一种高精度密度传感器的研究
一种音叉式液体密度传感器的研究
维普资讯
一
种音 叉式液体密度传感器的研究
桂兴春 。 等
一
种音叉式 液体 密度传感器 的研 究
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｕ ｉｇ Ｆ ｒ ｉｕｄ Ｄｅ ｓｔ ｅ ｓ ｒ ｔ ｄ ｎ Ｔ ｎｎ ｏ ｋ Ｌｑ ｉ ｎ ｉ Ｓ ｎ ｏ ｙ
格芳 春
（ 佳木斯大学 佳木斯 １４０ ； 尔滨工程大学 哈 尔滨 ， ５０ ７ 哈 ， 摘
ｎ ａ ｔ ａｊ ｔ ｈ ｓｒｓ ｌ ｂｅ ｎｈ ｆｌ ｏ ｇ ｅｒ ｇａｐ ｃｔｎ ａｄｉｅｓ ｄ ｓ Ｔｉ ｓｎｏ ａ ａｌ ｉ ｔ ｅ ｆ ｎｉ ｅ ｎ ｐｌａ ｏ． ｓ ｙｏ ｕ． ｓ ｅ ｉｖ ｕ ｅｉ ｄ ｅ ｎ ｉ ｉ ｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｔ ｎ ｇｆｒ Ｄ ｎ ｉ ｅ ｓｒ Ｔ ｍｐ ｒｔｒ ｏ ｅ ｎ ａｉｎ ｙ ｒｓ ｕ ｉ ｋ ｎ ｏ ｅ ｓ ｙ ｓ ｎ ｏ ｅ ｅ ａ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｔ ｔ ｕ ｏ
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１００ ） ５０ １
１００ ； ５０ １ 中国电子科技集团第四十九研 究所 哈 尔滨 ，
要：由于在某些特殊环境场合要求通过细小的孔径对内部的在简要叙述其工作原理的基础上 ， 介绍了该传感器谐振电路的设计。指出温度特性是影 响传感器性 能的关键 因素 ， 为此该系统摒弃 传统的硬件补偿方法 ， 引入了软件温度补偿法 。实验结果表明： 该传感器精度高 ， 调试方便 ， 具有较高的工程应用价值 。 关键词：音叉 密度传感器 温度补偿
ｃｍ ｎａｏ ｔｄ ｃｄｗ ｉ ｐ ｃｓ ｅ ｏｖｎ ｏａ ｈｌｗ ｌ ｅ ｏ． ｅｅｐｒ ｅｔ ｓｌｓｏ ｓ ａ ｔ ｏ ｐ ｓｔｎｉｉｒ ｕｅ ｈ ｈ ｅｌ ｅ ｎｅｔｎｌａｄ ｓ ｅ ｉ ｓｎ ｏ ｃｒ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ － ￣ｍ ｔ ｄ Ｔ ｅｉ ｎ ｌｅｕ ｗ ｔｈ ｈ ｈ ｘ ｍ ａ ｒ ｔｈ ｔ ｅ￣ｎ ｒ ｆｒ ｈ ｒｃ ｉ ｈ ｓ ｅ ｉ ｐ ｉｏ ｏ ｏ ｓ ｇ ｅ ｓｎ ｈ
智能sf6密度继电器的研制方法
智能 SF6 密度继电器的研制方法随着电力系统的发展，SF6 密度继电器作为一种重要的保护装置得到了广泛应用。
然而，传统的 SF6 密度继电器存在诸多缺点，如测量精度低、反应速度慢、易受环境干扰等。
为了克服这些问题，本文提出了一种智能 SF6 密度继电器的研制方法。
下面是本店铺为大家精心编写的5篇《智能 SF6 密度继电器的研制方法》，供大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
《智能 SF6 密度继电器的研制方法》篇1一、引言SF6 密度继电器作为电力系统中的重要保护装置，广泛应用于断路器、变压器、电缆等设备的保护中。
然而，传统的 SF6 密度继电器存在测量精度低、反应速度慢、易受环境干扰等缺点，这些缺点在一定程度上影响了电力系统的安全和稳定运行。
因此，如何提高 SF6 密度继电器的性能，成为电力系统研究人员关注的焦点。
二、智能 SF6 密度继电器的设计方案针对传统 SF6 密度继电器存在的问题，本文提出了一种智能SF6 密度继电器的设计方案，主要内容包括以下几个方面：1. 高精度压力传感器的选用为了提高测量精度，智能 SF6 密度继电器采用了高精度压力传感器。
该传感器具有测量范围宽、精度高、响应速度快等特点，能够实时、准确地测量 SF6 气体的压力。
2. 智能控制电路的设计智能 SF6 密度继电器的控制电路采用了微处理器作为核心控制芯片，通过编程控制压力传感器的测量、数据处理和输出。
同时，控制电路还具备自检、远程通信等功能，能够方便地进行设备状态监测和维护。
3. 数据处理算法的优化针对传统 SF6 密度继电器数据处理算法存在的误差，智能 SF6 密度继电器采用了优化的数据处理算法。
