專利名稱：流體特性測量器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量器，尤其涉及流體特性測量器。
背景技術：
石油、化工、釀酒等領域在儲運、生產、交易過程中常常需要進行液體密度的測量。現有液體密度計主要有以下三種形式玻璃密度計、管道振動管式密度計及壓差式密度計。玻璃密度計利用浮力原理測量密度。操作時需要采樣，讀數需要平視。如果玻璃密度計溫度與被測液體溫度相差較大，則測量誤差會加大。操作麻煩且對操作人員要求較聞。管道振動管式密度計利用振動原理測量密度。操作時被測液體通過共振管，根據不同密度的液體對共振管頻率的改變不同得出密度。這種密度計對工作環境要求較高，需要施工改動現有設備來接入密度計。管道密度計本身價格昂貴，再加施工復雜、占用空間大，所以限制了它的使用與發展。壓差式密度計根據被測液體上下兩點處的壓力差計算密度。這種壓差式密度計的精度不高，主要是受限于壓力計的精確度。同時這種壓差式密度計對安裝環境要求較高，必須保證兩點之間的垂直距離，所以應用較少。因此，有必要提供改進的技術方案以克服現有技術中存在的技術問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的主要技術問題是提供操作方便而且體積小的流體特性測量器。為解決上述技術問題，本實用新型的一方面提供了一種流體特性測量器，其包括基座；致動器，其安裝在所述基座上；用于接觸被測量的流體的振動管，其具有開放的軸向延伸的中空腔體，所述振動管的近端固定到所述基座，從所述振動管徑向延伸出傳振片，所述傳振片接觸所述致動器；振動傳感器，其探測所述振動管的振動頻率F ;以及控制器，其控制所述致動器有規律地通過驅動所述傳振片使所述振動管產生振動,并且結合所述振動頻率F及流體的溫度T計算所述流體的特性。在上述的流體特性測量器，可選地，所述流體的特性是密度或粘度。在上述的流體特性測量器，可選地，所述流體特性測量器還包括安裝在所述基座上的溫度計，所述溫度計至少部分延伸到所述振動管的中空腔體中，所述溫度計探測所述溫度T。在上述的流體特性測量器，可選地，所述基座設置中心孔及至少兩個周邊孔，所述至少兩個周邊孔對稱地設置在所述中心孔的周圍，所述振動管安裝到所述中心孔內，至少兩個所述致動器分別安裝到所述周邊孔中。在上述的流體特性測量器，可選地，所述流體特性測量器包括四個壓電陶瓷組件，所述基座設置四個周邊孔，所述四個壓電陶瓷組件分別安裝到所述周邊孔中，至少一個所述壓電陶瓷組件充當所述致動器，且至少一個所述壓電陶瓷組件充當所述振動傳感器，所述控制器控制周期性地生成驅動所述致動器的驅動電壓。在上述的流體特性測量器，可選地，所述振動管的遠端懸伸，所述振動管內側設置阻隔振動管的振動從遠端向近端傳遞的隔振槽，所述傳振片從所述振動管徑向向外延伸出且至少部分地連接到所述振動管的所述遠端。在上述的流體特性測量器，可選地，所述傳振片呈圓形、方形或者梯形的片狀。在上述的流體特性測量器，可選地，所述傳振片設置通孔和/或加強筋。 在上述的流體特性測量器，可選地，所述流體特性測量器還包括第一殼體，所述第一殼體中設置對流體密封的電路艙，所述控制器安裝在所述電路艙中。在上述的流體特性測量器，可選地，所述流體特性測量器還包括相對于所述第一殼體固定的第二殼體，所述第二殼體具有浸沒腔，所述浸沒腔設有與外界流體連通的通孔，所述振動管位于所述浸沒腔中。根據本實用新型，流體特性測量器利用振動管頻率的變化來測量被測流體的特性，具有較高的流體測量精度，而且，振動管直接接觸被測量的流體，本實用新型的流體特性測量器可以應用到標定范圍內的被測流體的任何深度，可以避免取樣的繁瑣工作，操作方便。另外，本實用新型的流體特性測量器體積小，做工小巧精致，幾乎不受空間的限制。通過以下參考附圖的詳細說明，本實用新型的其它方面和特征變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本實用新型的范圍的限定，這是因為其應當參考附加的權利要求。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結構和流程。
結合附圖參閱以下具體實施方式
