流體密度的測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種流體密度的測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置包括：摩擦發(fā)電機(jī)傳感器、恒流裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置；摩擦發(fā)電機(jī)傳感器包括在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng)的振膜，用于將產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)；恒流裝置與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器相連接，用于在流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器之前恒定流體的流速；數(shù)據(jù)采集處理裝置分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和恒流裝置電連接，用于采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，可實(shí)時(shí)測(cè)量流體密度，準(zhǔn)確可靠，且測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、易于操作。
【專利說明】
流體密度的測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子電路領(lǐng)域，具體涉及一種流體密度的測(cè)量裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]流體多種多樣，有氣體流體、液體流體等多種流體，不同的流體密度均不相同。在測(cè)量流體密度時(shí)，可以采用專門的流體密度測(cè)量工具，如采用專門的密度檢測(cè)儀器對(duì)流體密度進(jìn)行測(cè)試。但是，現(xiàn)有的密度檢測(cè)儀器往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求較高，而且大多數(shù)密度檢測(cè)儀器對(duì)環(huán)境也有較高的要求，無法簡(jiǎn)單操作即可得知流體密度，這都需要專業(yè)人士進(jìn)行操作。同時(shí)，在測(cè)量不同的流體密度時(shí)，需要針對(duì)不同的流體采用不同的密度檢測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)量，這也給測(cè)量人員的工作帶來了極大的麻煩。
[0003]并且由于現(xiàn)有的大多數(shù)密度檢測(cè)儀器需要測(cè)量人員進(jìn)行大量的測(cè)量工作，因此， 其一般不能夠?qū)崟r(shí)的測(cè)量流體密度，而且也由于密度檢測(cè)儀器需要大量的人為操作，使得測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，存在誤差?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種流體密度的測(cè)量裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作困難，且不能實(shí)時(shí)測(cè)量流體密度，準(zhǔn)確性差等問題。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種流體密度的測(cè)量裝置，包括:摩擦發(fā)電機(jī)傳感器、恒流裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置;其中，
[0006]摩擦發(fā)電機(jī)傳感器包括在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng)的振膜，用于將在流體流動(dòng)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)；
[0007]恒流裝置與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器相連接，用于在流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器之前恒定流體的流速；
[0008]數(shù)據(jù)采集處理裝置分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和恒流裝置電連接，用于采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。
[0009]可選地，還包括流體源裝置，流體源裝置與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器或恒流裝置相連接， 用于在恒流裝置的作用下向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入流體。
[0010]可選地，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器還包括:外殼、電極、摩擦片和振膜固定架；
[0011]外殼內(nèi)部形成有適于流體通過的通孔；電極設(shè)置在外殼的內(nèi)壁上;摩擦片設(shè)在電極不與外殼的內(nèi)壁接觸的一側(cè)表面上;振膜固定架架設(shè)在外殼的內(nèi)壁上，振膜固定架上設(shè)置有振膜；
[0012]當(dāng)流體流經(jīng)通孔時(shí)，振膜發(fā)生振動(dòng)與摩擦片不與電極接觸的一側(cè)表面接觸摩擦產(chǎn)生交流電信號(hào)，并通過電極輸出至數(shù)據(jù)采集處理裝置。
[0013]可選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)一步用于:根據(jù)已知比例系數(shù)、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)和采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到流體密度。
[0014]可選地，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)包括:振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度。
[0015]可選地，流體源裝置還與數(shù)據(jù)采集處理裝置電連接，進(jìn)一步用于:在恒流裝置的作用下向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入已知密度的流體，并輸出已知密度的流體的密度電信號(hào)至數(shù)據(jù)采集處理裝置。[〇〇16]可選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)一步用于:采集處理流體源裝置輸出的已知密度的流體的密度電信號(hào)，得到已知密度的流體的密度。
[0017]可選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)一步用于:根據(jù)已知密度的流體的密度、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)以及注入已知密度的流體時(shí)數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到已知比例系數(shù)。
