智能式振片密度计设计

　　一、前言

　　密度是重要的物性参数.密度测量在理化检验和生产过程质量控制中都具有重要意义。此外.在许多流程参数检测中(例如流量测量)也往往与密度测量有关.因此密度检测在工程测试领域具有重要地位。

　　密度测量仪表种类繁多，但适于在线检测的仪表却比较少。本文介绍一种适于在线检测的智能式振片密度计及其在设计上的一些问题。该密度计为直插式结构.具有安装方便、维护简单的特点。测量值可以直接数字显示.也可以数据远传。密度计测量范围为0.5一1.59/em3.精度士0.2%。

　　二、工作原理

　　测量敏感元件为一矩形薄片.其两端固定在薄壁支承环上。当进行密度测量时、将薄片置于待测介质中.处于谐振状态下.其振动频率与介质密度具有下述关系:

　　式中:P一介质密度;f一振片谐振频率:A、B一与振片尺寸及材料有关的常数

　　该密度计就是通过对直插在介质中振动片谐振频率的测量实现介质密度在线检测的。

　　三、表头结构及测量线路

　　密度计测量表头结构示意如图lr振动片采用内含磁致伸缩材料的电磁线圈作为激振器.当线圈中通过交流电流时.磁致伸缩棒长度周期性改变‘通过支承环使振片产生机械振动。拾振元件采用压电陶瓷.将其贴于支承环上振片固定点的夕顺lJ。振片振动时.压电陶瓷内部应力变化使表面电荷发生改变.经前置放大器(电荷放大器)转变成相应的电压信号。

　　在频率测量电路设计中采用了锁相环电路。锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分·锁相环本身就是一个闭环电路吃见图2)。其作入存在频差时.鉴相器将产生一个随二者相应变化的电压信号.此电压作用于压控振荡器上.使环路输出被“牵引’到输入信号的频率上.因此锁相环具有优异的频率跟踪特性。此外.由于环路滤波器可以滤出噪声和输入干扰.因此电路具有良好的窄带滤波特性.有利于提高频率的测量精度。

　　频率测试及数据处理采用8031单片机.利用单片机T，定时器进行内部定时.利用T。口进牙刹领率计数密度计算结果采用数码管进行数字就地显示.也可以利用串行口进行数据通讯。

　　四、激振电路及谐振条件

　　仪表激振电路包括移相器、整形电路及功率放大器三部分。激振输出电压应是较理想的正弦.因此电路中采用了整形电路。激振功率主要考虑可靠性和灵敏度两个力一面.功率过大有利于提高仪表抗干扰能力.但却可能降低测量灵敏度。

　　激振电路的输入信号取自频率检测线路锁相环的输出.因此整个仪表系统，包括拾振器和频率测壁线路、激振电路和电磁线圈、以及机械振动部分共同组成一个闭环自激系统，系统总体框图如图3所示。