谐振密度传感器的应用利用谐振进行密度测量的原理

简介：本文主要介绍了一种应用谐振原理进行测量的密度测量方法，详细的分析了这种密度测量方法的优缺点所在

 

1. 利用谐振进行密度测量的原理

谐振密度传感器的测量原理，是通过谐振时的谐振频率来间接测量液体的密度。

该密度传感器通过将待测液体填充到谐振管中，令待测液体与谐振器发生谐振，根据液体密度与谐振频率的关系可知，产生的振荡频率取决于液体的密度于谐振器的刚度。我们可以根据公式从而推断出气体的密度。

谐振器的属性（例如刚度）取决于温度和压强，他们之间的相关性由校准测量进行确定、并由测量仪器进行补偿。

因此，唯一可以影响谐振频率的剩余变量只有液体的密度，以下等式说明了液体的密度ρ，谐振器的特性（常数A和B）和振荡频率ƒ之间的关系：

         

谐振测量设备如何工作：

（1）谐振器的两端牢固地夹紧。

（2）激励器使管振动。

（3）振动传感器检测振动频率。

谐振器的形状和材料不固定。 因此，谐振器可以是圆管或方管。

图1：谐振测量仪器的设计“1.振动传感器，2.谐波发生器，3.固定的谐振器”

2. 利用谐振原理进行密度测量的优点

（1）与简单的测试技术相结合的直接处理是谐振器密度测量的最大优势之一，在添加介质后无需进行任何进一步调整即可测量密度。由于密度值是直接显示在数字显示屏上的，因此可以排除读数错误。不需要对介质进行温度控制；相反，温度的测量是实时的。另外，不需要提取准确的体积。

（2）技术微型化，仅需少量样品即可进行可靠的密度测定。此功能在测量昂贵的流体介质时作用特别明显。使用少量样品还可以更轻松地确定用于密度测量的介质温度。

（3）该测量可以在封闭系统中的相应压强下进行。这对于某些介质（例如醇-水混合物或气体）尤其重要。没有适当的环境压强，此类介质将挥发，从而导致测量值不正确。

（4）最后，可以在极短的测量时间内获得测量结果。谐振密度记录仪还可以实现工艺过程中流量的连续直接测量。

 

3. 利用谐振原理进行密度测量的缺点

（1）该方法不允许直接追溯，即无法将测量的密度与该测量变量的国家标准（kg和m3）进行比较。其原因是，密度是使用测得的频率来计算的，而不是通过质量（kg）除以体积(m3)获得的密度值，通过频率计算密度至少需要两种密度已知的参考介质。因此，仅可通过这两种参考介质进行追溯。

（2）测量灵敏度受测量管的性质影响。测量管的自重越小，对测得频率的影响就越小，测量的灵敏度就越高。相反地，不能使用高自重测量管去测量低密度的介质。

（3）谐振器的机械性能受压力和温度影响而改变。结果会导致测得的频率改变。这些影响可以通过不同压力和温度点的校准进行补偿。

（4）频率还受测量液体的粘度影响，这可能会增加测量的不确定性。同时测量液体中的气泡、谐振器被污染也会导致测量误差。必须在测量之前对待测液体进行脱气并对谐振腔进行清洁。

 

4. 谐振密度测量传感器的用途

谐振密度传感器特别适用于对实验室和工艺具有不同精度要求的行业：

（1）在石油和天然气行业，可用于用于确定其发热量，能量含量或组成。

（2）在加油站，可以进行正确值的测定和外来颗粒物的测定。

（3）在运输中，可以进行正确值的测定并检查介质。

（4）在飞机上，对油量进行监测，通过加油使飞机的飞行距离达到最优化。

（5）在发动机测试台上测试恒定的燃油质量。

 

5. 一些商业化的谐振密度计：

（1）TrueDyne Sensors 公司的密度传感器DLO-M1：MEMS密度模块

     尺寸：66 x 30 x 15 mm

（2）Bopp & Reuther 公司的密度计DIMF 2.1：用于工艺过程的密度测量

     尺寸：约650 x 450 x 150 mm

 

（3）Anton Paar 公司的密度计DMA 5000：高精度通用仪器（0.000005g/cm3）

     尺寸：482 x 340 x 231 mm

(4) AMETEK 公司的UGC—密度计：用于工艺过程的密度测量

   尺寸：大约450 x 200 x 100 mm