密度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種密度傳感器，包括殼體，從殼體向外延伸的振動體，設(shè)置在殼體內(nèi)的驅(qū)動振動體振動的激振器和檢測振動體的振動頻率的拾振器，激振器和拾振器與振動體直接接觸。這種密度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)實時測量液體的密度，適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。
【專利說明】密度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種計量儀器，特別是一種密度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]密度是液體的非常重要的物理性質(zhì)之一，測量液體密度是石油、化工、食品、醫(yī)療、電力、造紙等諸多行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測、控制和分析的重要手段。例如，在石油煉制的蒸發(fā)、吸收、裂解和蒸餾等工藝中，密度是必不可少的檢測與控制項目；在化工、輕工釀造、制糖、奶制品等行業(yè)中，密度不僅是各種產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，而且是指導(dǎo)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的重要參量；在進(jìn)出口商品檢驗項目中，密度同樣是必備的技術(shù)指標(biāo)，以此判定商品是否符合要求。另外，液體密度在科研方面也是十分重要的參數(shù)之一，在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，對人體的體液(血液、淋巴液等)密度的測量已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)臨床和基礎(chǔ)研究的一種重要方法；在航天尖端科研上，準(zhǔn)確確定火箭推進(jìn)器中貯存液態(tài)氧的密度，關(guān)系到火箭的發(fā)射質(zhì)量乃至成?。煌瑫r，由于海水密度是海水混合、大洋環(huán)流、水聲傳播和資源探測等方面研究的重要參數(shù)之一，因此對海水密度的準(zhǔn)確測量在航道和軍事測量等領(lǐng)域有重大意義。綜上所述，液體密度的測量對企業(yè)和科學(xué)研究都具有十分重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)的液體密度測量方法，如天平稱量法、密度瓶法、浮計法等，這類方法主要是手動操作、人工讀數(shù)，其測量過程復(fù)雜、采樣量大、耗時長，且易受人為因素的影響，故只能用于非連續(xù)的測量場合，不能適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述問題，本實用新型提出了一種密度傳感器。這種密度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)實時測量液體的密度，適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。
[0005]根據(jù)本實用新型，提出了一種密度傳感器，包括殼體，從殼體向外延伸的振動體，設(shè)置在殼體內(nèi)的驅(qū)動振動體振動的激振器和檢測振動體的振動頻率的拾振器，其中激振器和拾振器與振動體直接接觸。
[0006]根據(jù)本實用新型的密度傳感器，將振動體浸入到待測液體內(nèi)，激振器驅(qū)動振動體振動,拾振器檢測振動體的振動頻率,根據(jù)振動頻率而得到待測液體的密度。這是由于:振動體的振動頻率會受到液體的阻尼作用而發(fā)生變化。變化之后的振動頻率與液體的密度之間的關(guān)系是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，因此根據(jù)本實用新型的密度傳感器可以通過檢測振動體的振動頻率而迅速測得待測液體的密度，特別適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。
[0007]此外，由于激振器和拾振器與振動體直接接觸，因此在激勵器和振動體之間以及在拾振器和振動體之間均不存在額外的阻尼。激振器能夠最大程度地使振動體發(fā)生振動，而拾振器也可以精確地測得到共振體的振動頻率，從而提高了本實用新型的密度傳感器的測量精度。
[0008]在一個實施例中，振動體與殼體為一體成型。這方便了根據(jù)本實用新型的密度傳感器的制造。此外，這種結(jié)構(gòu)也完全避免了待測液體進(jìn)入到殼體的內(nèi)部而損壞密度傳感器。
[0009]在一個實施例中，振動體包括沿殼體的軸向同向延伸的主振體和共振體，激振器驅(qū)動主振體振動,共振體發(fā)生共振,拾振器檢測共振體的振動頻率。根據(jù)這種結(jié)構(gòu),共振體是由于主振體的振動發(fā)生共振,其沒有外源性的驅(qū)動力。這樣，當(dāng)將共振體插入到待測液體內(nèi)后,共振體的振動頻率會發(fā)生較大的變化而偏離主振體的振動頻率,從而主振體的振動對拾振器檢測到的共振體的振動頻率的干擾就越小，從而提高了本實用新型的密度傳感器的測量精度。