[0018]可選地，流體源裝置為可控壓力氣源裝置，可控壓力氣源裝置分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和恒流裝置相連接，還與數(shù)據(jù)采集處理裝置電連接，用于調(diào)節(jié)流體的壓強(qiáng)，通過恒流裝置向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入不同壓強(qiáng)下的流體，并輸出對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)電信號(hào)至數(shù)據(jù)采集處理裝置。
[0019]可選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)一步用于:采集處理可控壓力氣源裝置輸出的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)電信號(hào)，得到對(duì)應(yīng)的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)，根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)和已知物理參數(shù)，計(jì)算得到不同壓強(qiáng)下的流體的密度。
[0020]可選地，已知物理參數(shù)包括:理想氣體常數(shù)和理想氣體的熱力學(xué)溫度。
[0021]可選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn)一步用于:根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的密度、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)以及注入不同壓強(qiáng)下的流體時(shí)數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到已知比例系數(shù)。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，在恒定流速的流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器后，數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，并根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，可實(shí)時(shí)測(cè)量流體密度，準(zhǔn)確可靠，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作。同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，致使其制作成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！靖綀D說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為圖1中的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的縱向剖面圖；
[0025]圖3為圖1中的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量方法實(shí)施例的流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0030]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0031]圖1為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，流體密度的測(cè)量裝置，包括:摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100、恒流裝置200和數(shù)據(jù)采集處理裝置 300。其中，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100包括在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng)的振膜(圖中未示出)，用于將在流體流動(dòng)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào);恒流裝置200與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器 100相連接，設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的一側(cè)，用于在流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100之前恒定流體的流速;數(shù)據(jù)采集處理裝置300分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100和恒流裝置200電連接，用于采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置200輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。
[0032]圖2為圖1中的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的縱向剖面圖，圖3為圖1中的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100包括:外殼110、電極120、摩擦片130、在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng)的振膜140以及振膜固定架150。其中，電極120、摩擦片 130、振膜140和振膜固定架150都設(shè)置在外殼110的內(nèi)部。[〇〇33] 具體地，結(jié)合圖1至圖3,外殼110內(nèi)部形成有適于流體通過的通孔160;電極120設(shè)置在外殼110的內(nèi)壁上;摩擦片130設(shè)置在電極120不與外殼110的內(nèi)壁接觸的一側(cè)表面上； 振膜140具有固定端和自由端，振膜140的固定端固設(shè)在振膜固定架150上，振膜140的自由端在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng);振膜固定架150架設(shè)在外殼110的內(nèi)壁上，其中，在外殼110 的內(nèi)壁的相對(duì)的側(cè)壁上設(shè)置有2個(gè)固定凹槽170,用于固定架設(shè)振膜固定架150于固定凹槽 170中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)振膜140的安裝固定。當(dāng)流體流經(jīng)通孔160時(shí)，振膜140發(fā)生振動(dòng)與摩擦片 130不與電極120接觸的一側(cè)表面接觸摩擦產(chǎn)生交流電信號(hào)，并通過電極120輸出至數(shù)據(jù)采集處理裝置300。
