谐振筒式液体密度传感器制造技术

本发明专利技术涉及液体密度的测量，为实时、在线测量被测液体密度，测量精度高、稳定可靠，并且结构简单、体积小、便于安装维护，可以在恶劣条件下使用，本发明专利技术采取的技术方案是，谐振筒式液体密度传感器，由谐振筒、膜片、线圈底座、激振线圈、拾振线圈、整体外壳、防油航插、机壳和电路板壳组成，谐振筒采用分体式结构，通过激光焊接谐振筒分别与膜片、线圈底座连为一体，根据工作模态m=1,n=3，采用单激振、双拾振的工作方式，整体外壳与谐振筒外围结构采用高压冲压并激光焊接的方法实现密封连接，保证谐振筒外侧及激振、拾振线圈与被测液体隔绝。本发明专利技术主要应用于液体密度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体密度的测量，具体讲，涉及谐振筒式液体密度传感器。
技术介绍
密度是液体的重要物理特性之一，液体密度的测量在食品制造、石油化工以及航空航天等领域有着非常重要的意义。谐振式传感器可实现在线连续测量，具有稳定性好、分辨率高、测量精度高、易实现数字化远距离传输等优越的性能，成为当今人们研究的热点。根据谐振子的形状，谐振式传感器可以分为振筒式、振弦式、薄板式、音叉式、U型管式、双管式、单管式等。国内研究的谐振式液体密度计的形式主要有振动管式、振动膜式和振动筒式。目前国内已有不少科研人员在研究用谐振式原理测量液体密度，但大多处于研发阶段，还没有达到成品化。中国专利CN1837775A公开了一种谐振式液体密度在线测量传感器，其工作原理是利用薄壁圆筒的固有频率测量液体密度，它的激振、拾振线圈与被测液体接 触，实际应用中这种结构需要做完全的绝缘保护，否则影响测量精度及整个系统工作的可靠性，此外，其振动筒、激振、拾振线圈完全浸在被测液体中，容易被被测液体污染，其不容易清理维护。文献I中设计的薄壁圆筒谐振式液体密度传感器，其工作原理与中国专利CN1837775A谐振式液体密度在线测量传感器相同，其工作模态选择为m= l，n = 2，这一振型阶数较低，检测起来比较困难且对精度要求较高，其对应的谐振频率较高，即激振需要的能量较高。振动筒的工作环境为内外侧均浸入被测液体，遇到的问题与专利CN1837775A谐振式液体密度在线测量传感器相同。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，可以实时、在线测量被测液体密度，测量精度高、稳定可靠，并且结构简单、体积小、便于安装维护，可以在恶劣条件下使用，为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是，谐振筒式液体密度传感器，由谐振筒、膜片、线圈底座、激振线圈、拾振线圈、整体外壳、防油航插、机壳和电路板壳组成，谐振筒采用分体式结构，通过激光焊接谐振筒分别与膜片、线圈底座连为一体，根据工作模态m = Ln = 3，采用单激振、双拾振的工作方式，一个激振线圈、两个拾振线圈横向位置为沿谐振筒径向均布，纵向位置为沿谐振筒有效长度的中部，并通过线圈底座上的螺纹孔实现定位与固定；整体外壳与谐振筒外围结构采用高压冲压并激光焊接的方法实现密封连接，保证谐振筒外侧及激振、拾振线圈与被测液体隔绝；整体外壳与机壳采用螺钉连接，机壳与电路板壳通过螺纹连接连为一体，电路板放于电路板壳中，使机电部分合为一体；通过防油航插实现一个激振线圈、两个拾振线圈与电路板壳内电路板的电气连接并保证连接处的密封性；电路板放入电路板壳后，密封电路板壳；电路板壳与防油航插的接口处也要保证密封；机壳通过螺钉实现与外界的安装固定。谐振筒采用3J53恒弹合金制作而成，筒壁厚度为0. 08mm。膜片采用铍青铜QBel. 9加工制作而成，厚度为0. 2mm。由四个电阻构成惠斯通电桥实现被测液体污染检测，电桥臂上的两个电阻固定于不与被测液体接触的位置，另外两个电阻浸于被测液体中，这四个电阻组成差动电桥，当电桥输出电压超出设定值时，说明被测液体被污染。—个激振线圈、两个拾振线圈的位置设计为横向沿谐振筒径向均布，即线圈轴线之间夹角为120°，纵向为谐振筒有效长度的中部位置。本专利技术的技术特点及效果(I)本专利技术采用弹性薄壁圆柱 筒作为谐振元件，谐振筒的材料为3J53恒弹合金，其厚度只有0. 08mm,谐振筒上端采用简固支、下端采用固支结构,选择m = l,n = 3振动模态作为工作模态，振型简单，激振容易，工作稳定可靠。(2)本专利技术采用单激振、双拾振的工作方式，系统抗干扰性较高，可确保系统在足够大的量程内满足唯一模态的自激条件，当被测介质发生变化时，可以避免产生“跳频”现象。双拾振方式还可以提高系统精度。(3)谐振筒内侧充满液体，外侧与被测液体隔绝，激振线圈、拾振线圈固定在谐振筒外侧，即与被测液体隔绝，不需要进行漏电保护，并且这种设计结构不易被污染，方便清理、维护。(4)激振线圈、拾振线圈外侧有螺纹，与线圈底座采用螺纹连接，方面调试线圈与谐振筒的位置。(5)谐振筒上端外侧与膜片连接，膜片材料为铍青铜QBel. 9，厚度为0. 2mm。当谐振筒正常工作时，膜片起到支撑、连接和缓冲的作用，避免了谐振筒直接与整体外壳相连时易产生的疲劳断裂，提高了谐振筒的稳定性和使用寿命。