的詳細說明，將更加充分地理解本實用新型，附圖中同樣的參考附圖標記始終指代視圖中同樣的元件。其中圖I顯示根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器的外部結構示意圖；圖2為圖I所示的流體特性測量器的左視示意圖；圖3為顯示圖I所示的流體特性測量器內部結構的剖視示意圖；圖4顯示圖3所示的流體特性測量器的內部局部結構的放大示意圖；圖5為顯示圖4所示的流體特性測量器的基座端部結構的示意圖；圖6及圖7顯示根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器的振動管產生環圈模式振動的振動管截面示意圖；及圖8顯示根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器產生左右搖擺型振動的示意圖。
具體實施方式
為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本實用新型要求保護的主題，
以下結合附圖詳細描述本實用新型的具體實施方式
。如圖I至圖5所示，根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器100包括基座I、安裝在基座I上的致動器21、用于接觸被測量的流體的振動管3、探測振動管3的振動頻率F的振動傳感器22以及控制器5。其中，振動管3具有開放的軸向延伸的中空腔體，振動管3的近端31固定到基座1，從振動管3徑向延伸出傳振片4，傳振片4接觸致動器21 ;控制器5控制致動器21有規律地通過驅動傳振片4使振動管3產生振動，并且結合振動管3的振動頻率F及流體的溫度T計算流體的特性。由于振動管3的近端31固定到基座1，因此，近端31成為振動管3的支點，如下面將詳述的，在致動器21的特定方式的驅動下，振動管3可以產生特定模式的振動。在一種具體實施方式
中，振動管3的近端31焊接到基座I。可選地，流體特性測量器100還包括第一殼體71，在第一殼體71中設置對流體密封的電路艙710，電路艙710用于電路的保護和密封，控制器5安裝在電路艙710中，用于完成數據的采集、放大、處理和與表頭的通訊。在一種具體實施方式
中，流體特性測量器100還包括通訊電纜84。通訊電纜84電連接控制器5與表頭，通訊電纜84用于控制器5與表頭的數據通訊的通訊。另外，在本實用新型的流體特性測量器100為便攜式的情況下，通訊電纜84還可用于振動傳感器22的懸掛。在其他的具體實施方式
中，控制器5也可以與表頭進行無線通訊，流體特性測量器100可以不包括通訊電纜84。可選地,流體特性測量器100還包括相對于第一殼體71固定的第二殼體72,第二殼體72保護振動管3，避免機械碰撞損傷振動管3，第二殼體72具有浸沒腔720，浸沒腔720設有與外界流體連通的通孔722，振動管3位于浸沒腔720中。在一種具體實施方式
中，流體特性測量器100還包括連接件82。連接件82包括兩個連接部，其中一個連接部與第一殼體71連接，另一個連接部與第二殼體72連接，從而將第一殼體71相對于第二殼體72固定。另外，也可以將基座I固定到連接件82上。根據振動管3在不同特性流體中表現出來的頻率的不同，本實用新型的流體特性測量器100可以測量流體的特征，例如流體的特性是密度或粘度。在一種具體實施方式
中，流體的特性為密度，本實用新型的流體特性測量器100例如為一種浸沒型振動式密度計，其利用振動管3頻率的變化來測量被測流體的密度，并且，控制器5根據下述公式來計算流體的密度P p =A+B X T+C/F在上述公式中，A、B及C分別為預先標定的系數。在本具體實施方式
中，振動管3為壁厚0. 2毫米至I毫米的不銹鋼管。在一般工業環境中，振動管3的材質可采用316L不銹鋼；在高腐蝕環境中，振動管3的材質可采用NI-SPAN-C902,以避免流體對振動管3造成的腐蝕損傷。另外，本實用新型的振動管3的結構并不局限于附圖所示的圓管結構，其還可以為方形管、橢圓管、或不規則管等結構。傳振片4用于從致動器21向振動管3傳遞能量，維持振動管3的自激振動。在本實用新型的實施方式中，傳振片4呈如圖所示的圓形的片狀，然而，本實用新型的傳振片4并不局限于圓形的片狀，傳振片4還可以呈方形或者梯形的片狀，另外，在傳振片4上還可以設置通孔和/或加強筋，傳振片4的這些延伸結構均在本實用新型的專利保護范圍之內。優選地，傳振片4具有與振動管3相同的材質，也就是說，傳振片4可以與振動管3 —體形成，傳振片4與振動管3組成為一件式，以保證振動管3的精度和長期穩定性。傳振片4外緣設置連接環40，連接環40的端緣42焊接到基座I。傳振片4與連接環40之間延伸薄壁部41。薄壁部41比傳振片4及連接環40厚度小，因而薄壁部41比傳振片4及連接環40剛性小，薄壁部41減小對傳振片4的限制，有利于傳振片4的活動。連接環40設置隔離凹槽43。一方面，隔離凹槽43減小了連接環40的剛性，有利于與連接環40相連的傳振片4的活動；另一方面，隔離凹槽43靠近端緣42，減小焊接引起的熱應力。振動管3的遠端懸伸，振動管3的內側設置阻隔振動管3的振動從遠端向近端傳遞的隔振槽30,該隔振槽30有效地減小基座I的振動，傳振片4從振動管3徑向向外延伸出且至少部分地連接到振動管3的遠端。由于溫度影響振動管3的剛性和彈性模量，因此影響振動管3的頻率，根據本實用新型的具體實施方式