[0034]應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)中，與振膜140的固定端靠近的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的端口為摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口，與振膜140的自由端靠近的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的端口為摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸出口。也就是說，流體應(yīng)當(dāng)從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器1 〇〇的流體輸入口輸入，從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器1 〇〇的流體輸出口輸出，以保證摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的振膜140的正常振動(dòng)。圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)僅為摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的一個(gè)具體示例，本實(shí)用新型不僅限于這種結(jié)構(gòu)，任何基于摩擦發(fā)電原理的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器都適用本實(shí)用新型。
[0035]使用摩擦發(fā)電機(jī)傳感器時(shí)，由于振膜120是固定的、不會(huì)隨意變化的部件，故其振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度都是已知固定的數(shù)值，也即摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)是已知固定的。其中，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)包括:振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度。 [〇〇36]恒流裝置200設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的一側(cè)，如圖1所示，恒流裝置200設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的右側(cè)，用于在流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100之前恒定流體的流速。其中，恒流裝置200為現(xiàn)有技術(shù)中的恒流裝置，如壓力控制流體流速的恒流裝置，當(dāng)流體流動(dòng)引起流速變化時(shí)，恒流裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力控制，以恒定流體流速。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際實(shí)施情況來選擇合適的恒流裝置，此處不做限定。
[0037]應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)圖1所示的測(cè)量裝置采用圖2和圖3所示的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器時(shí)， 若流體在恒流裝置200的調(diào)節(jié)控制下，從左側(cè)流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100至恒流裝置200,摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸出口與其右側(cè)的恒流裝置200的輸入口相連接;若流體在恒流裝置200的調(diào)節(jié)控制下，從右側(cè)流經(jīng)恒流裝置200后流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100,摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口與其右側(cè)的恒流裝置200的輸出口相連接。也就是說，流體應(yīng)當(dāng)從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口輸入，從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸出口輸出，以保證摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的振膜140的正常振動(dòng)。[〇〇38]數(shù)據(jù)采集處理裝置300分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100和恒流裝置200電連接，用于采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置200輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。 [〇〇39]數(shù)據(jù)采集處理裝置300進(jìn)一步用于:根據(jù)已知比例系數(shù)、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的物理參數(shù)和采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到流體密度。
[0040]具體地，流體密度與振膜密度、振膜厚度、振膜長(zhǎng)度、振膜振動(dòng)頻率和流體流速存在比例關(guān)系，其中，已知比例系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的系數(shù)。數(shù)據(jù)采集處理裝置300在得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速后，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用如下公式可計(jì)算得到流體密度:[0041 ] pf = K?2
[0042] K=KpshL/U2[〇〇43]其中，Pf為流體密度，K為已知物理參量，《為振膜振動(dòng)頻率，k為已知比例系數(shù)，ps 為振膜密度，h為振膜厚度，L為振膜長(zhǎng)度，U為流體流速。
[0044]根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，在恒定流速的流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器后，數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，并根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置可實(shí)時(shí)測(cè)量流體密度，精準(zhǔn)可靠，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作。同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，致使其制作成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0045]圖4為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，在圖1所示的實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，流體密度的測(cè)量裝置還包括:流體源裝置400,流體源裝置400與恒流裝置200相連接，設(shè)置在恒流裝置200的右側(cè)，用于在恒流裝置200的作用下向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100內(nèi)注入流體。為了防止流體出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的狀況，可以通過流體源裝置400進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保證流體持續(xù)流入恒流裝置200中，進(jìn)而持續(xù)流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100中。圖4所示的流體密度的測(cè)量裝置中的恒流裝置200從流體源裝置400中將持續(xù)的流體以恒定的流速吸入，使恒定流速的流體從右側(cè)流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器1 〇〇中。