(6)采用机械、电路一体设计，通过螺钉与外界实现机械连接，防油航插实现电气连接，使用方面，可移植性强。(7)本谐振式液体密度传感器还可以通过浸于被测液体的电阻检测出被测液体是否被污染。附图说明图I为本专利技术的整体传感器结构装配示意图。图2为本专利技术的整体传感器结构装配侧视图。图3为本专利技术的整体传感器结构装配俯视图。图4为本专利技术的密度传感器核心部分装配示意图。图5为本专利技术的整体传感器核心部分装配俯视图。图6为本专利技术的整体传感器核心部分装配俯视图(无膜片)。图7为本专利技术的谐振筒结构的主视图。图8为本专利技术的膜片结构的主视图。图9为本专利技术的线圈底座结构示意图。图10为本专利技术的线圈装配体结构示意图。图11为本专利技术的整体外壳结构的主视图。图12为本专利技术的机壳结构示意图。图13为本专利技术的电路板壳结构示意图。图14谐振筒半径、壁厚、长度变量对谐振筒谐振频率的影响曲线图。(a)谐振筒半径r对谐振频率f的影响曲线(b)谐振筒壁厚h对谐振频率f的影响曲线(c)谐振筒长度I对谐 振频率f的影响曲线。图15谐振筒约束条件对谐振频率的影响曲线图。附图标记说明1-谐振筒；2_膜片；3_线圈支座；4_线圈装配体；5_整体外壳；6_机壳；7_电路板壳；8_防油航插；9_油污检测电阻固定座；10_线圈支架；11_紧固螺母；12-线圈外筒；13_线圈；14_磁钢。具体实施例方式本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，设计了一种谐振筒式液体密度传感器，工作时该密度传感器采用工作模态m= l，n = 3，谐振筒只有内侧置于被测液体中，激振、拾振线圈也与被测液体隔离，可以实时、在线测量被测液体密度，同时还具有检测被测液体是否被污染的附加功能。该谐振式密度传感器測量精度高、稳定可靠，并且结构简単、体积小、便于安装维护，可以在恶劣条件下使用。本专利技术的技术解决方案一种谐振筒式液体密度传感器，由谐振筒、膜片、线圈底座、激振线圈、拾振线圈、整体外壳、防油航插、机壳和电路板壳组成。谐振筒采用分体式结构，通过激光焊接使谐振筒分别与膜片、线圈底座连为一体。根据工作模态m = 1，η = 3，采用单激振、双拾振的工作方式，ー个激振线圈、两个拾振线圈横向位置为沿谐振筒径向均布，纵向位置为沿谐振筒有效长度的中部，并通过线圈底座上的螺纹孔实现定位与固定。密度计整体外壳与谐振筒外围结构采用高压冲压并激光焊接的方法实现密封连接，保证谐振子外侧及激振、拾振线圈与被测液体隔绝。整体外壳与机壳采用螺钉连接，机壳与电路板壳通过螺纹连接连为一体，电路板放于电路板壳中，使机电部分合为一体。另外，电路板売上的电阻置于被测液体中，还可以检测被测液体是否被污染。整个谐振式液体密度计通过螺钉实现与外界的安装固定，通过防油航插实现与外界的信息交换等其他功能。本专利技术的原理谐振筒式液体密度传感器是以谐振筒——中空薄壁弾性管作为核心敏感元件而实现的传感器，其測量原理是通过谐振筒的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振筒式液体密度传感器，其特征是，由谐振筒、膜片、线圈底座、激振线圈、拾振线圈、整体外壳、防油航插、机壳和电路板壳组成，谐振筒采用分体式结构，通过激光焊接谐振筒分别与膜片、线圈底座连为一体，根据工作模态m=1,n=3，采用单激振、双拾振的工作方式，一个激振线圈、两个拾振线圈横向位置为沿谐振筒径向均布，纵向位置为沿谐振筒有效长度的中部，并通过线圈底座上的螺纹孔实现定位与固定；整体外壳与谐振筒外围结构采用高压冲压并激光焊接的方法实现密封连接，保证谐振筒外侧及激振、拾振线圈与被测液体隔绝；整体外壳与机壳采用螺钉连接，机壳与电路板壳通过螺纹连接连为一体，电路板放于电路板壳中，使机电部分合为一体；通过防油航插实现一个激振线圈、两个拾振线圈与电路板壳内电路板的电气连接并保证连接处的密封性良好；电路板放入电路板壳后，密封电路板壳；电路板壳与防油航插的接口处也要保证密封；机壳通过螺钉实现与外界的安装固定。

【技术特征摘要】
1.一种谐振筒式液体密度传感器，其特征是，由谐振筒、膜片、线圈底座、激振线圈、拾振线圈、整体外壳、防油航插、机壳和电路板壳组成，谐振筒采用分体式结构，通过激光焊接谐振筒分别与膜片、线圈底座连为一体，根据工作模态m=l，n=3，采用单激振、双拾振的工作方式，一个激振线圈、两个拾振线圈横向位置为沿谐振筒径向均布，纵向位置为沿谐振筒有效长度的中部，并通过线圈底座上的螺纹孔实现定位与固定；整体外壳与谐振筒外围结构采用高压冲压并激光焊接的方法实现密封连接，保证谐振筒外侧及激振、拾振线圈与被测液体隔绝；整体外壳与机壳采用螺钉连接，机壳与电路板壳通过螺纹连接连为一体，电路板放于电路板壳中，使机电部分合为一体；通过防油航 插实现一个激振线圈、两个拾振线圈与电路板壳内电路板的电气连接并保证连接处的密封性良好；电路板放入电路板壳后，密封电路板壳；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杏华，邸梅仙，樊玉铭，罗金星，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：