该算法能够有效地去除测量过程中的噪声干扰，提高测量精度和稳定性。
三、智能 SF6 密度继电器的性能测试为验证智能 SF6 密度继电器的性能，本文进行了一系列的性能测试，主要包括测量精度、反应速度、抗干扰能力等方面的测试。
用力敏传感器测量物体的密度
用力敏传感器测量物体的密度用力敏传感器是一种非常先进的测量工具，它可以用来测量物体的密度。
在此之前，我们需要了解一下密度的概念。
物体的密度是指物体质量与物体大小的比值。
密度可以用公式ρ=m/V来表示，其中m 是物体的质量，V是物体的体积。
密度通常用kg/m3或g/cm3来表示。
用力敏传感器测量物体的密度，可以帮助我们更准确地确定物体的质量和体积，特别是对于较小、形状不规则或不易测量的物体。
这项技术在工业、科研等领域有着广泛的应用。
1.准备工作首先，需要准备一台精密的电子天平、一份密度测量表以及一个用力敏传感器。
将电子天平、密度测量表和用力敏传感器放在同一平稳的水平面上，并确保各测量仪器的读数精度和准确性。
2.使用电子天平测量质量将待测物体放在电子天平上，并记录下物体的质量m。
此时应将电子天平的读数调节至最静态，以保证质量测量的精度。
如果需求更高的精度，可将测量时间延长。
3.使用用力敏传感器测量重量将用力敏传感器与电子天平连接，并将传感器的测量范围及精度调至最佳状态。
同时将传感器放置在一个平稳的平面上，以确保传感器的读数精度。
然后，将物体悬挂在传感器上，记录下物体所受的重力F。
4.测量物体体积在安全可靠的环境中，使用合适的方法测量待测物体的体积V。
对于形状规则的物体，可以使用尺子或卡尺测量物体的长宽高，并计算出物体的体积。
对于形状不规则或复杂的物体，可以使用悬挂法或浸水法等测量方法。
5.计算物体密度通过上述测量方法，可以得到物体的质量m、重力F和体积V。
然后，根据密度公式ρ=m/V计算出物体的密度ρ。
可以将密度值用所需的单位表示出来。
6.判断数据的可信度在数据处理过程中，需要根据实验的需要，并根据传感器的规格、使用环境等因素去判断数据的可信度。
如果发现异常数据，需要进行排除并重新进行测量。
通过使用用力敏传感器测量物体密度的方法，不仅可以获得准确、快速的测量结果，而且还可以避免传统测量方法中可能出现的误差和难以测量的问题。
基于光纤布拉格光栅的传感器研究进展
基于光纤布拉格光栅的传感器研究进展近年来，光纤布拉格光栅传感器在各种领域的应用越来越广泛，其研究也得到了快速发展。
光纤布拉格光栅传感器具有高分辨率、高精度、高灵敏度等优点，在机械结构、航空航天、生物医学等领域得到越来越多的应用。
本文将介绍光纤布拉格光栅传感器的基本原理、研究进展和应用领域。
一、光纤布拉格光栅传感器的基本原理光纤布拉格光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅原理实现的传感器。
它通过光纤布拉格光栅中的光反射和干涉效应来测量其物理量，如温度和应变等。
布拉格光栅一般指的是由一系列反射比随距离变化而周期性变化的分布式反射密度变化的结构。
其基本原理是：当入射光经过布拉格光栅时，会被反射，反射光经过延长光纤回到原点，与入射光干涉。
通过测量反射光的光谱，可以推断出光纤的物理量。
二、光纤布拉格光栅传感器的研究进展光纤布拉格光栅传感器是近年来研究的热点之一，其研究一直在快速发展。
下面介绍几项近年来的研究进展。
1. 高精度静态应变传感器静态应变传感器是光纤布拉格光栅应用的主要领域之一，其在结构健康监测、地震监测、油气管道检测等方面具有重要应用。
近年来，研究者们不断钻研，推广了各种新的算法和材料，进行了大量的实验研究和应用研究。
例如，高精度的静态应变传感器已经被广泛研究，其光谱的精度和分辨率可以达到±1pm和0.1pm。
2. 高温传感器光纤布拉格光栅传感器的应用范围在温度测量方面有很大的局限性，主要是由于光纤和腔体材料不能耐受高温。
近年来，研究者们提出了一些新的方法来解决这个问题，例如使用高温光纤和材料等。
此外，基于微纳米结构的光子晶体纳米线和纳米杆等光学元件也被应用于高温测量中，以实现更准确的测量。
3. 基于传感器网络的传感器近年来，随着物联网的建设，光纤布拉格光栅传感器被广泛应用于传感器网络中。