[0010]在一個實施例中，激振器包括固定設(shè)置在殼體內(nèi)的第一壓電激勵器，第一壓電激勵器驅(qū)動主振體振動。在另一個實施例中，拾振器包括固定設(shè)置在殼體內(nèi)的第二壓電激勵器，第二壓電激勵器檢測共振體的振動頻率。第一壓電激勵器的激勵電路結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，而且激勵力較大。第二壓電激勵器的檢測電路同樣結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，而且檢測精度也很高，從而能將本實用新型的密度傳感器制造為體積較小并且結(jié)構(gòu)也非常簡單，方便了這種密度傳感器的制造和使用。
[0011]在一個實施例中，第一壓電激勵器為柱狀并且沿殼體的軸向而設(shè)置，主振體與殼體相連的端面與第一壓電激勵器的端面正對。在另一個實施例中，第二壓電激勵器為柱狀并且沿殼體的軸向而設(shè)置，共振體與殼體相連的端面與第二壓電激勵器的端面正對。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，激振器能夠?qū)⑵洚a(chǎn)生的驅(qū)動力最大程度地作用到主振體上，而拾振器能夠最大程度地檢測共振體的振動頻率，從而有助于提高密度傳感器的測量精度。
[0012]在一個實施例中，第一壓電激勵器和第二壓電激勵器為柱狀壓電陶瓷體。在一個具體的實施例中，柱狀壓電陶瓷體的底面直徑與高度之比在1: 1-1: 2之間。這種類型的第一壓電激勵器和第二壓電激勵器的結(jié)構(gòu)簡單并且有一定的厚度而便于裝配。
[0013]在一個實施例中，密度傳感器還包括設(shè)置在殼體內(nèi)的溫度傳感器。通過設(shè)置溫度傳感器，能夠?qū)崟r測量振動體的溫度，從而拾振器能夠借助于該溫度信息補(bǔ)償由于振動體的彈性模量隨溫度變化而引起的測量誤差。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:(I)根據(jù)本實用新型的密度傳感器，振動體的振動頻率會受到液體的阻尼作用而發(fā)生變化。變化之后的振動頻率與液體的密度之間的關(guān)系是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，因此根據(jù)本實用新型的密度傳感器可以通過檢測振動體的振動頻率而迅速測得待測液體的密度，特別適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。(2)激振器和拾振器與振動體直接接觸，從而在激勵器和振動體之間以及在拾振器和振動體之間均不存在額外的阻尼。這有助于提高本實用新型的密度傳感器的測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0016]圖1顯示了根據(jù)本實用新型的密度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2顯示了用于本實用新型的密度傳感器的柱狀壓電陶瓷體。
[0018]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例。

【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0020]圖1示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的密度傳感器100的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，密度傳感器100包括殼體2和設(shè)置在殼體2內(nèi)部的激振器20和拾振器30。在殼體2的外設(shè)置有振動體40。在使用時，將振動體40浸入到待測液體內(nèi)，激振器20驅(qū)動振動體40振動，拾振器30檢測振動體40的振動頻率。根據(jù)拾振器30測得的振動體40的振動頻率可得到待測液體的密度。這是由于，液體的密度與振動體40的振動頻率之間是單調(diào)的函數(shù)關(guān)系，通過測量振動體40的振動頻率就可以迅速得到待測液體的密度。因此，這種密度傳感器100特別適用于自動化的連續(xù)生產(chǎn)過程。下文將詳細(xì)描述密度傳感器100的各個部件。
[0021]如圖1所示，振動體40包括封閉殼體2端部的膜片41和沿殼體2的軸向從膜片41向外延伸的主振體42和共振體1，并且主振體42和共振體I設(shè)置為同向延伸。優(yōu)選地，主振體42和共振體I均為條狀，以方便插入到液體中。還可以將主振體42和共振體I制造為完全相同，這樣主振體42的固有振動頻率與共振體I的固有振動頻率就會大體相同，從而在主振體42振動時共振體I也就會隨之發(fā)生振動或共振，以方便測量液體的密度。此夕卜,共振體I是由于主振體42的振動而發(fā)生共振并沒有外源性的驅(qū)動力，因此當(dāng)將振動體40插入到待測液體內(nèi)后，共振體I的振動頻率會發(fā)生較大的變化,拾振器30檢測到共振體I的變化的振動頻率后能由此計算出液體的密度。此外，由于共振體I的振動頻率變化較大，因此拾振器30所檢測到的共振體I的振動頻率與主振體42的振動頻率差異也較大，這就降低了主振體42的振動與拾振器30干擾，從而提高了密度傳感器100的測量精度。
[0022]激振器20和拾振器30由膜片41封閉在殼體2的內(nèi)部，防止待測液體對激振器20和拾振器30造成損壞。優(yōu)選地，振動體40與殼體2為一體成型，這方便了制造這種密度傳感器100。
[0023]為了提高密度傳感器100的測量精度，還使激振器20和拾振器30與振動體40直接接觸。在圖1所示實施例中，激振器20和拾振器30與膜片41直接接觸，并且激振器20與主振體42正對設(shè)置，拾振器30與共振體I正對設(shè)置。這樣，在激勵器20和膜片41之間以及在拾振器30和膜片41之間均不存在額外的阻尼，激振器20就能最大程度地將其振動通過給膜片41傳遞給主振體42以驅(qū)動主振體42振動；拾振器30也就能最大程度地檢測到共振體I的振動頻率，從而提高了密度傳感器100的測量精度。