[0046]當(dāng)圖4所示的測(cè)量裝置采用圖2和圖3所示的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器時(shí)，由于流體在恒流裝置200的調(diào)節(jié)控制下，從右側(cè)流經(jīng)恒流裝置200后流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100,故摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口與其右側(cè)的恒流裝置200的輸出口相連接。也就是說，流體源裝置400中流體從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口輸入，從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸出口輸出，以保證摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的振膜140的正常振動(dòng)。[〇〇47]另外，流體源裝置400還可與數(shù)據(jù)采集處理裝置300電連接，用于在恒流裝置200的作用下向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器1 〇〇內(nèi)注入已知密度的流體，并輸出已知密度的流體的密度電信號(hào)至數(shù)據(jù)采集處理裝置300。數(shù)據(jù)采集處理裝置300采集處理流體源裝置400輸出的已知密度的流體的密度電信號(hào)，得到已知密度的流體的密度。
[0048]除上述不同外，圖4所示的實(shí)施例二的流體密度的測(cè)量裝置均與圖1所示的實(shí)施例一的流體密度的測(cè)量裝置相同，此處不再贅述。
[0049]圖5為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示的實(shí)施例三的流體密度的測(cè)量裝置與圖4所示的實(shí)施例二的流體密度的測(cè)量裝置的區(qū)別在于:流體源裝置400與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100相連接，設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的左側(cè)。 當(dāng)圖5所示的測(cè)量裝置采用圖2和圖3所示的摩擦發(fā)電機(jī)傳感器時(shí)，由于流體在恒流裝置200 的調(diào)節(jié)控制下，從左側(cè)流入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100至恒流裝置200,故摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100 的流體輸出口與其右側(cè)的恒流裝置200的輸入口相連接。也就是說，流體源裝置400中流體從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸入口輸入，從摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的流體輸出口輸出， 以保證摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的振膜140的正常振動(dòng)。
[0050]除上述不同外，圖5所示的實(shí)施例三的流體密度的測(cè)量裝置均與圖4所示的實(shí)施例二的流體密度的測(cè)量裝置相同，此處不再贅述。
[0051]此外，上述各個(gè)實(shí)施例中的已知比例系數(shù)是通過向上述各個(gè)實(shí)施例中的測(cè)量裝置注入已知密度的流體經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，具體如下所述。
[0052]當(dāng)向圖4和圖5中所示的流體源裝置400中注入已知密度的流體時(shí)，流體源裝置400 中的已知密度的流體會(huì)通過恒流裝置200以恒定的流速注入到摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100中。此時(shí)，由于流體源裝置400與數(shù)據(jù)采集處理裝置300電連接，因此會(huì)將已知密度的流體的密度電信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集處理裝置300。數(shù)據(jù)采集處理裝置300采集處理流體源裝置400輸出的已知密度的流體的密度電信號(hào)，得到已知密度的流體的密度。因此，在得到已知密度的流體的密度和摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100的振膜固定(即振膜密度、振膜厚度、振膜長(zhǎng)度為固定的數(shù)值)的情況下，數(shù)據(jù)采集處理裝置300在得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速后，根據(jù)以上數(shù)據(jù)， 利用實(shí)施例一提出的公式，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化計(jì)算得到已知比例系數(shù):
[0053]K = Pf/ co 2
[0054]K=KU2/PshL
[0055]其中，k為已知比例系數(shù)，K為已知物理參量，pf為流體密度，《為振膜振動(dòng)頻率，ps 為振膜密度，h為振膜厚度，L為振膜長(zhǎng)度，U為流體流速。
[0056]根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，可以反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步校準(zhǔn)修正已知比例系數(shù)，從而使對(duì)流體密度的測(cè)量更精確。當(dāng)然，也可以直接將已知密度的流體的密度設(shè)置在數(shù)據(jù)采集處理裝置300中計(jì)算得到已知比例系數(shù)，或者直接將確定后的已知比例系數(shù)設(shè)置在數(shù)據(jù)采集處理裝置300中，從而避免上述測(cè)量已知比例系數(shù)的過程。