對于溫度的影響可以采取溫度修正措施。例如，流體特性測量器100還包括安裝在基座I上的溫度計6，溫度計6至少部分延伸到振動管3的中空腔體中，溫度計6實時探測流體的溫度T，用于密度補償和標密換算，對頻率進行溫度補償。在如圖3及圖4所示的具體實施方式
中，溫度計6焊接到基座。溫度計6的類型可以是鉬電阻溫度計、熱電耦溫度計、半導體溫度計等，溫度計6的結構并不局限于圖示的在振動管3內，其也可以放置在振動管3外、貼在振動管3上、貼在基座I上等，這些結構的變換形式均在本實用新型的專利保護范圍之內。如圖4和圖5所示，基座I設置中心孔11及至少兩個周邊孔12，至少兩個周邊孔12對稱地設置在中心孔11的周圍，振動管3安裝到中心孔11內，至少兩個致動器21分別安裝到周邊孔12中。可選地，基座I設置軸向貫通基座I的四個周邊孔12及從中心孔11徑向貫通到外周邊的四個過水孔13。在將流體特性測量器100投入流體中時，流體通過過水孔13進入中心孔11，并能進一步進入振動管3。過水孔13外口大而內口小。可選地，過水孔13周壁呈錐度。在將流體特性測量器100投入流體中時，這種過水孔13能夠抑制氣泡的產生。在一種具體實施方式
中，流體特性測量器100包括四個壓電陶瓷組件，四個壓電陶瓷組件通過緊定螺絲81壓在傳振片4上。基座I設置四個周邊孔12，周邊孔12設置在基座I的同一圓周上，然而，周邊孔12的設置位置并不限于同一圓周，其也可以是橢圓或者不規則圖形。四個壓電陶瓷組件分別安裝到周邊孔12中，至少一個壓電陶瓷組件充當致動器21，且至少一個壓電陶瓷組件充當振動傳感器22，控制器5控制周期性地生成驅動致動器21的驅動電壓。例如，在一種具體實施方式
中，安裝在圖5所示左右方向的周邊孔12中的兩個壓電陶瓷組件充當致動器21，安裝在上下方向的周邊孔12中的兩個壓電陶瓷組件充當振動傳感器22。作為致動器21的兩個壓電陶瓷組件受電壓驅動產生位移，推動傳振片4使之產生形變。作為振動傳感器22的兩個壓電陶瓷組件被傳振片4推動產生位移，從而產生電信號，信號通過采集、處理、放大再送給作為致動器21的兩個壓電陶瓷組件，維持振動管3的自激振動。至少兩個致動器21周期性地同步推動傳振片4，流體特性測量器100的振動管3可以產生各種模式的振動。圖6和圖7顯示根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器100的振動管3產生環圈模式(hoop mode)振動的振動截面圖。圖6為左右兩側的壓電陶瓷組件同推的時刻，此時，在致動器的推壓作用下振動管3的橫向X的尺寸變短；同時相對地，振動管3的縱向Y的尺寸變長。圖7所示為左右兩側的壓電陶瓷組件同縮的時亥IJ，由于致動器的推壓作用消失，振動管3在自身的回彈作用下橫向X尺寸變長；同時相對地，振動管3的縱向Y的尺寸變短。在該具體實施方式
的流體特性測量器100中，利用振動式原理測量流體的密度，并且采用這種獨特的環圈模式振動模式測量密度，這種環圈模式振動模式對密度的變化非常敏感，所以在精準的標定基礎之上可以實現高精度的密度計。本領域的技術人員將理解，如果兩個致動器21周期性地同步推動傳振片4的頻率足夠高，振動管3將產生類似上下伸縮型的振動。這種類似上下伸縮型的振動模式還可以用于測量流體的粘度。除了環圈模式及前述類似上下伸縮型的振動模式，根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器100還可實現其他振動模式。例如，圖8顯示根據本實用新型一種具體實施方式
