专利名称：一种采用纵向振动模式的谐振式密度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种揩振式密度计，特别是一种纵向振动模式的谐振式密度计。
背景技术：
谐振式密度计是一种新型的密度测量仪器，以往的谐振式密度计的谐振式敏感元件大都采用谐振管、谐振膜或音叉制成，利用电子反馈系统补充谐振能量，将谐振器维持在谐振状态，当被测介质接触谐振器时，由于该谐振器附近的介质表面张力、吸附力等的作用使被测介质也产生振动，这等效于谐振器的质量增大，导致其固有谐振频率发生变化。介质的密度不同，其谐振频率变化的大小也不同。利用介质密度与谐振器谐振频率的对应关系，即可求出被测介质的密度。其优点是(1)可以安装在管道上，对液体密度进行在线式连续测量；(2)测量精度高，分辨率好；(3)输出频率信号抗干扰能力强，可远距离信号传输；(4)稳定性好，重复性佳。然而，目前已有的振管式密度计还存在一些弱点，如液体在谐振管内部流过，谐振管较粗，谐振管采用横向弯曲振动模式，激振器必须制作在振动管的两侧，使仪器的体积变大，在狭小空间无法使用；谐振管必须与液体管道连为一体，每一次的检验标定必须拆卸管道；在现有技术中谐振管的管壁较薄，其固定端必须采用具有一定刚度和质量的阻尼固定结构，防止谐振能量的外泄和Q值(品质因数)的降低，因此，谐振管受液体压力和粘度的影响较大，因此其对于高粘度液体或在大压力环境下无法使用，通常它只能用于液体和气体，无法用于粉末状物体的密度测量。综上所述，现有的谐振式密度计主要存在以下问题1、现有技术使用的谐振管必须与液体管道连为一体，谐振管比较粗，每一次的检验标定必须拆卸管道；2、现有技术均采用谐振管的横向振动模式，激振器必须制作在谐振管的两侧，使仪器的体积变大，在小环形空间无法使用。3、现有技术的谐振管受液体压力的影响较大，在大压力环境下无法使用；4、现有技术不能用于粉末状物体；5、现有技术不能用于料位测量。
发明内容
为解决现有的谐振式密度计存在的体积大、在大压力环境下无法使用、不能用于粉末状物体进行测量、不能用于料位测量等问题，本发明提供一种采用纵向振动模式的谐振式密度计。本发明的谐振式密度计包含谐振器1、固支板2、永磁体3、激振器4、拾振器5、信号处理电路7，细长形的谐振器1长度方向的中部固定在固支板2的通孔2-1内，永磁体3、激振器4、拾振器5和信号处理电路7均安装在固支板2的上方，永磁体3的磁场方向与谐振器1的轴线K方向相同，激振器4是一组缠绕在谐振器1上的线圈，激振器4与谐振器1之间有保证谐振器1自由振动的间隙4-1。在使用时将谐振器1的下部插入被测介质中即可进行密度测量；该装置还可以横向安装在装有物料的容器的侧壁上，便可进行料位的测量。本发明的谐振器1的固有频率为ωn=km]]>式中k为振动系统的刚度，m为振动系统的质量。应当指出，谐振器1的固有频率是一个理论概念，而系统的谐振频率总是与固有频率有所不同，差异取决于系统的阻尼。由上式不难看出，任何可以改变振动系统的刚度k或质量m的物理变化，都将使谐振器1振动的固有频率发生变化。当谐振器1外部(或者外部和内部)充满被测介质时，谐振管的刚度和质量以及阻尼都发生了变化，使谐振器1的固有频率发生变化，测量这个变化，即可得到被测物质的密度。拾振器5拾取的固有频率变化信号经信号处理电路7中的放大器足够放大后，再将相应电压反馈给激振器4，转为激振力以平衡阻尼力(包括粘性阻尼和其它阻尼)，这样，便可维持谐振器1在接近其固有频率上作等幅振动。虽然流体的粘度对谐振管的谐振频率也有一定的影响，流体粘度的增加，谐振频率f会略有下降。这是由于谐振器的视在密度随着粘度增加的缘故。在牛顿流体力学中，这种视在密度的增量Δρx和振动衰减比的增量ΔC之间满足下式ΔC ∝fΔρx，因此，可以根据振动振幅的变化量，求得ΔC。故随着粘度的增加，所产生的视在密度增量可用上式补偿，这就是本发明的工作原理。具体归纳如下被测物的密度调整谐振器1的固有频率，谐振器1的振动是由信号处理电路7中调频放大器维持的，从而把被测物的密度量转变为频率输出。至于频率放大器、谐振器1、拾振器5、激振器4与信号处理电路7中调频放大器构成一个闭环调频自激振动系统，与密度对应的频率信号通过插座9的引出端子8以二线制方式输出。该密度计在生产过程控制方面有着广泛的用途。可用于天然气生产中的产量和质量的控制，在食品和医药工业中，可用于糖浆、酸乳酪、牛奶、干酪、植物油等产品的生产过程进行密度控制。在化学工业中，可用于蛋白质、淀粉、硫酸钠溶液、硅酸钠、煤焦油以及排放的废液等。在石油工业中，原油的开采和石油产品的运输过程中，用于石油产品及井下石油密度的测试。本发明的密度计由于具有细长结构的谐振器1，因此成为插入式结构，具有体积小、耐高压等特点，可进行二线制远距离传输。本发明的谐振式密度计特别适用于窄小空间的在线密度测量，该密度计具有体积小，耐高压、抗震动的优点；本发明的谐振式密度计是采用纵向振动模式的谐振式密度计，谐振频率高达几十千赫兹，具有很高的分辨率；本发明的密度计振管比较细小(直径为几个毫米)，在流动的液体中对流体没有阻力，不会产生压力损失；本发明的改进型可以用于固体粉末的密度测量；本发明的改进型可以用于气体的密度测量；本发明可以制作成便携式密度计，用于对某些液体的现场密度测试；本发明可以用于颗粒状固体物料的料位测量。
图1是具体实施方式
一的结构示意图，图2是具体实施方式
二的密度计在管路中的安装结构示意图，图3是具体实施方式
三的结构示意图，图4是具体实施方式
四的密度计的安装结构示意图，图5是具体实施方式
五的结构示意图，图6是具体实施方式
六的安装结构示意图。
具体实施例方式