[0057]圖6為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6所示的實(shí)施例四的流體密度的測(cè)量裝置與圖4所示的實(shí)施例二的流體密度的測(cè)量裝置的區(qū)別在于:流體源裝置400為可控壓力氣源裝置。其中，可控壓力氣源裝置400分別與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100和恒流裝置200相連接，還可與數(shù)據(jù)采集處理裝置300電連接。如圖6所示，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100和恒流裝置200設(shè)置在可控壓力氣源裝置400中，可控壓力氣源裝置400提供的氣體可以通過摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100和恒流裝置200連接的通道流過?？煽貕毫庠囱b置 400用于調(diào)節(jié)流體的壓強(qiáng)，通過恒流裝置200向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器100內(nèi)注入不同壓強(qiáng)下的恒定流速的流體，并輸出對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)電信號(hào)至數(shù)據(jù)采集處理裝置300。[〇〇58]數(shù)據(jù)采集處理裝置300進(jìn)一步用于:采集處理可控壓力氣源裝置400輸出的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)電信號(hào)，得到對(duì)應(yīng)的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)，根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)和已知物理參數(shù)，計(jì)算得到不同壓強(qiáng)下的流體的密度。其中，已知物理參數(shù)包括:理想氣體常數(shù)和理想氣體的熱力學(xué)溫度。
[0059]具體地，流體本身的壓強(qiáng)P與密度Pf間存在P = PfRT(理想氣體狀態(tài)方程)的關(guān)系，其中，R為理想氣體常數(shù)，T為理想氣體的熱力學(xué)溫度，也就是說，壓強(qiáng)與密度存在線性關(guān)系，可通過改變壓強(qiáng)達(dá)到改變密度的目的。因此，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程公式，可以計(jì)算得到不同壓強(qiáng)下的流體的密度。
[0060]數(shù)據(jù)采集處理裝置還進(jìn)一步用于:根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的密度、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)以及注入不同壓強(qiáng)下的流體時(shí)數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到已知比例系數(shù)。
[0061]在實(shí)際應(yīng)用中已知比例系數(shù)往往需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)修正，為了能夠得到更加精確的流體密度，采用實(shí)施例四所示的測(cè)量裝置，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程p= PfRT，通過改變氣體壓強(qiáng)以改變氣體密度，進(jìn)而使用如下公式測(cè)得任意密度值下的已知比例系數(shù)，進(jìn)一步對(duì)已知比例系數(shù)校準(zhǔn)修正測(cè)得更加精確的氣體密度:
[0062]K = pf/?2
[0063]K=KU2/pshL[〇〇64]其中，k為已知比例系數(shù)，K為已知物理參量，pf為流體密度，《為振膜振動(dòng)頻率，ps 為振膜密度，h為振膜厚度，L為振膜長(zhǎng)度，U為流體流速。
[0065]根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量裝置，可以反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步校準(zhǔn)已知比例系數(shù)，從而使對(duì)流體密度的測(cè)量更精確。
[0066]除上述不同外，圖6所示的實(shí)施例四的流體密度的測(cè)量裝置均與圖4所示的實(shí)施例二的流體密度的測(cè)量裝置相同，此處不再贅述。
[0067]應(yīng)當(dāng)注意的是，實(shí)施例一至實(shí)施例三的流體密度測(cè)量裝置不僅適用于氣體密度的測(cè)量，也適用于液體密度的測(cè)量;而實(shí)施例四的流體密度測(cè)量裝置僅適用于氣體密度的測(cè)量。
[0068]圖7為本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量方法實(shí)施例的流程圖，如圖7所示，本實(shí)施例的方法具體包括如下步驟:[〇〇69]步驟S101，利用恒流裝置向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入流體。
[0070]摩擦發(fā)電機(jī)傳感器包括:外殼、電極、摩擦片、振膜和振膜固定架，當(dāng)有流體流過振膜時(shí)，振膜會(huì)由于失穩(wěn)而發(fā)生振動(dòng)，發(fā)生振動(dòng)的振膜會(huì)與摩擦片接觸摩擦，從而使得電極輸出交流電信號(hào)。使用摩擦發(fā)電機(jī)傳感器時(shí)，由于振膜是固定的、不會(huì)隨意變化的部件，故其振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度都是已知固定的數(shù)值，也即摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)是已知固定的。其中，摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)包括:振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度。
[0071]恒流裝置設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的一側(cè)，用于在流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器之前恒定流體的流速。恒流裝置可以采用壓力控制流體的流速，當(dāng)流體流動(dòng)引起流速變化時(shí)， 恒流裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力控制，以恒定流體流速。恒流裝置可以根據(jù)實(shí)際實(shí)施情況來選擇合適的恒流裝置，此處不做限定。[〇〇72]步驟S10 2，采集處理流體注入過程中摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的振膜振動(dòng)輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速。
[0073]數(shù)據(jù)采集處理裝置與摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和恒流裝置電連接，在流體注入過程中可以采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速。[〇〇74]步驟S103,根據(jù)采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。
