[发明专利]密度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种计量仪器，特别是一种密度传感器。

背景技术

密度是液体的非常重要的物理性质之一，测量液体密度是石油、化工、食品、医疗、电力、造纸等诸多行业实现产品品质监测、控制和分析的重要手段。例如，在石油炼制的蒸发、吸收、裂解和蒸馏等工艺中，密度是必不可少的检测与控制项目；在化工、轻工酿造、制糖、奶制品等行业中，密度不仅是各种产品的一项重要指标，而且是指导生产各个环节的重要参量；在进出口商品检验项目中，密度同样是必备的技术指标，以此判定商品是否符合要求。另外，液体密度在科研方面也是十分重要的参数之一，在现代生物医学领域中，对人体的体液(血液、淋巴液等)密度的测量已经成为医学临床和基础研究的一种重要方法；在航天尖端科研上，准确确定火箭推进器中贮存液态氧的密度，关系到火箭的发射质量乃至成败；同时，由于海水密度是海水混合、大洋环流、水声传播和资源探测等方面研究的重要参数之一，因此对海水密度的准确测量在航道和军事测量等领域有重大意义。综上所述，液体密度的测量对企业和科学研究都具有十分重要的意义。

传统的液体密度测量方法，如天平称量法、密度瓶法、浮计法等，这类方法主要是手动操作、人工读数，其测量过程复杂、采样量大、耗时长，且易受人为因素的影响，故只能用于非连续的测量场合，不能适用于自动化的连续生产过程。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种密度传感器。这种密度传感器能够实现实时测量液体的密度，适用于自动化的连续生产过程。

根据本发明，提出了一种密度传感器，包括壳体，从壳体向外延伸的振动体，设置在壳体内的激振器和拾振器。将振动体浸入到待测液体内，激振器驱动振动体振动，拾振器检测振动体的振动频率，根据振动频率而得到待测液体的密度。

根据本发明的密度传感器，振动体的振动频率会受到液体的阻尼作用而发生变化。变化之后的振动频率与液体的密度之间的关系是本领域的技术人员所公知的，因此根据本发明的密度传感器可以通过检测振动体的振动频率而迅速测得待测液体的密度，特别适用于自动化的连续生产过程。

在一个实施例中，激振器和拾振器与振动体直接接触。根据这种结构，在激励器和振动体之间以及在拾振器和振动体之间均不存在额外的阻尼。激振器能够最大程度地使振动体发生振动，而拾振器也可以精确地测得到共振体的振动频率，从而提高了本发明的密度传感器的测量精度。

在一个实施例中，振动体与壳体为一体成型。这方便了根据本发明的密度传感器的制造。此外，这种结构也完全避免了待测液体进入到壳体的内部而损坏密度传感器。

在一个实施例中，振动体包括沿壳体的轴向同向延伸的主振体和共振体，激振器驱动主振体振动，共振体发生共振，拾振器检测共振体的振动频率。根据这种结构，共振体是由于主振体的振动发生共振，其没有外源性的驱动力。这样，当将共振体插入到待测液体内后，共振体的振动频率会发生较大的变化而偏离主振体的振动频率，从而主振体的振动对拾振器检测到的共振体的振动频率的干扰就越小，从而提高了本发明的密度传感器的测量精度。

在一个实施例中，激振器包括固定设置在壳体内的第一压电激励器，第一压电激励器驱动主振体振动。在另一个实施例中，拾振器包括固定设置在壳体内的第二压电激励器，第二压电激励器检测共振体的振动频率。第一压电激励器的激励电路结构简单，体积较小，而且激励力较大。第二压电激励器的检测电路同样结构简单，体积较小，而且检测精度也很高。这样能将本发明的密度传感器制造为体积较小并且结构也非常简单，方便了这种密度传感器的制造和使用。

在一个实施例中，第一压电激励器为柱状并且沿壳体的轴向而设置，主振体与壳体相连的端面与第一压电激励器的端面正对。在另一个实施例中，第二压电激励器为柱状并且沿壳体的轴向而设置，共振体与壳体相连的端面与第二压电激励器的端面正对。根据这种结构，激振器能够将其产生的驱动力最大程度地作用到主振体上，而拾振器能够最大程度地检测共振体的振动频率，从而有助于提高密度传感器的测量精度。

在一个实施例中，第一压电激励器和第二压电激励器为柱状压电陶瓷体。在一个具体的实施例中，柱状压电陶瓷体的底面直径与高度之比在1∶1-1∶2之间。这种类型的第一压电激励器和第二压电激励器的结构简单并且有一定的厚度而便于装配。

在一个实施例中，密度传感器还包括设置在壳体内的温度传感器。通过设置温度传感器，能够实时测量振动体的温度，从而拾振器能够借助于该温度信息补偿由于振动体的弹性模量随温度变化而引起的测量误差。