[实用新型]一种多声道高精度密度计

说明书

技术领域

本实用新型属于精密传感器和检测技术领域，具体涉及一种用超声波技术和分布式测头精密测量密度的密度计。

背景技术

密度作为各种物质的重要性参数之一，在现代工业的许多重要场合，特别在原油、石油、液化石油气、天然气、酒精以及酒类等储运、销售、使用与贸易过程中，对产品的数量进行计量结算起着重要作用。此外，密度参量的测量在生产过程中产品的检测、控制和质量分析等诸多环节，以及科研上是基本参数之一。通过实时测量密度变化以控制物质组成和成分,是实现医药、食品、石油化工等方面现代质量控制的重要手段之一。对密度的测量具有非常重要的意义，可以说，几乎涉及到国民经济的每个部门。可以预料，在21世纪对密度测量及其应用将会提出更多更高的要求。

常用的在密度计种类很多,有振动式密度计、电容式密度计、射线式密度计和超声式密度计。这几种密度计在测量现场中都有各自的特点:振动式和电容式成本低,在测量中应用较多，但测量准确度不高,维护较为麻烦；射线式可进行非接触的测量,但存在射线的辐射危害,因此使用较少；超声式密度计的应用范围很广,维护方便,测量准确度高,对人体没有危害,是实现密度动态测量的最具前途的一种传感器。

超声波的显著特征是频率高，因而波长短，绕射现象小，方向性好，能够定向传播，传播时遇到杂质或分界面就会有显著的反射。随着电子技术的发展，超声波技术越来越多的应用于密度等的精密测量。当传播距离和密度相同时，不同介质的密度不同，对应的超声波的传播时间也就不同。即在传播距离和密度确定的情况下，测得超声波的传播时间就可以得出介质密度。

我国对于超声波密度计的研制起步较晚，还处在研制阶段，有的己经能够在油品、硫酸的检测中使用，均为针对特定工况所设计的产品，还不能适用于多种物质的密度检测。成型的产品大都是引进的国外技术，成本较高。迄今为止，国外已经有了很成熟的超声波密度计的产品。欧美一些公司都推出了自己的超声波密度计，产品的精度高，响应速度快，己经成功地应用于工业生产中，但价格比较昂贵。

超声波在介质中传播时，传播速度受介质密度的影响。当密度相同介质密度不同时，超声波的传播速度不同。例如，25℃时水的密度为0.9970×10³kg/m³,乙醇的密度为0.7890×10³kg/m³，25℃时，超声波在水中的传播速度是1497m/s，在乙醇中的的传播速度是1207m/s。如果超声波的传输距离是0.3m，则在25℃时超声波的在水中传输时间是2.0040×10^-4s，在乙醇中的传输时间是2.4855×10^-4s，在两种介质中超声波的传输时间差为4.8149×10^-5s，两种介质的密度差为0.2080×10³kg/m³。要保证测量达到0.00001×10³kg/m³的测量分辨率，要求超声波传输时间测量的分辨率要达到纳秒级才能实现。如果用常规的定时计数电路测量超声波的传输时间，则时钟电路的频率至少要达到1G，这对于仪器开发来讲显然很难实现。

发明内容

本实用新型针对上述问题,公开了一种测量分辨率可达0.00001×10³kg/m³的多声道高精度密度计，将被测对象作为超声波的传播介质，在保证测量实时性的前提下实现纳秒级超声波传输时间的测量，从而实现高精度的密度测量。

本实用新型采用的技术方案是：

一种多声道高精度密度计，用于实现测量分辨率优于0.00001×10³kg/m³高精度的密度测量。所述密度计包括超声波换能器电路部分。

超声波换能器采用多对，作为测量头，每对的两个超声波换能器两两相对安装在装有被测对象的容器外壁上。每一对的超声波换能器中一个用于发射超声波，一个用于接收超声波，全部超声波换能器组中的所有用于发射超声波的换能器构成发射换能器组E1，用于接收超声波的换能器构成接收接收换能器组E2。换能器是压电式传感器，可以把具有一定能量的电信号转换为机械振动，也可以把机械振动转换为电信号。当信号的频率在超声波的频率范围内时，超声波换能器把电信号转换为超声波信号，当超声波信号作用到换能器上时，换能器把超声波信号转换为电信号，该信号可以称之为超声波回波信号。