[实用新型]一种调频型流体密度计

说明书

本实用新型是利用振动弦自振频率的变化来测定流体对潜没其中的物体浮力的传感器，属于计量流体密度的仪器类。

河流的含沙量，污水中悬浮质的含量，石油化工各生产流程中液体和气体的密度，皆可用本实用新型进行测量。

在本实用新型以前，国内外较先进的流体密度计当推振动筒密度计，但它的测值受流体粘度影响。最新进展为笛可斯在1991年发表的振弦密度计（见参考文献1。M.Dix and Others.A Vibrating－Wire Densimeter for Measurements in Fluids at High Pressure.International Journal of Thermophysics，Vol.12，No.2，1991，p357－370）。但它仍存在下列缺点：1.若用来测污水与河流中浑水，则泥沙和污物会阻塞磁隙，阻碍细钨丝的自由振动。2.它用外加可调频率的信号源及数字电压表、示波器测定钨丝的强迫振动的幅度与频率的共振曲线，太费时间，不便于在野外及时地给出水流含沙数值。

本实用新型的目的是提供一种可直接放入河流或污水池中并可实时显示水流所含悬浮质（泥沙）浓度的流体密度计。

本实用新型的技术解决方案是：流体密度计中的承受流体浮力的垂球浮子通过吊丝与金属丝振弦相连，吊丝穿过仪器底部小孔，小孔为柔性止水元件密封。

本实用新型输出的振弦切割磁力线产生的交变电信号的频率将由吊球扣除它潜没于其中的流体的浮力后之有效重量所决定，属调频传感器工作方式。振弦在磁场中因放大器开机突加正电压产生电流而被安培力激振后，又将在切割磁力线时产生动生电动势，此电动势被放大器放大后，一部分正分馈给振弦使克服阻尼，保持恒幅振荡，另一部分则输出供计测频率之用。此频率不受被测流体粘度影响，却确定地因流体密度大小而变化。

与1991年12卷第2期国际热物理学报第357到370页笛可斯的论文提出的流体密度计相比，本实用新型具有下列优点：1.本实用新型有柔性止水元件保护，被测流体不会进入磁气隙，不会与振弦直接接触；所以可以做为测流铅鱼的一个组成部分，放置到含泥沙的河流或污水池中测量水流所含悬浮质（泥沙）的浓度。2.上列国际热物理学报论文中的振弦密度计是用强迫振动测共振曲线的峰值以确定密度，该法一般要用三、四台仪器测20个以上的测值，才能确定被测流体密度，本实用新型采用带反馈回路的放大器与磁场中振弦共同构成机电耦合振荡器，（见参考文献2本实用新型设计人孙厚钧的论文：力学测试技术中的一种数字传感器与机电耦合振荡理论。载1987年第3期气动实验与测量控制期刊），其本征频率即为被测密度的单值函数，故只需测定其输出电信号的频率（一个测值）即可实时给出被测流体密度（或所含泥沙的浓度），较便捷。

下面结合附图具体说明：

图1为工作原理框图，N、S代表永磁磁极。本实例中采用钨丝作为振弦张紧在磁隙中，振弦上端连接片固定于流体密度计器壁上，器壁则固定在测流大铅鱼上，而大铅鱼则悬挂在跨河缆或索桥上。振弦下端的连接片上悬吊着一个垂球浮子（1），垂球浮子（1）的重量大于被测密度最大时该球排开的同体积的流体的重量。当振弦柔韧细金属丝的尺寸及材质已定时，其自振频率由垂球浮子（1）的有效重量——扣除流体浮力以后的浮重，所唯一地确定。振弦上端连接片在电学上与地绝缘而下端连接片则在电学上接地。放大器Amp把振弦切割磁力线产生的动生电动势放大后，部分地反馈给振弦使克服阻尼保持恒幅振荡，另外则直接输出供计测频率用。