[0075]具體地，流體密度與振膜密度、振膜厚度、振膜長(zhǎng)度、振膜振動(dòng)頻率和流體流速存在比例關(guān)系，其中，已知比例系數(shù)是通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的系數(shù)。數(shù)據(jù)采集處理裝置根據(jù)已知比例系數(shù)、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)和采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到流體密度。[〇〇76]根據(jù)已知比例系數(shù)、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)和采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，計(jì)算得到流體密度進(jìn)一步包括:利用如下公式計(jì)算得到流體密度:
[0077]pf = Kco2
[0078]K =KpshL/U2[〇〇79]其中，Pf為流體密度，K為已知物理參量，《為振膜振動(dòng)頻率，k為已知比例系數(shù)，ps 為振膜密度，h為振膜厚度，L為振膜長(zhǎng)度，U為流體流速。
[0080]本實(shí)施例的測(cè)量方法可應(yīng)用于實(shí)施例一至實(shí)施例四的測(cè)量裝置中進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量方法，在恒定流速的流體進(jìn)入摩擦發(fā)電機(jī)傳感器后，數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，并根據(jù)振膜振動(dòng)頻率和流體流速得到流體密度。本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量方法可實(shí)時(shí)測(cè)量流體密度，精準(zhǔn)可靠，且其測(cè)量方法步驟簡(jiǎn)單、易于計(jì)算。
[0081]將本實(shí)施例的測(cè)量方法應(yīng)用于實(shí)施例一的測(cè)量裝置中，由于其未設(shè)置流體源裝置，故可以直接將已知密度的流體的密度設(shè)置在數(shù)據(jù)采集處理裝置中計(jì)算得到已知比例系數(shù)，或者直接將確定后的已知比例系數(shù)設(shè)置在數(shù)據(jù)采集處理裝置中，從而避免確定已知比例系數(shù)的過程。
[0082]將本實(shí)施例的測(cè)量方法應(yīng)用于實(shí)施例二和實(shí)施例三的測(cè)量裝置中，在利用恒流裝置向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入流體之前，將已知密度的流體注入到流體源裝置中，采集處理流體源裝置輸出的已知密度的流體的密度電信號(hào)，得到已知密度的流體的密度。再通過恒流裝置將流體源裝置中的已知密度的流體注入到摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)。采集處理已知密度的流體注入過程中摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的振膜振動(dòng)輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速。根據(jù)已知密度的流體的密度、 摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)(即振膜密度、振膜厚度、振膜長(zhǎng)度)以及已知密度的流體注入過程中數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，利用方法實(shí)施例提出的公式，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化計(jì)算得到已知比例系數(shù):
[0083]K = Pf/ co 2
[0084]K=KU2/pshL[〇〇85]其中，k為已知比例系數(shù)，K為已知物理參量，pf為流體密度，《為振膜振動(dòng)頻率，ps 為振膜密度，h為振膜厚度，L為振膜長(zhǎng)度，U為流體流速。
[0086]可選地，將本實(shí)施例的測(cè)量方法應(yīng)用于實(shí)施例四的測(cè)量裝置中，在利用恒流裝置向摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入流體之前，將流體注入到可控壓力氣源裝置中產(chǎn)生不同壓強(qiáng)下的流體。采集處理可控壓力氣源裝置輸出的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)電信號(hào)，得到對(duì)應(yīng)的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)，根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)和已知物理參數(shù)(即理想氣體常數(shù)和理想氣體的熱力學(xué)溫度)，計(jì)算得到不同壓強(qiáng)下的流體的密度。
[0087] 通過恒流裝置將不同壓強(qiáng)下的流體注入到摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)，采集處理不同壓強(qiáng)下的流體注入過程中摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的振膜振動(dòng)輸出的交流電信號(hào)和恒流裝置輸出的流體的流速電信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速。根據(jù)不同壓強(qiáng)下的流體的密度、摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)以及不同壓強(qiáng)下的流體注入過程中數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速，參照上述已知比例系數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算得到已知比例系數(shù)。[〇〇88]在實(shí)際應(yīng)用中已知比例系數(shù)往往需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)修正，為了能夠得到更加精確的流體密度，采用實(shí)施例四的裝置，將恒流裝置和摩擦發(fā)電機(jī)傳感器置于一個(gè)可控制壓力變化的可控壓力氣源裝置中。由于氣體壓強(qiáng)P與氣體密度Pf存在P = PfRT (理想氣體狀態(tài)方程)，即氣體壓強(qiáng)和氣體密度存在線性關(guān)系，所以可以通過改變氣體壓強(qiáng)達(dá)到改變氣體密度的目的，從而測(cè)得任意密度值下的已知比例系數(shù)，進(jìn)而對(duì)已知比例系數(shù)修正校準(zhǔn)測(cè)得更加精確的氣體密度。
[0089]根據(jù)本實(shí)用新型提供的流體密度的測(cè)量方法，可以反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步校準(zhǔn)修正已知比例系數(shù)，從而使對(duì)流體密度的測(cè)量更精確。
[0090]本實(shí)用新型中所提到的各種模塊、電路均為由硬件實(shí)現(xiàn)的電路，雖然其中某些模塊、電路集成了軟件，但本實(shí)用新型所要保護(hù)的是集成軟件對(duì)應(yīng)的功能的硬件電路，而不僅僅是軟件本身。