利用这种传感器网络，研究者们可以实现对物体的全方位实时监测，同时提高其响应时间和测量准确度。
此外，还可以通过传感器网络中的数据传输来进行远程实时监测，对人们的生产生活带来极大的帮助。
光学传感器的制备及其测量技术研究
光学传感器的制备及其测量技术研究第一章：绪论光学传感器是一种利用光学原理设计制造的传感器，具有高灵敏度、高精度、快速响应等特点，广泛应用于制造业、生命科学、环境监测等领域。
本文将围绕光学传感器的制备及其测量技术展开讨论，为读者提供相关的知识和实践经验。
第二章：光学传感器的制备2.1 光学传感器的基本结构光学传感器的基本结构由光源、传感单元、接收器等组成。
其中传感单元是光学传感器的核心部件，主要用于感知外部环境的变化并将变化转换为光信号输出。
2.2 光学传感器的制备材料目前常用的光学传感器材料主要包括光纤、光波导等。
其中光纤具有成本低、维护方便、稳定性好等特点，广泛应用于生物传感器、环境传感器等领域。
2.3 光学传感器的制备工艺制备光学传感器的工艺包括光学传感器芯片加工、光学元件制备、封装等。
在制备过程中，需要考虑材料的选取、工艺的优化以及制备过程中的精密控制等因素。
第三章：光学传感器的测量技术3.1 光学传感器测量原理光学传感器测量原理基于光的传播特性和介质的光学参数变化关系，通过光电转换技术将光信号转换为电信号输出。
常用的光学测量技术包括反射法、透射法、散射法等。
3.2 光学传感器的测量方法随着光学传感器的发展，出现了很多多种测量方法。
比如：FBG传感器、拉曼光谱传感器等等。
3.3 光学传感器的测量精度光学传感器测量精度是评价传感器性能的重要指标之一，影响因素包括光源、光路设计、接收机灵敏度等。
为提高测量精度，需要对这些因素进行优化和控制。
第四章：光学传感器的应用4.1 制造业应用光学传感器在制造业中被广泛应用，主要用于测量零件的尺寸、位置等参数，控制生产过程的精度和质量。
4.2 生命科学应用光学传感器在生命科学中应用广泛，如荧光分析、蛋白质检测等领域。
应用光学传感器技术可以获得更高的测量精度和分析能力。
4.3 环境监测应用光学传感器可以用于环境监测，如检测水质、空气质量等。
由于光学传感器具有快速响应、高精度等优点，可以提高监测效率和数据的准确性。
高精度测量系统的研究与应用
高精度测量系统的研究与应用一、系统概述高精度测量系统主要用于精确测量各种物理量，如分厘米、毫米、微米或纳米级别的长度、角度、电流、电压、温度等指标。
其中，长度测量是使用最广泛的一种测量方式。
高精度测量系统最主要的功能是通过使用先进的传感器技术，以及高精度的测量读数系统，实现对物理量进行高精度测量。
二、系统组成高精度测量系统的组成包括传感器、信号转换、数字显示等多个部分。
其中，传感器负责将被测物理量转化为电信号或其他形式的信号，而经过信号转换后，这些数据可以显示在显示屏上，完成高精度测量。
传感器：高精度测量系统通过使用各种不同类型的传感器来实现对被测对象进行测量。
传感器将被测物理量转换成电信号或其他形式信号，然后通过线缆输出传输给信号转换模块。
信号转换：高精度测量系统的信号转换主要负责将传感器输出的信号进行转换，使其能够被数字显示模块较好地信号化，并输出人类可读的测量数据。
信号转换模块采取不同的技术手段，包括模拟信号转换，ADC（模数转换器）以及DSP（数字信号处理器）等方式。
数字显示：高精度测量系统中的数字显示模块主要负责将经过信号转换器转换后的数字信号，转换为人可读的内容，通过数字显示屏输出，完成对测量结果的展示。
三、测量原理高精度测量系统以精度高、稳定性强为特点，所测出的结果具有高可靠性和重复性。
在测量物理量时，高精度测量系统往往采用不同的方法来确保数据的准确性。
常见的测量方法包括：差分测量法、平均值法、交叉比较法和自校准法等。
差分测量法：差分测量法需要对被测物理量进行多次测量，在每次测量前，预先测量（或测算）一个确定值。
差分测量法的精度主要取决于测量的稳定性和设备精度的均衡度，因此，差分测量法通常用于要求高精度和可靠性的测量。
平均值法：平均值法是基于多个测量值平均计算出得出“平均值”，再对多个测量值进行比较，从而得到稳定性较高的准确值。
平均值法虽然不同于差分测量法，但也存在着局限性：当待测量存在异常值时，平均值法并不是很有效。
