专利名称：一种液体密度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液体密度测量装置，属液体物理性质测量技术领域。
背景技术：
液体密度的测量在计量、科研和工业生产中有着重要意义和广泛的应用。对于要求不高的测量，可采用体积/质量计算法和玻璃密度计进行，但测量过程复杂，采样量大，耗费时间长，且读数误差较大。不适合在要求精密结果的测量中使用。目前比较先进的测量方法是利用音叉式密度传感器和测量电路组成的测量装置，测量时，测量电路测量密度传感器振筒的固有频率和介质流过振筒后振动频率的变化值计算出流过的介质密度。这种方法采用的振筒，两端固定在基座上，存在着固定基座随振筒振动而产生频率不稳的缺点，为此人们作出改进，将振筒改为两个平行放置的双筒，双筒两端连通，并被固定在同一基座上，形成一个振动单元。这种双筒式密度传感器削弱了固定基座的振动，提高了振筒振动频率的稳定性。但随后的使用实践发现，这种双点固定的方式会带来精确固定的困难以及较大的外界温度影响。同时，上述振筒结构由于加液方法的影响和加液量难以控制，也仍会影响传感器的振动频率，并进而影响液体密度的测量精度。改进密度传感器的结构以及固定方式，并对测量电路进行重新设计和安排，以提高测量装置的精确度和稳定性是需要迫切解决的课题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有测量装置的缺陷而提供一种能够进行高精确性和高稳定性测量的液体密度测量装置。
解决上述问题的技术方案是一种液体密度测量装置，其特征在于它由音叉式密度传感器1、振荡电路2、CPU及显示器5组成，其中a.音叉式密度传感器1由两个结构相同的U型管构成，两个U型管所在的平面平行相对，中间设有间隙，两个U型管对应管臂的自由端以圆弧吻接连通，管臂另一端设置为接口，两个接口中，一个接口连接负压源16，另一个接口连接被测液体17，各管臂内径处处相等，两个接口之间由横杆15连接，整个传感器通过横杆15固定在测量装置的基座上；b.振荡电路2由激振器、拾振器、运放器U1、U2、三极管Q1、电阻R1组成，其中，拾振器和激振器分别由拾振线圈L1和永磁铁E1、激振线圈L2和永磁铁E2组成，永磁铁E1、E2分别固定在U型管7、8的自由端，拾振线圈L1和激振线圈L2分别固定在贴近永磁铁E1、E2的位置，拾振线圈L1的输出端接运放器U1的输入端，运放器U1、U2组成两级放大电路，U2的输出端接于激振线圈L2的输出端及三极管Q1的基极，三极管Q1和电阻R1接成射极输出器电路，发射极接CPU的T1端口；c.CPU的P16脚接测试键AN1，其P0口的八条数据线接于显示器5.
为求得测试时的即时温度，上述液体密度测量装置，它还设有一个测温电路3，测温电路由热电偶RD、运放器U3、U4、A/D转换器U5组成，二极管D1、电阻R2、R3串联后成为运放器U3的偏置电压电路，热电偶RD与电阻R4并接后一端接二极管D1的阴极，另一端接运放器U3的输入端，运放器U3、U4接成两级放大电路，U4的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接CPU的P11脚。
为将测试时的环境温度确定在标准规定的数值内，上述液体密度测量装置，可将所述音叉式密度传感器1放置在一个恒温槽内，恒温槽的控制电路6由三极管Q2、场效应管Q3、Q4、稳压管D2和帕耳帖元件PE组成，三极管Q2的基极接CPU的P20脚，发射极接+5V电源，集电极接场效应管Q3的栅极和电阻8，场效应管Q3的漏极接+5V电源，源极接帕耳帖元件的a端，场效应管Q4的栅极经稳压管D2接CPU的P21脚，源极接-5V电源，漏极接帕耳帖元件的a端，帕耳帖元件的b端接地，电阻R6、稳压管D2、电阻R9串接后接于+5V和-5V电源，提供各元件所需电位。
采用这种结构的液体密度测量装置，音叉式密度传感器为单节点固定，振筒振动频率不受加液方法和加液量的影响；测量电路中的测温电路在CPU的控制之下可以很方便地提供进行换算的温度数据；所设恒温槽可以使测试在规定的温度下进行，直接求得标准温度下的密度值。而且由于采用智能控制，使得测量具有很好的准确度和稳定性，它采样量很少，简单快捷，可以快速准确地测量液体任意温度下的密度值，具有很高的性价比，是一种理想的智能化液体密度测量装置。
图1是本实用新型的电原理框图；
图2是传感器的结构示意图；图3是图2的侧视图；图4是本实用新型的电原理图。
具体实施方式
本实用新型由音叉式密度传感器1、振荡电路2、测温电路3、CPU、显示器5、恒温槽6组成，音叉式密度传感器1与振荡电路2的信号采样端相连接，振荡电路2的输出端接CPU。测温电路3的信号由热电偶采集，输出接CPU。CPU4的输出端口分别接显示器5和恒温槽控制电路6。
图2、3显示的音叉式密度传感器1由两个材质、孔径相同的U型管7、8构成，图3中看到的是其中一个U型管8，另一个U型管7由于被遮挡而未画出。两个U型管平行放置，管臂9、10的自由端以弧形管吻接连通，连通部分的材质、孔径与上述U型管相同。管臂11、12的另一端分别连接接口13、14，接口的内径与U型管的内径相同，两接口之间由横杆15固定连接。