一参阅图1，本实施方式由谐振器1、固支板2、永磁体3、激振器4、拾振器5、外壳6、信号处理电路7、引出端子8、插座9组成。外壳6固定在固支板2的上面，谐振器1是由弹性合金制作的中空的薄壁圆管，为将被测液体密封，圆管的下端设计成封闭结构。谐振器1的中部固定在固支板2的通孔2-1内。谐振器1与固支板2由真空钎焊连接为一体。永磁体3、激振器4、拾振器5和信号处理电路7均安装在外壳6的内部。激振器4是一组缠绕在谐振器1上的线圈，激振器4与谐振器1之间有保证谐振器1自由振动的间隙4-1。拾振器5是缠绕在谐振器1上的另一组线圈，拾振器5与谐振器1之间有保证谐振器1自由振动的间隙5-1。永磁体3是空心结构并套装于拾振器5和激振器4的外面，永磁体3的磁场方向与谐振器1的轴线K方向相同。插座9安装在外壳6的顶部，引出端子8安装在插座9内，引出端子8经导线连接信号处理电路7，信号处理电路7分别经导线连接激振器4和拾振器5。
具体实施方式
二参阅图2，本实施方式与具体实施方式
一不同的是，在谐振器1下端的管壁上开有前后贯通的通孔11，在谐振器1的内部与固支板2同一高度处设有隔板10。通孔11的作用是用来消除被测液体压力的，避免谐振器受液体的静压产生应变。隔板10是用来隔离被测液体的，它使谐振器的上、下部分开，虽然它会受到液体的静压力而产生应变，但由于它和固支板2是处在谐振器振动的节点上，所以不会对谐振管的振动产生影响。在使用时将该密度计安装在管路12上，谐振器1的下部插入管路12内部。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三参阅图3，本实施方式与具体实施方式
一不同的是，谐振器1是实心的杆体，杆体式谐振器1的下端可为锥形。这种密度计可用于插入粉末中，测量固体粉末的密度。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四参阅图4，本实施方式与具体实施方式
一不同的是，管形的谐振器1下部的外表面连接有阻尼板13，以便于在测量箱体14内气体密度时，用于提高谐振器1的分辨气体密度的灵敏度。其它组成和连接关系与具体实施方式
五参阅图5，本实施方式与具体实施方式
一、二、三、四不同的是，拾振器5是一个加速度计，拾振器5安装在谐振器1的顶部。其它组成和连接关系与具体实施方式
一、二、三、四相同。
具体实施方式
六参阅图6，本实施方式与具体实施方式
一不同的是，将密度计安装在物料仓15的仓壁上，谐振器1下端伸入物料仓15内，这样可用于测量仓内物料是否达到高度，该密度计可作为料位计应用。
权利要求
1.一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，它包含谐振器(1)、固支板(2)、永磁体(3)、激振器(4)、拾振器(5)、信号处理电路(7)，其特征在于细长形的谐振器(1)长度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2-1)内，永磁体(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信号处理电路(7)均安装在固支板(2)的上方，永磁体(3)的磁场方向与谐振器(1)的轴线K方向相同，激振器(4)是一组缠绕在谐振器(1)上的线圈，激振器(4)与谐振器(1)之间有保证谐振器(1)自由振动的间隙(4-1)。
2.根据权利要求1所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于谐振器(1)是由弹性合金制作的中空的薄壁圆管。
3.根据权利要求2所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于在谐振器(1)下端的管壁上开有前后贯通的通孔(11)，在谐振器(1)的内部与固支板(2)同一高度处设有隔板(10)。
4.根据权利要求2所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于管形的谐振器(1)下部的外表面连接有阻尼板(13)。
5.根据权利要求1所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于谐振器(1)是实心的杆体。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于拾振器(5)是缠绕在谐振器(1)上的另一组线圈，拾振器(5)与谐振器(1)之间有保证谐振器(1)自由振动的间隙(5-1)。
7.根据权利要求6所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于永磁体(3)是空心结构并套装于拾振器(5)和激振器(4)的外面。
8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，其特征在于拾振器(5)是一个加速度计，拾振器(5)安装在谐振器(1)的顶部。
全文摘要
一种采用纵向振动模式的谐振式密度计，它涉及一种揩振式密度计，特别是一种纵向振动模式的谐振式密度计。它包含谐振器(1)、固支板(2)、永磁体(3)、激振器(4)、拾振器(5)、信号处理电路(7)，细长形的谐振器(1)长度方向的中部固定在固支板(2)的通孔(2－1)内，永磁体(3)、激振器(4)、拾振器(5)和信号处理电路(7)均安装在固支板(2)的上方，永磁体(3)的磁场方向与谐振器(1)的轴线K方向相同，激振器(4)是一组缠绕在谐振器(1)上的线圈，激振器(4)与谐振器(1)之间有保证谐振器(1)自由振动的间隙(4－1)。它解决了现有的谐振式密度计存在的体积大、在大压力环境下无法使用、不能用于粉末状固体进行测量、不能用于料位测量等问题。
文档编号G01N9/00GK1439870SQ0311123
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者张滨华, 刘兴斌, 林金秋, 张卫刚, 卫学峰 申请人:张滨华