高精度超声波传感器在水下目标搜索中的应用与研究现状
高精度超声波传感器在水下目标搜索中的应用与研究现状引言：水下目标搜索是海洋科学、海洋资源开发和环境监测等领域的重要任务之一。
而超声波传感器作为一种有效的水下探测工具，具有非接触性、高分辨率和远距离传输等优势，被广泛应用于水下目标搜索中。
本文将就高精度超声波传感器在水下目标搜索中的应用以及目前研究现状进行探讨。
一、高精度超声波传感器的原理与特点超声波传感器利用超声波在介质中的传播和反射特性，通过测量超声波的反射时间、强度和频率等参数，来实现对目标的检测和定位。
与其他传感器相比，高精度超声波传感器具有以下特点：1. 非接触性：超声波传感器可以通过空气、水和固体等介质进行传输，无需物理接触目标，避免了传感器损坏和目标污染的可能。
2. 高分辨率：超声波传感器具有高频率和波长的特点，可以提供较为精确的目标探测解析度。
这使得其在水下目标搜索中非常有优势，能够捕捉到目标的小尺寸和微弱的特征信号。
3. 远距离传输：超声波在水中传播的能力相较于其他介质具有优势，可以实现较远距离的传输。
这使得超声波传感器适用于广泛的水下目标搜索任务，包括海洋生物学、海洋资源勘测和海洋环境监测等。
二、高精度超声波传感器在水下目标搜索中的应用1.海洋生物学研究高精度超声波传感器在海洋生物学研究中起着重要的作用。
通过超声波传感器可以对海洋生物进行无损、非干扰性的观测，实现对海洋生物的追踪和监测。
传感器可以测量海洋生物的形态、行为和数量等特征，为海洋生态系统的保护和可持续发展提供数据支持。
2.海洋资源勘测超声波传感器在海洋资源勘测中广泛应用。
传感器可以测量海底地貌、水下植被和底质等参数，帮助确定潜在的海洋资源如油气、矿产和珊瑚礁等。
传感器的高分辨率和远距离传输使其能够对目标进行准确的定位和识别，提供勘测工作的重要数据支持。
3.海洋环境监测高精度超声波传感器在海洋环境监测中具有广泛的应用前景。
传感器可以测量海洋水体的水温、盐度和浊度等参数，监测水体中的微生物、污染物和有害生物等。
新型超高精度惯性传感器原理探索
2011 年第 21 期·航空制造技术 101
技术前沿 TECHNOLOGY FRONT
2003 年 Packard 小组 [14] 又在此基础 上提出了大区域多转动的氦 4 超流 体相滑移陀螺仪，此传感器表明氦 4 超流体的相位相关性超过 1.4m，其 敏感环区域比实际模型大 2 个数量 级，灵敏度高于同类型陀螺仪，而且 具 有 长 时 间 的 稳 定 性 能，灵 敏 度 为 2.6×10-6rad/s Hz-1/2。2005 年加州大 学的 Talso 教授分析了频变水动力感 应和超流体陀螺的热量子“声音”[15]， 此超流体陀螺仪是由 Josephson 弱环 构成的，频变水动力感应说明了敏感 器环路流体的摆动流量，由此可得到 陀螺仪的热相位噪声和热旋转声音， 其中得到的量子相位噪声与谐波振 荡器产生的零点运动十分相似。试 验结果表明：此超流体陀螺仪可用 于地球科学和改善全球定位系统性 能。上述超流体陀螺仪是基于超流 体的低阻特性而进行惯性转动测量 的，基于涡流的超流体陀螺仪是此领 域的另一个研究方向。2003 年英国 牛津大学 Clarendon 实验室 [16] 发现 了玻色 - 爱因斯坦凝聚气体中超流 体 量 子 涡 流 的 陀 螺 效 应，涡 流 冷 凝 体 产 生 单 一 量 子 传 播，从 而 引 起 交 叉摆动产生进动，角动量联合涡线， 进一步可推导出进动角与粒子数的 关系，结果角动量为 1.07±0.13Nh。 2006 年 Clarendon 实 验 室 [17] 进 一 步建立了围绕环路的超流体的方向 性重叠，通过玻色 - 哈巴德模型，用 阵列玻色 - 爱因斯坦凝聚体捕获光 子，并将其连入环路内，随着环路的 旋 转，平 均 每 个 粒 子 都 可 获 得 一 半 超 流 体，从 而 所 有 旋 转 和 静 止 的 粒 子 都 可 进 行 粒 子 的 重 叠，为 研 制 超 高精度量子限陀螺仪奠定了理论基 础。2007 年 Packard 小组 [18] 提出的 基于 Josephson 效应的超流体陀螺模 型是目前此领域内的最佳模型，能够 探测由轴流驱动的单一涡流的运动， 当超流体速度达到临界温度时，会发 生相位滑移，随着轴流速度的增加， 频率逐渐增强。由于超流体是一种