图2、3显示的是传感器1与振荡电路中的线圈、永磁铁的连接方法，激振线圈L2通过永磁铁E2使其自由端振动，另一个U型管的自由端振动时，拾振线圈L1上感应出电压，经过约1000倍的放大后加到激振线圈L2两端，形成闭环系统。振荡条件满足时，振荡频率将锁定在U型管的谐振频率上。
振荡电路2由拾振器、激振器、运放器U1、U2、三极管Q1组成。负压源16可以将被测液体17吸满密度传感器的U型管，负压源可以采用微型气泵、唧筒或注射器等。振荡电路的振荡频率因管内的介质密度不同而变化，通过测量频率就可以测出管内介质的密度。电路中的运放器起放大作用，三极管Q1组成射极跟随器，起阻抗变换作用。
测温电路3由热电偶RD、运放器U3、U4、转换器U5、二极管D1、电阻R2、R3、R4组成，热电偶RD封装在U型管的节点处，实时监测U型管及管内液体温度，电阻R2、D1、R3相串联，接在热电偶RD的输入端，作为热电偶的冷端补偿，热电偶的输出端信号通过运放器U3、U4的放大送到A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接CPU的P11端口，进行数据处理。
显示器VGR(5)由总线接到CPU的P00～P07输出端口。
恒温槽控制电路6由三极管Q2、场效应管Q3、Q4、稳压管D2、电阻R5、R6、R7、R8、R9和帕耳帖元件PE组成。当CPU的P20、P21脚，均为“0”电平时，场效应管Q3、Q4均不导通，即不予控温；当CPU的P20端口电平为“1”，而P21端口电平为“0”时，场效应管Q3导通，帕耳帖元件进行加温。反之，Q4导通，帕耳帖元件进行制冷。
在以上电路中，CPU对密度传感器的频率进行采样计数，通过计算机计算或查表，换算成被测液体Z规定温度下的密度或浓度值。同时送显示器显示。CPU还将测得的温度数据进行处理后送至显示器，同时对恒温槽的温度进行精密自控。
在本实用新型中，采用的部分元件型号为运放器U1、U3、U4为LF353；U2为LM53；A/D转换器为TLV1549；CPU采用89C55；场效应管Q3为IRF9630；Q4为IRF830；显示采用2组LED数码显示管或液晶显示。
权利要求1.一种液体密度测量装置，其特征在于它由音叉式密度传感器[1]、振荡电路[2]、CPU[4]及显示器[5]组成，其中a.音叉式密度传感器[1]由两个结构相同的U型管构成，两个U型管所在的平面平行相对，中间设有间隙，两个U型管对应管臂的自由端以圆弧吻接连通，管臂另一端设置为接口，两个接口中，一个接口连接负压源16，另一个接口连接被测液体17，各管臂内径处处相等，两个接口之间由横杆15连接，整个传感器通过横杆15固定在测量装置的基座上；b.振荡电路[2]由激振器、拾振器、运放器U1、U2、三极管Q1、电阻R1组成，其中，拾振器和激振器分别由拾振线圈L1和永磁铁E1、激振线圈L2和永磁铁E2组成，永磁铁E1、E2分别固定在U型管[7]、[8]的自由端，拾振线圈L1和激振线圈L2分别固定在贴近永磁铁E1、E2的位置，拾振线圈L1的输出端接运放器U1的输入端，运放器U1、U2组成两级放大电路，U2的输出端接于激振线圈L2的输出端及三极管Q1的基极，三极管Q1和电阻R1接成射极输出器电路，发射极接CPU的T1端口；c.CPU的P16脚接测试键AN1，其P0口的八条数据线接于显示器5.
2.根据权利要求1所述的液体密度测量装置，其特征在于它设有一个测温电路[3]，测温电路由热电偶RD、运放器U3、U4、A/D转换器U5组成，二极管D1、电阻R2、R3串联后成为运放器U3的偏置电压电路，热电偶RD与电阻R4并接后一端接二极管D1的阴极，另一端接运放器U3的输入端，运放器U3、U4接成两级放大电路，U4的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接CPU的P11脚。
3.根据权利要求2所述的液体密度测量装置，其特征在于所述音叉式密度传感器[1]放置在一个恒温槽内，恒温槽的控制电路[6]由三极管Q2、场效应管Q3、Q4、稳压管D2和帕耳帖元件PE组成，三极管Q2的基极接CPU的P20脚，发射极接+5V电源，集电极接场效应管Q3的栅极和电阻8，场效应管Q3的漏极接+5V电源，源极接帕耳帖元件的a端，场效应管Q4的栅极经稳压管D2接CPU的P21脚，源极接-5V电源，漏极接帕耳帖元件的a端，帕耳帖元件的b端接地，电阻R6、稳压管D2、电阻R9串接后接于+5V和-5V电源，提供各元件所需电位。
专利摘要一种液体密度测量装置，属液体物理性质测量技术领域，用于提供能够进行高精确性和高稳定性测量的装置。其技术方案是它由音叉式密度传感器、振荡电路、测温电路、CPU、显示器、恒温槽组成，音叉式密度传感器由两个U型管构成，两个U型管的接口连接处固定在测量装置的基座上；振荡电路的信号采样端与音叉式密度传感器相连接，输出端接CPU的输入端口；测温电路的输入端是热电偶，输出端接CPU的输入端口；恒温槽接CPU的输出端口。本实用新型将传感器设为单节点固定，振筒振动频率不受加液方法和加液量影响，测量电路中的测温电路和恒温槽都使得测量具有很好的准确度和稳定性。
文档编号G01N9/00GK2646696SQ20032011106
公开日2004年10月6日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年10月17日
发明者谢华国, 成国旺, 郑吉鹏, 范凯, 李海 申请人:郑吉鹏, 谢华国, 范凯