦发电机传感器的物理参数和采集处理得到的所述振膜振动频率和所述流体流速，计算得到所述流体密度进一步包括: 利用如下公式计算得到流体密度:Pf = Kto2 K =KpshL/U2 其中，Pf为流体密度，K为已知物理参量，ω为振膜振动频率，K为已知比例系数，Ps为振膜密度，h为振膜厚度，L为振膜长度，U为流体流速。17.根据权利要求14或15或16所述的流体密度的测量方法，其特征在于，在所述利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，所述方法还包括: 将已知密度的流体注入到流体源装置中； 采集处理所述流体源装置输出的已知密度的流体的密度电信号，得到所述已知密度的流体的密度；通过所述恒流装置将所述流体源装置中的已知密度的流体注入到所述摩擦发电机传感器内；采集处理所述已知密度的流体注入过程中所述摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和所述恒流装置输出的流体流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速； 根据所述已知密度的流体的密度、所述摩擦发电机传感器的物理参数以及所述已知密度的流体注入过程中所述数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到所述已知比例系数。18.根据权利要求14或15或16所述的流体密度的测量方法，其特征在于，流体源装置为可控压力气源装置，在所述利用恒流装置向摩擦发电机传感器内注入流体之前，所述方法还包括: 将流体注入到所述可控压力气源装置中产生不同压强下的流体； 采集处理所述可控压力气源装置输出的不同压强下的流体的压强电信号，得到对应的不同压强下的流体的压强，根据所述不同压强下的流体的压强和已知物理参数，计算得到不同压强下的流体的密度； 通过所述恒流装置将所述不同压强下的流体注入到所述摩擦发电机传感器内； 采集处理所述不同压强下的流体注入过程中所述摩擦发电机传感器的振膜振动输出的交流电信号和所述恒流装置输出的流体的流速电信号，分别对应得到振膜振动频率和流体流速； 根据所述不同压强下的流体的密度、所述摩擦发电机传感器的物理参数以及所述不同压强下的流体注入过程中所述数据采集处理装置采集处理得到的振膜振动频率和流体流速，计算得到所述已知比例系数。19.根据权利要求18所述的流体密度的测量方法，其特征在于，所述已知物理参数包括:理想气体常数和理想气体的热力学温度。
【文档编号】G01N9/00GK105987859SQ201610255093
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】刁海丰, 钟强, 孙利佳, 赵豪
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司