新型传感器的研究现状及未来发展趋势
新型传感器的研究现状及未来发展趋势传感器是一种现代化技术所必需的元件，它能够将各种物理量转化为电信号。
传感器的应用范围广泛，例如自动化生产、交通运输、医疗诊断、安全监测等领域，因此传感器技术的发展对现代化生产、生活、科学技术的发展有着非常重要的作用。
传感器的种类很多，根据测量的物理量不同，可以分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、加速度传感器、光学传感器等等。
在这些传感器中，新型传感器是一种备受关注的技术。
一、新型传感器的研究现状1. MEMS技术传感器MEMS是微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System）的缩写，它是一种微型化的电气机械系统，它能够将机械元件和电子元件进行集成化处理。
因此，MEMS技术传感器的优势在于体积很小、功耗低、响应速度快、可靠性高、价格便宜等等。
如今，MEMS技术传感器的应用已经非常广泛，例如手机中的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、压力传感器等等，这些传感器的应用大大提升了手机的功能和用户体验。
2. 光纤传感器光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，它使用光的传输来测量物理量。
与传统传感器相比，光纤传感器具有很多优势，例如高灵敏度、抗干扰能力强、安全可靠、经济实用，能够实现长距离传递、分布式检测等等。
目前，光纤传感器主要应用在石油天然气、交通运输、环境监测、生命科学等领域。
例如，在石油天然气开采中，光纤传感器可以测量油井的温度、压力、流量等参数，可以帮助确定油井的产量和工作状态，并且可以提高油井的生产效率。
3. 生物传感器生物传感器主要是应用在医疗诊断领域中的，它能够检测人体内的生物分子、细胞和组织等信息。
例如，可以测量血液中的血糖、白细胞计数、酸碱度等指标，可以帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
目前，生物传感器技术发展非常迅速，尤其是以DNA、RNA 等为基础的生物传感器，它可以快速、准确地检测病原体、基因变异等信息，有望成为未来医疗诊断中的主要手段。
高精度测量技术的关键技术探讨
高精度测量技术的关键技术探讨在当今科技飞速发展的时代，高精度测量技术在众多领域中发挥着至关重要的作用。
从航空航天到精密制造，从医疗诊断到地质勘探，高精度测量技术的应用无处不在。
它不仅能够为科学研究提供准确的数据支持，还能在工业生产中保障产品的质量和性能。
那么，实现高精度测量的关键技术究竟有哪些呢？首先，传感器技术是高精度测量的基础。
传感器就如同测量系统的“眼睛”，负责感知和捕捉被测量对象的各种信息。
为了实现高精度测量，传感器需要具备高灵敏度、高分辨率、低噪声和良好的稳定性。
例如，在光学测量中，高精度的光电传感器能够将微弱的光信号转化为电信号，并精确地测量光的强度、波长等参数。
而在力学测量中，应变片式传感器、压电式传感器等则能够灵敏地感知微小的力和变形。
同时，传感器的校准和补偿技术也是不可或缺的。
由于传感器在制造和使用过程中不可避免地会存在误差，因此需要通过校准来确定其测量误差，并进行相应的补偿。
校准的过程通常需要使用高精度的标准器具，并采用科学合理的校准方法，以确保传感器的测量结果准确可靠。
其次，数据采集与处理技术对于高精度测量至关重要。
在测量过程中，会产生大量的原始数据，这些数据需要经过采集、传输和处理才能得到有价值的测量结果。
在数据采集方面，高速、高精度的数据采集卡是关键设备。
它能够以极快的速度采集传感器输出的信号，并保证数据的准确性。
此外，为了避免信号在传输过程中的失真和干扰，还需要采用合适的传输方式和抗干扰措施。
数据处理则是将采集到的数据进行分析和计算，以提取出有用的信息。
这涉及到多种数学算法和信号处理技术，如滤波、拟合、插值等。
通过这些技术，可以去除噪声、消除误差，并提高测量数据的精度和可靠性。
