一種具有自清潔功能的共振式液體密度計制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種具有自清潔功能的共振式液體密度計，包括：傳動桿、固定螺母、激勵源、拾振源、法蘭基座、橡膠墊圈、管道、共振體、拾振源信號線和激勵源信號線；共振體浸入液體中，傳動桿穿過法蘭基座與共振體連接，激振源和拾振源與傳動桿通過孔軸過渡配合，再配合上固定螺母固定激勵源和拾振源在法蘭基座上，從激勵源引出激勵源信號線，從拾振源引出拾振源信號線，密度計通過法蘭基座的螺紋孔，隔著橡膠墊圈，與管道進行螺紋連接。本發(fā)明專利技術通過利用向激勵源通高頻交流信號，引發(fā)特殊高頻模態(tài)振型的技術，引發(fā)密度計超聲振動，使其在不影響測量的前提下，在水或空氣中超聲振動，從而達到清潔的效果。潔的效果。潔的效果。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種具有自清潔功能的共振式液體密度計


[0001]本專利技術涉及液體密度測量
，尤其是一種具有自清潔功能的共振式液體密度計。

技術介紹

[0002]共振式液體密度計是設計用來解決在原油化工管道液體測量難題，技術主要依據(jù)振動理論。通過向壓電激振源施加交流信號，引發(fā)共振體與被測液體共振，共振的頻率通過另外一個拾振源檢測得出，再通過放大、濾波和整形電路，使得在計算密度的同時，反饋到激振壓電陶瓷，使共振體被穩(wěn)定在共振頻率上。當共振體浸入被測液體時，由于振動系統(tǒng)的附加質(zhì)量發(fā)生變化，使得共振頻率隨之變化，再根據(jù)質(zhì)量與密度的關系，測出液體密度。
[0003]共振式液體密度計主要設計用于管道測量，所以在長期工作中，會使得共振體上不斷粘附污垢，導致測試精度不斷降低。傳統(tǒng)的辦法大多需要從管道拆除密度計，用紙巾洗滌劑擦拭清潔，此辦法不但清潔效果有限，而且耗費人力物力。因此，密度計的自清潔問題一直都是其急需解決的問題。
[0004]現(xiàn)有液體密度計，通常為音叉結(jié)構(gòu)。音叉結(jié)構(gòu)相較共振式液體密度計較復雜。在測量使用時，音叉結(jié)構(gòu)容易沾附污垢，而且人為清潔容易出現(xiàn)清潔不全面的問題，這就導致清潔困難密度計越測越差的問題。并且傳統(tǒng)液體密度計所使用激振能力較弱的激振源，如電磁線圈或普通的壓電陶瓷，加上音叉結(jié)構(gòu)激振較為困難，導致在音叉結(jié)構(gòu)中無法得到較好的效果。