[0024]如圖1所示，在殼體2內(nèi)設(shè)置有兩個不連通的腔體51、52，并且這兩個腔體分別與主振體42和共振體I正對。激振器20可安裝到腔體51內(nèi)，而拾振體30安裝腔體52內(nèi)，這樣可使激振器20和拾振體30分別自動與主振體42和共振體I正對,無需調(diào)整以方便密度傳感器100的裝配。
[0025]激振器20包括柱狀的第一壓電激勵器3，例如為柱狀的壓電陶瓷體21 (如圖2所示)。壓電陶瓷體21的底面直徑D與高度H之比在1: 1-1: 2之間，以使得其裝配更加方便。為了能使第一壓電激勵器3穩(wěn)定地處于在腔體51內(nèi)，還在安裝第一壓電激勵器3后，再用堵頭11將其固定。在一個實施例中，堵頭11可以為緊固螺栓。
[0026]在第一壓電激勵器3為壓電陶瓷體21的情況下，還在壓電陶瓷體21的兩個端面22、23上貼裝有電極5、6。這樣，在給電極5、6提供交變電壓時，壓電陶瓷體21的長度就會周期性變化，從而驅(qū)動主振體42發(fā)生振動。這種驅(qū)動方式所需要的部件僅有兩個電極5、6以及相應(yīng)的線纜，結(jié)構(gòu)非常簡單，但是激勵力很大，因此可以將激振器20制造為很小。
[0027]拾振體30的結(jié)構(gòu)與激振器20的結(jié)構(gòu)相同，僅功能不同。為了簡單起見，這里不再描述拾振體30的結(jié)構(gòu)。拾振體30同樣也可以制造為很小，這樣就能夠?qū)⒚芏葌鞲衅?00制造為體積較小,方便了使用。在主振體42發(fā)生振動時，共振體I會隨之共振，作為拾振體30的第二壓電激勵器4的壓電陶瓷體的長度就會周期性變化。設(shè)置在壓電陶瓷體4兩端的電極7和8之間就會有周期性電壓信號產(chǎn)生，該電壓信號的頻率與共振體I的振動頻率相同，因此檢測該電壓信號的頻率就能得到共振體I的振動頻率。由此，就可以測得液體的密度。
[0028]優(yōu)選地，在殼體2內(nèi)還設(shè)置有溫度傳感器13。這樣，就能夠?qū)崟r測量振動體40的溫度，從而拾振器30能夠借助于該溫度信息而補(bǔ)償由于振動體40的彈性模量隨溫度變化而引起的測量誤差，進(jìn)一步提高密度傳感器100的測量精度。
[0029]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本實用新型進(jìn)行了描述，但在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本實用新型并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種密度傳感器，其特征在于，包括: 殼體，從所述殼體向外延伸的振動體， 設(shè)置在所述殼體內(nèi)的驅(qū)動所述振動體振動的激振器和檢測所述振動體的振動頻率的拾振器， 其中，所述激振器和拾振器與所述振動體直接接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密度傳感器，其特征在于，所述振動體包括沿所述殼體的軸向同向延伸的主振體和共振體,所述激振器驅(qū)動所述主振體振動,所述共振體發(fā)生共振,所述拾振器檢測共振體的振動頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密度傳感器，其特征在于，所述激振器包括固定設(shè)置在殼體內(nèi)的第一壓電激勵器，所述第一壓電激勵器驅(qū)動所述主振體振動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密度傳感器，其特征在于，所述第一壓電激勵器為柱狀并且沿所述殼體的軸向而設(shè)置，所述主振體與所述殼體相連的端面與第一壓電激勵器的端面正對。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密度傳感器，其特征在于，所述拾振器包括固定設(shè)置在所述殼體內(nèi)的第二壓電激勵器，所述第二壓電激勵器檢測所述共振體的振動頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密度傳感器，其特征在于，所述第二壓電激勵器為柱狀并且沿所述殼體的軸向而設(shè)置，所述共振體與所述殼體相連的端面與第二壓電激勵器的端面正對。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密度傳感器，其特征在于，所述第一壓電激勵器和第二壓電激勵器為柱狀壓電陶瓷體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的密度傳感器，其特征在于，所述柱狀壓電陶瓷體的底面直徑與高度之比在1: 1-1: 2之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密度傳感器，其特征在于，所述振動體與所述殼體為一體成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密度傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述殼體內(nèi)的溫度傳感器。
【文檔編號】G01N9/24GK204154598SQ201420508872
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】楊云博 申請人:北京天辰博銳科技有限公司