專利名稱：一種諧振式測量液體密度的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振式測量液體密度的傳感器，用于液體密度的測量。
背景技術(shù)：
目前，已經(jīng)有不少科研人員在研究用諧振式原理測量密度的方法，但大多處于研發(fā)階段，還沒有達到成品化的階段。由于密度的測量往往受到溫度、壓力影響，因此在測定中，除了測定質(zhì)量和體積外，還須精確測量其壓力和溫度。中國專利89217849.3公開了一種振動膜片式密度傳感器，它的膜片是通過壓模固定在基座上，并且固定周邊與有效振動面之間有斜面衰減帶，而且是分體的，振膜式密度傳感器激振器采用的是電磁線圈，拾振器采用的是半導(dǎo)體應(yīng)變片，并且要分別安裝在膜片的兩側(cè)，如果要是測量液體的密度，膜片的兩側(cè)都要和液體接觸，實際上這種結(jié)構(gòu)還要做完全絕緣的保護，否則會影響測量的精度，且工作不易穩(wěn)定可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要絕緣、測量精度高、穩(wěn)定可靠，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小的諧振式測量液體密度的傳感器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種諧振式測量液體密度的傳感器，其特點在于包括膜片、膜片基座、壓電激振器、壓電拾振器、膜片電路盒、膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)和端蓋，將膜片和膜片基座通過電子束焊焊接成一個整體，膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)和膜片基座通過螺紋連接，壓電拾振器和壓電激振器分別粘合在膜片的同一側(cè)，膜片電路盒和膜片基座通過螺紋連接。
本發(fā)明的原理利用膜片和液體接觸時，此時膜片的固有頻率與在空氣中的固有頻率的不同，固有頻率的變化與液體的密度變化有關(guān)，以變化的頻率來反映被測液體的密度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明采用彈性膜片作為諧振元件，膜片采用周邊固支的結(jié)構(gòu)，即膜片和周圍的結(jié)構(gòu)是一體加工出來的，膜片的振型簡單，不容易引起振型的跳變，工作穩(wěn)定可靠；(2)采用真空電子束焊將膜片和膜片基座通過電子束焊焊接成一個整體，真空電子束焊具有熱源能量密度大，熔深大，焊速快，熱影響區(qū)小，不產(chǎn)生變形，所以用真空電子束焊將膜片和膜片基座焊接，可以防止熱加工引起膜片的變形，設(shè)計膜片的結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對于整個傳感器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量很小，所以外界振動對于整個傳感器的影響比較??；(3)壓電拾振器和壓電激振器粘貼在膜片的同一側(cè)，并且靠近在膜片的圓周邊上，這樣檢測的信號最強，使用壓電拾振器和壓電激振器使得傳感器的激勵和拾振的方式簡單，體積小，而且整個檢測容易電路實現(xiàn)；而且在進行測量液體密度時不需要膜片的兩側(cè)同時接觸液體，壓電陶瓷片和液體不相接觸，不需要漏電保護。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)裝配示意圖；圖2為本發(fā)明的膜片結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為本發(fā)明的膜片結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的膜片基座結(jié)構(gòu)主視圖；圖5為本發(fā)明的膜片基座結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖6為本發(fā)明的膜片與箱體連接的法蘭結(jié)構(gòu)主視圖；圖7為本發(fā)明的膜片與箱體連接的法蘭結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖8為本發(fā)明的膜片電路盒結(jié)構(gòu)主視圖；圖9為本發(fā)明的膜片電路盒結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖10為本發(fā)明的端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1-10所示，本發(fā)明由膜片電路盒1、膜片基座2、壓電激振器3、膜片4、膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)5、壓電拾振器6和端蓋7組成，膜片4和膜片基座2用真空電子束焊焊接成一體，膜片基座2和膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)5通過螺紋連接，膜片基座3和膜片電路盒1通過螺紋連接，壓電激振器3和壓電拾振器6粘貼在膜片的同一側(cè)，這與以往膜片密度傳感器是不同的。被測液體通過箱體法蘭連接5與液體的容器相連接，端蓋7蓋住膜片電路盒1。
如圖2、3所示，膜片4是這個傳感器的最重要的部件，所以采用彈性合金鋼3J53，它的加工質(zhì)量直接影響傳感器的性能，采用精加工的方法將其加工成型，其兩個平面的平面度和平行度要一致，膜片厚度為0.4mm～0.6mm。
如圖4、5所示，膜片基座2主要的作用是將膜片4與膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)5和電路盒1連接起來，這樣連接有三個目的(1)和箱體法蘭結(jié)構(gòu)5通過螺紋連接形成一個封閉的腔體，便于對待測液體進行實時的在線測量；(2)和電路盒1通過螺紋連接形成一個可以安裝控制電路的腔體，將激勵電路和拾振電路安裝在其中；(3)便于安裝壓電拾振器6和壓電激振器3。
本發(fā)明的工作過程在空氣中測量出膜片的固有頻率，由電路產(chǎn)生一個白噪聲信號，激勵壓電元件以一個有一定帶寬的頻率振動，壓電元件激勵膜片振動，然后由拾振壓電元件拾取膜片的振動頻率，并且將信號輸出到放大電路，然后再輸入到激勵壓電元件，這樣就形成了以閉環(huán)的激勵拾振系統(tǒng)，由于膜片本身具有選頻的功能，最后膜片以自身的固有頻率振動。測量液體密度時，如圖6所示，液體從膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)5進入到膜片的腔體內(nèi)，由于壓電元件和液體被膜片隔開，所以液體不會影響壓電元件的正常工作。液體和膜片完全接觸后，膜片振動的固有頻率會發(fā)生改變，這是由于隨膜片一起振動的質(zhì)量發(fā)生了變化，這個質(zhì)量的變化量來自膜片振動時附加液體的質(zhì)量，根據(jù)附加液體的質(zhì)量就可以求出液體的密度。
權(quán)利要求
1.一種諧振式測量液體密度的傳感器，其特征在于它包括膜片(4)、膜片基座(2)、壓電激振器(3)、壓電拾振器(6)、膜片電路盒(1)、膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)(5)，膜片(4)和膜片基座(2)通過電子束焊焊接成一個整體，膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)(5)和膜片基座(2)通過螺紋連接，壓電拾振器(3)和壓電激振器(6)分別粘合在膜片(2)的同一側(cè)，膜片電路盒(1)和膜片基座(2)通過螺紋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型諧振式測量液體密度的傳感器，其特征在于所述的膜片(4)采用3J53恒彈合金經(jīng)過精加工制作而成，膜片厚度為0.4mm～0.6mm。
全文摘要
一種諧振式測量液體密度的傳感器，它包括膜片、膜片基座、壓電激振器、壓電拾振器、膜片電路盒、膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)和端蓋，在傳感器的結(jié)構(gòu)中，膜片加工要保證膜片的兩個平面的平面度和平行度，將膜片和膜片基座通過真空電子束焊焊接成一個整體，膜片箱體法蘭結(jié)構(gòu)和膜片基座通過螺紋連接，壓電拾振器和壓電激振器分別粘合在膜片的同一側(cè)，膜片電路盒和膜片基座通過螺紋連接。本系統(tǒng)不需要絕緣、測量精度高、穩(wěn)定可靠，且結(jié)構(gòu)簡單、體積小的優(yōu)點。
文檔編號G01N9/24GK1834615SQ20061001168
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者樊尚春, 張欲曉 申請人:北京航空航天大學