技術實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術所要解決的技術問題在于，提供一種具有自清潔功能的共振式液體密度計，通過利用向激勵源通高頻交流信號，引發(fā)特殊高頻模態(tài)振型的技術，引發(fā)密度計超聲振動，使其在不影響測量的前提下，在水或空氣中超聲振動，從而達到清潔的效果。
[0006]為解決上述技術問題，本專利技術提供一種具有自清潔功能的共振式液體密度計，包括：傳動桿1、固定螺母2、激勵源3、拾振源4、法蘭基座5、橡膠墊圈6、管道7、共振體8、拾振源信號線10和激勵源信號線11；共振體8浸入液體9中，傳動桿1穿過法蘭基座5與共振體8連接，激振源3和拾振源4與傳動桿1通過孔軸過渡配合，再配合上固定螺母2固定激勵源3和拾振源4在法蘭基座5上，從激勵源3引出激勵源信號線10，從拾振源4引出拾振源信號線11，密度計通過法蘭基座5的螺紋孔，隔著橡膠墊圈6，與管道7進行螺紋連接。
[0007]優(yōu)選的，激勵源3通過逆壓電效應激勵共振體8共振，拾振源4通過正壓電效應檢測共振體8共振頻率。
[0008]優(yōu)選的，激勵源3和拾振源4為蘭杰文振子。
[0009]優(yōu)選的，共振體8為球狀結(jié)構(gòu)或者螺旋體結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的，共振體8為軸對稱結(jié)構(gòu)，對稱軸為傳動桿1的中軸線，激振源3和拾振源4通過傳動桿1孔軸配合設于共振體8的對稱軸的位置。
[0011]優(yōu)選的，當密度計浸入液體9進行檢測時，激勵源3通過傳動桿1激勵共振體8，使其在設定好的頻率下共振，同時拾振源4檢測共振體8共振時的頻率，共振體8在檢測出的共振頻率上振動，此共振頻率與液體密度滿足如下關系：
[0012][0013]其中，ρ為被測液體的密度，f為共振頻率，m0、m1、m2為需要通過校準實驗來確定的傳感器系數(shù)。
[0014]優(yōu)選的，密度計等效的均勻桿自由振動的固有頻率與固有振型函數(shù)，分別為：
[0015][0016]其中，ω
n
為等效的均勻桿的固有頻率，φ
n
(x)為對應于桿的第n階固有頻率ω
n
的固有振型函數(shù)，c為縱波沿桿縱向的傳播速度，l為桿長，通過上述公式，計算出密度計在自清潔時，所適合的縱振振型以及對應的頻率。
[0017]本專利技術的有益效果為：(1)蘭杰文振子作為的激勵源，有著更強的激振能力更寬的頻域范圍，以蘭杰文振子作為拾振源，有著更高的靈敏度和測試精度；(2)通過對激勵源施加高頻交流信號，信號頻率特別選取，引發(fā)共振體縱振；根據(jù)振動理論，結(jié)構(gòu)在超聲振動時，特別是高頻模態(tài)的縱振，能夠?qū)⒏哒扯鹊谋粶y液體或者長期使用留下的污垢清潔干凈；該自清潔功能使用方便，在每次測試之前，都可以進行自清潔，不僅大大減少了人力成本，而且還提升密度計在線測量的精度準確性；(3)并未增加其他機械結(jié)構(gòu)，使用方便，設計合理，不但液體密度檢測準確有效，而且自清潔功能清潔全面，能夠保證長時間的在線測量。
附圖說明
[0018]圖1為本專利技術密度計的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本專利技術密度計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本專利技術密度計的自清潔功能效果圖。
[0021]圖4為本專利技術的理想均勻梁縱振效果圖。
[0022]圖5為本專利技術密度計的有限元仿真結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為本專利技術密度計的有限元仿真低頻模態(tài)振型圖。
[0024]圖7為本專利技術密度計的有限元仿真高頻模態(tài)振型圖。
[0025]圖8為本專利技術密度計的有限元仿真高頻模態(tài)振型圖。
[0026]其中，1、傳動桿；2、固定螺母；3、激勵源；4、拾振源；5、法蘭基座；6、橡膠墊圈；7、管道；8、共振體；9、液體；10、拾振源信號線；11、激勵源信號線；12、仿真模型；13、仿真介質(zhì)。
具體實施方式
[0027]如圖1所示，一種具有自清潔功能的共振式液體密度計，包括：傳動桿1、固定螺母2、激勵源3、拾振源4、法蘭基座5、橡膠墊圈6、管道7、共振體8、拾振源信號線10和激勵源信號線11；共振體8浸入液體9中，傳動桿1穿過法蘭基座5與共振體8連接，激振源3和拾振源4與傳動桿1通過孔軸過渡配合，再配合上固定螺母2固定激勵源3和拾振源4在法蘭基座5上，從激勵源3引出激勵源信號線10，從拾振源4引出拾振源信號線11，密度計通過法蘭基座5的螺紋孔，隔著橡膠墊圈6，與管道7進行螺紋連接。
[0028]一種共振式液體密度計，不僅檢測液體9的密度，而且還具有自清潔功能。包括浸入液體的共振體8，通過逆壓電效應激勵共振體共振的激振源3，通過正壓電效應檢測共振體共振頻率的拾振源4，起傳動與承載作用的傳動桿1與法蘭基座5。當密度計浸入液體9進行檢測時，激勵源3通過傳動桿1激勵共振體8，使其在設定好的頻率下共振，與此同時拾振源檢測共振體8共振時的頻率。再通過所設計好的電路，共振體8會在檢測出的共振頻率上振動。此共振頻率與液體密度由如下關系：
[0029][0030]公式中，ρ為被測液體的密度，f為共振頻率，m0、m1、m2為需要通過校準實驗來確定的傳感器系數(shù)。
[0031]所述激勵源3與拾振源4為壓電材料，本專利技術采用蘭杰文振子，蘭杰文振子通常運在超聲振動領域中，例如超聲電機，超聲波清潔設備等。因此，蘭杰文振子不僅非常契合本專利技術密度計的自清潔功能的技術需求，而且密度測量的激振需求更能滿足。
[0032]另外，所述激勵源信號線11作為信號輸入端，除了通引起共振體共振的較低頻率交流信號外，還可以通引起共振體高頻縱振的高頻交流信號，這是為了密度計能夠?qū)崿F(xiàn)自清潔的功能。所述拾振源信號12作為信號的輸出端，是為了獲取密度計測量密度的共振頻率。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種具有自清潔功能的共振式液體密度計，其特征在于，包括：傳動桿(1)、固定螺母(2)、激勵源(3)、拾振源(4)、法蘭基座(5)、橡膠墊圈(6)、管道(7)、共振體(8)、拾振源信號線(10)和激勵源信號線(11)；共振體(8)浸入液體(9)中，傳動桿(1)穿過法蘭基座(5)與共振體(8)連接，激振源(3)和拾振源(4)與傳動桿(1)通過孔軸過渡配合，再配合上固定螺母(2)固定激勵源(3)和拾振源(4)在法蘭基座(5)上，從激勵源(3)引出激勵源信號線(10)，從拾振源(4)引出拾振源信號線(11)，密度計通過法蘭基座(5)的螺紋孔，隔著橡膠墊圈(6)，與管道(7)進行螺紋連接。2.如權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能的共振式液體密度計，其特征在于，激勵源(3)通過逆壓電效應激勵共振體(8)共振，拾振源(4)通過正壓電效應檢測共振體(8)共振頻率。3.如權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能的共振式液體密度計，其特征在于，激勵源(3)和拾振源(4)為蘭杰文振子。4.如權(quán)利要求1所述的具有自清潔功能的共振式液體密度計，其特征在于，共振體(8)為球狀結(jié)構(gòu)或者螺旋體結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：朱孔軍，張培達，潘松，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學，
類型：發(fā)明
國別省市：