[0091]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，附圖或?qū)嵤├兴镜难b置結(jié)構(gòu)僅僅是示意性的，表示邏輯結(jié)構(gòu)。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。[〇〇92]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，包括:摩擦發(fā)電機(jī)傳感器、恒流裝置和數(shù)據(jù) 采集處理裝置;其中，所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器包括在流體流動(dòng)作用下發(fā)生振動(dòng)的振膜，用于將在流體流動(dòng)作 用下產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為交流電信號(hào)；所述恒流裝置與所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器相連接，用于在流體進(jìn)入所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感 器之前恒定流體的流速；所述數(shù)據(jù)采集處理裝置分別與所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和所述恒流裝置電連接，用于采 集處理所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器輸出的交流電信號(hào)和所述恒流裝置輸出的流體的流速電信 號(hào)，分別對(duì)應(yīng)得到振膜振動(dòng)頻率和流體流速，根據(jù)所述振膜振動(dòng)頻率和所述流體流速得到 流體密度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，還包括流體源裝置，所述 流體源裝置與所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器或所述恒流裝置相連接，用于在所述恒流裝置的作用 下向所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入流體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器還 包括:外殼、電極、摩擦片和振膜固定架；所述外殼內(nèi)部形成有適于流體通過的通孔;所述電極設(shè)置在所述外殼的內(nèi)壁上;所述 摩擦片設(shè)在所述電極不與所述外殼的內(nèi)壁接觸的一側(cè)表面上;所述振膜固定架架設(shè)在所述 外殼的內(nèi)壁上，所述振膜固定架上設(shè)置有所述振膜；當(dāng)流體流經(jīng)所述通孔時(shí)，所述振膜發(fā)生振動(dòng)與所述摩擦片不與所述電極接觸的一側(cè)表 面接觸摩擦產(chǎn)生交流電信號(hào)，并通過所述電極輸出至所述數(shù)據(jù)采集處理裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn) 一步用于:根據(jù)已知比例系數(shù)、所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)和采集處理得到的所述 振膜振動(dòng)頻率和所述流體流速，計(jì)算得到所述流體密度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的 物理參數(shù)包括:振膜密度、振膜厚度和振膜長(zhǎng)度。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述流體源裝置還與 所述數(shù)據(jù)采集處理裝置電連接，進(jìn)一步用于:在所述恒流裝置的作用下向所述摩擦發(fā)電機(jī) 傳感器內(nèi)注入已知密度的流體，并輸出所述已知密度的流體的密度電信號(hào)至所述數(shù)據(jù)采集 處理裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn) 一步用于:采集處理所述流體源裝置輸出的已知密度的流體的密度電信號(hào)，得到所述已知 密度的流體的密度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置進(jìn) 一步用于:根據(jù)所述已知密度的流體的密度、所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù)以及注入 所述已知密度的流體時(shí)所述數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率和流體流速， 計(jì)算得到所述已知比例系數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述流體源裝置為可 控壓力氣源裝置，所述可控壓力氣源裝置分別與所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器和所述恒流裝置相 連接，還與所述數(shù)據(jù)采集處理裝置電連接，用于調(diào)節(jié)流體的壓強(qiáng)，通過所述恒流裝置向所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器內(nèi)注入不同壓強(qiáng)下的流體，并輸出對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)電信號(hào)至所述數(shù)據(jù)采集處理裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置 進(jìn)一步用于:采集處理所述可控壓力氣源裝置輸出的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)電信號(hào)，得 到對(duì)應(yīng)的不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)，根據(jù)所述不同壓強(qiáng)下的流體的壓強(qiáng)和已知物理參數(shù)， 計(jì)算得到不同壓強(qiáng)下的流體的密度。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述已知物理參數(shù)包 括:理想氣體常數(shù)和理想氣體的熱力學(xué)溫度。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的流體密度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理 裝置進(jìn)一步用于:根據(jù)所述不同壓強(qiáng)下的流體的密度、所述摩擦發(fā)電機(jī)傳感器的物理參數(shù) 以及注入所述不同壓強(qiáng)下的流體時(shí)所述數(shù)據(jù)采集處理裝置采集處理得到的振膜振動(dòng)頻率 和流體流速，計(jì)算得到所述已知比例系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N9/00GK205643073SQ201620348817
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】刁海豐, 鐘強(qiáng), 孫利佳, 趙豪
【申請(qǐng)人】納智源科技（唐山）有限責(zé)任公司