再者，测量系统的精度评估与误差分析也是高精度测量技术的重要环节。
只有清楚地了解测量系统的误差来源和大小，才能采取有效的措施来提高测量精度。
误差来源通常包括系统误差、随机误差和粗大误差。
系统误差是由于测量系统本身的缺陷或测量方法不当导致的，可以通过校准、修正等方法来减小。
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ｔｏ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ，ｖｅｒｙ ｓｔａｂｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｖｅ
ｆｅｅｄｂａｃｋ，ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｈｅｌｌ ｒｅｓｏｎａｔｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｏ．ｍｅｔｅｒ ｉｓ ａ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎ－
量谐振子轴向和周向不同位置的振动幅度以确定振
型．经过实验，得出谐振子浸没于油中振动时，横截
面最大振动幅度Ｏ．５卿，径向整波数行＝２，轴向半
波数ｍ＝１，则传感器为二阶振型．
３．２温度传感器标定实验
在一５５℃到１２５℃温度范围，用Ｐｔｌ００铂电阻
传感器对ＡＤ５９０型温度传感器标定，最大误差为
Ｏ．４８℃，频率影响为Ｏ．Ｏｌ％／℃．
ｕｎｃｅｎａｉｎｔｙ ｉｎ ｍｅａｓｕｒ咖ｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｔ ２０℃ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅＸｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ
ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｔｔａｉｎｓ Ｏ．４ ｋｇ／ｒＩｌ３ ａｃｃｕｒａｃｙ．
关键词：燃油密度测量；短筒谐振式传感器；有限元法；温度补偿；不确定度
中图分类号：’Ｉ卫．２１２
文献标识码：Ａ 文章编号：１∞｝１６９９（２∞７）０９．２∞１．－嘶
在石油资源日益紧缺的今天，密度测量得到了 广泛的应用．根据密度计的工作原理有浮子式、天平 式、放射性式、超声波式、振动式，光学式密度计等多 种［１。３］．谐振式密度测量主要特点是测量精度高、使 用范围广、可连续测量、自动化水平高．目前国际上
ｉｎ ｎｌａｎｙ ａｓｐｅｃｔｓ，ｆ６ｒ ｅｘａｍｐｌｅ，
ｎｏ ｉｎｆｅｒ ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ ｉｎ＿１ｉｎｅ ｕｓｅ，ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｏｕｔｐｕｔ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｉｒ胁ｕｎｅ Ｉｎａｋｅ ｉｔ ｈｉｇｈ
ｃｏｉｌ，ａｎｄ锄ｐｌｉｆｉｅｒ ｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ａ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｈｅｌｌ ｒｅＳｏｌｌａｔｏｒ，ｅｘｃｉｔｉｎｇ ｃｏｉｌ，ｐｉｃｋ．ｕｐ
ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｖｅｒｓ ｔｈｅ
ｍｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｂｙ ｍｅａｎｓ ０ｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｈｅＵ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ Ｓｔａｔｉｃ Ａｎａｌｙ－