的流體特性測量器100產生左右搖擺型振動的示意圖。如圖8所示，當右邊的致動器21推時，左邊的致動器21縮，振動管3向左擺到左側位置A ;當左邊的致動器21推時，右邊的致動器21縮，振動管3向右擺到右側位置B。左右兩個致動器21周期性地異步推動傳振片4，則振動管3產生左右搖擺振動。本實用新型還提供了采用上述流體特性測量器100測量流體密度的方法，其包括將上述的流體特性測量器100浸沒在被測量的流體中，并且，根據下述公式計算流體的密度P :p =A+B X T+C/F在上述公式中，A、B及C分別為預先標定的系數。在將流體特性測量器100浸沒在被測量的流體中時，流體通過第二殼體720的通孔722進入浸沒腔720，并且進入振動管3的開放的中空腔體中，因此振動管3里外都有流體，壓力對振動管3的頻率基本沒有影響，也就是說振動管3對壓力不敏感。利用這種振動管3對壓力不敏感的特點，本實用新型的流體特性測量器100可以浸沒到標定范圍內的被測流體的任何深度，可以避免取樣的繁瑣工作，操作方便。而且，由于本實用新型的流體特性測量器100結構簡單，因此可以制作得小巧而精致，例如，流體特性測量器100的探頭尺寸可以小至55毫米X200毫米。因此，流體特性測量器100幾乎不受空間限制，既可以做成便攜式，也可以做成安裝到空間狹小的管道或者罐體內部的伺服式。另外，本實用新型測量流體密度的方法具有操作簡便、測量精度高等優點。以上具體實施方式
僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.流體特性測量器，其特征在于，其包括 基座; 致動器，其安裝在所述基座上； 用于接觸被測量的流體的振動管，其具有開放的軸向延伸的中空腔體，所述振動管的近端固定到所述基座，從所述振動管徑向延伸出傳振片，所述傳振片接觸所述致動器； 振動傳感器，其探測所述振動管的振動頻率F ；以及 控制器，其控制所述致動器有規律地通過驅動所述傳振片使所述振動管產生振動，并且結合所述振動頻率F及流體的溫度T計算所述流體的特性。
2.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其中，所述流體的特性是密度或粘度。
3.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其還包括安裝在所述基座上的溫度計，所述溫度計至少部分延伸到所述振動管的中空腔體中，所述溫度計探測所述溫度T。
4.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其中，所述基座設置中心孔及至少兩個周邊孔，所述至少兩個周邊孔對稱地設置在所述中心孔的周圍，所述振動管安裝到所述中心孔內，至少兩個所述致動器分別安裝到所述周邊孔中。
5.根據權利要求4所述的流體特性測量器，其包括四個壓電陶瓷組件，所述基座設置四個周邊孔，所述四個壓電陶瓷組件分別安裝到所述周邊孔中，至少一個所述壓電陶瓷組件充當所述致動器，且至少一個所述壓電陶瓷組件充當所述振動傳感器，所述控制器控制周期性地生成驅動所述致動器的驅動電壓。
6.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其中，所述振動管的遠端懸伸，所述振動管內側設置阻隔振動管的振動從遠端向近端傳遞的隔振槽，所述傳振片從所述振動管徑向向外延伸出且至少部分地連接到所述振動管的所述遠端。
7.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其中，所述傳振片呈圓形、方形或者梯形的片狀。
8.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其中，所述傳振片設置通孔和/或加強筋。
9.根據權利要求I所述的流體特性測量器，其還包括第一殼體，所述第一殼體中設置對流體密封的電路艙，所述控制器安裝在所述電路艙中。
10.根據權利要求9所述的流體特性測量器，其還包括相對于所述第一殼體固定的第二殼體，所述第二殼體具有浸沒腔，所述浸沒腔設有與外界流體連通的通孔，所述振動管位于所述浸沒腔中。
專利摘要本實用新型公開流體特性測量器，其包括基座、安裝在基座上的致動器、用于接觸被測量的流體的振動管、探測振動管的振動頻率F的振動傳感器以及控制器，振動管具有開放的軸向延伸的中空腔體，近端固定到基座，從振動管徑向延伸出傳振片，傳振片接觸致動器；控制器控制致動器有規律地通過驅動傳振片使振動管產生振動，并且結合振動頻率F及流體的溫度T計算流體的特性。這種流體特性測量器具有較高的流體測量精度，且操作方便、體積小。
文檔編號G01N9/00GK202814828SQ20122035093
公開日2013年3月20日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者吳軍保, 許龍, 陳輝, 張太忠 申請人:青島澳邦量器有限責任公司