，Ｓ缸捃五掣枷口ｍ细了ｏ，Ｐ舰ｉｓ￡明Ｍ∞蹦，｛赡ｎ曲加．［０甜口积ｈ站ｎ肼竹堪５，僦如眇ｏ，Ｐ懈妇ｆ０啊ｈ靠ｒ蝴删，４村、
＼（哆鼢以耐Ｍｌ如西孵ｆ船硎ｎｇ，１ｋ，巧伽Ｌｈｉｚ梆ｆ桫，１ｋ，巧妇３０００７２，Ｇｈｉ嬲
，
ａｄ啪ｔａｇｅｏｕｓ Ａｂｓｔ瑚吣ｔ：Ｔｈｅ Ｃｙｌｉ ｎＩｄｅｒ ｓｈｏｒｔ ｓｈｅｌｌ ｒｅｓｏｍｔｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔ帆ｅｔｅｒ ｉｓ
值的谐振子振动． 测量电路第二部分是单片机信号采集与补偿处
理系统．单片机采用多周期法实现高精度周期测量， 并与主控计算机串行通讯．温度传感器采用ＡＤ５９０ 测量被测燃油的温度，以便于实现温度补偿．由上位 计算机完成密度值计算，温度计算和密度修正．
３传感器实验
３．１传感器振型检测实验
振型的检测采用坐标法，利用非接触式测头测
万方数据
第９期
樊玉铭，张嘉亮等：一种高精度密度传感器的研究
２００３
位移为Ｏ．２３９呱径向、周向、轴向最大应力依次
为：４２０．８２８ Ｐａ、７０２．２１ Ｐａ、７０２．３１５ Ｐａ．表明：谐振 子的位移和应力设计，不会对其振动特性产生不良 影响．
图２谐振子各点总位移谱图
２密度传感器结构设计
２．１短管谐振子的结构设计 如图３所示．短筒谐振式密度传感器直接放置
ｓｉｓ，Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ．ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｈｅＵ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ＩＩｌａｎｕｆ｛ｌｃｔｕｒｅｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，Ｔｈｅ
ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｉｔ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｗｅｎ ｉｎ ｔｈｅ １ａｂ．
传感技术学报
２００７年
２０世纪７０年代，我国也生产了ＳＭ型单管振 动式液体密度计，ＮＭＺ－２０型单管振动式气体密度 计．进入９０年代，我国很多科研院所相继研制了单 Ｕ型管式、双Ｕ型管式，单直管式、双直管式系列谐 振子型密度计［堋．但是目前对短管振动式密度测量 传感器尚缺乏研究．
１短管振动式密度传感器的工作原理
一
４
图３短筒谐振子的结构图
２．２传感器的电路设计
谐振式密度传感器电路［１０３原理如图４所示．
激振＿ｒ—１－抬振
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电平移动电路ｋ—一相位调节电路
图４谐振式密度传感器电路的基本结构
传感器测量电路包括两个主要部分．一个是谐 振式密度传感器闭环控制正反馈自动调节系统，它
图１谐振子所对应的振动模态 通过图１，可以确认谐振子在固有频率点 ４ ９０４．８ Ｈｚ的对应振型是ｍ＝１，以一２的振型．通 过对不同频率的振型进行演示，还找到，ｚ＝２，ｍ＝２ 的振动模态．通过比较，可以得到薄壁管谐振子在轴 向半波数ｍ＝１、径向整波数竹＝２时，振型的固有 频率＾最好．通过谐振子振动模态的径向、周向、轴 向等约束条件对其＾的计算，表明谐振子厶受约 束条件影响极大．设计采用了双端固定约束条件的 振动模态．所设计的谐振子材料为恒弹性合金 ３Ｊ５３．计算证明，其＾随材料弹性模量的增加近似 线性增加；随材料的密度增加，而近似反比减小．当 泊松比ｐ为０．３时，＾最低，户远离中心值时，＾增 大．谐振子结构参数随长度、外半径的增加，＾将减 小；随壁厚的增加而增加．谐振子采用单激励单拾振
Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔ咖ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ“ｎｅ ｉｓ
ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒ、张ｒｄ．Ｔｈｅ ｉｎｎｕｅｎｔｉａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｈｅＵ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｒｅ ａＩｌａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
包括：谐振子、激振线圈和拾振线圈和信号处理电路 部分．在起始阶段，电路的噪声通过激振线圈，引起 振筒细小位移；振筒位移又引起拾振线圈产生感应 电动势；经过信号处理后，送到激振线圈，产生激振 力．正反馈系统只与谐振筒固有频率相近的信号才 能通过谐振筒传递到拾振线圈．信号处理的作用是 信号放大和相位调节．拾振电路是考比兹电路的变 形．信号通过放大器，带通滤波器和增益、相位调节 移动电路，加载到激振线圈上．因此，可以获得高Ｑ
发达国家研制生产了多种形式的谐振式密度测量传 感器如：英国ｓｏｌａｒｔｒｏｎ Ｍｏｂｒｅｙ公司系列液体密度 计；奥地利ＡＮＴＯＮ ＰＡＡＲ公司的ＤＭＡ型系列密 度计；美国ｃａｌｉｂｒｏｎ公司、Ｂａｒｔｏｎ公司等密度计产 品．
收稿日期：２００７－０１－０５ 修改日期：２００７—０４．２３
万方数据
２００２
第２０卷第９期 ２００７年９月
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ｖ０１．２０ Ｎｏ．９ ｓｅｐ．２００７
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ（汐ｌｉｎｄｅｒ Ｓｈｏｒｔ Ｓｈｅｌｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｄｅ璐ｉｔ咖ｅｔｅｒ
Ｒ州‰馏。，Ｚ黝ＮＧＪ访Ｚ缸增，形ＷＧ‰，Ｓ研黝Ｈｃ毗，ａ砸’Ｎ Ｗ砌ｇ，ＲＥＮ，ｌ泞厂啦，Ｍ幻ＷＺ
樊玉铭’，张嘉亮，王 芸，隋修武，陈卫东，任俊峰，姚 伟
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（天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津３０００７２）
摘 要：圆短筒谐振式密度传感器的主要优点是适合于在线连续测量，测量精度高，易实现数字化传输，抗干扰能力强，稳
定性和可靠性好．圆短筒谐振式密度传感器以圆筒谐振子为核心，基于正反馈原理，由激振元件、拾振元件、谐振子和放大
电路组成高品质的闭环谐振系统．我们采用有限元法分析方法，研究计算了圆筒谐振子静力学特性和模态响应等动力学特 性．设计了圆筒谐振子闭环振荡电路，单片机信号处理系统．对密度传感器进行标定和温度补偿．分析了影响测量结果的各
个因素，给出了２０℃时传感器测量结果的不确定度．通过实验可靠性高又实用的圆筒谐振燃油密度传感器测量精度达到 Ｏ．４ ｋｇ／玑
径和长度；似，．旷分别为圆筒谐振子材料的密度和
被 鑫测）液’隽体因２的此密１度有＋，Ｉ有讧Ｄ一彘丢（譬或＿１Ｅ）Ｐ＝Ａ（霹曩－（１）１．＋
其中，Ｌ、ｔ分别为谐振子在真空中和充满液体时
％一象髻＝爰栋≈爰鲁去 的振动周期．当薄壁短筒壁厚．｝ｌ很薄时，振动幅度很
小，有：
却 ａ配却 ２Ｌ（Ｄ２一ｄ２）ｍ～２Ｌ＾阻 由此可见，通过改变谐振子的结构，被测液体密度的 灵敏度可以提高；选择低的谐振子密度ｍ材料，较 高的半径壁厚比ｄ肛，并且选择较低的固有频率＾， 可以提高周期对密度的灵敏度．
方式，在激振位置点施加静态点压力、面压力时，均 不影响．厂。变化．
当对谐振子施加正弦激振力时，频响特性曲线
半功率点带宽幽远小于ｏ．１ Ｈｚ，品质因数Ｑ为
４９ ０４８，选频特性很好．计算谐振子瞬态响应得到谐 振子各点的位移响应为同频率正弦信号，最大幅度 约８肛ｍ，最大应力为２。５ ＭＰ乱选用单点响应谱计 算在一定频率范围的振动加速度，获得相应谐振子 各点总位移谱如图２所示．各点相对于基点的最大
当圆筒谐振子的参数确定之后，ｐ一专（长一
１）ｐＡ和＾为常数．有
Ｐ＝印（售一１）＝ｐ（簧一１）＝惫ｏ＋愚２罡
其中：ｋ＜ｏ，五２＞ｏ．应用中常用下式：ｐ＝忌。＋忌１丁 ＋愚２Ｐ 式中：忌。、忌－、惫ｚ为传感器的特征系数，通过标定实验 确定．