基于磁致伸缩传感器的液体密度测量的研究

　　1引言

　　密度是很多化工工业产品的重要质量指标。目前广泛采用的液体密度测量方法有:①浮计法。浮计法是依据阿基米德定律，测量浮计平衡状态时浮计浸入液体的深度，山浮力与浸入深度和液体密度的关系计算待测液体密度，测量快速，但精度差;②容量法。容量法用容量瓶测量液体体积，再用大平测量其质量，根据公式p=mlV求得液体密度。这种方法测量精度可作得较高，但测量时间长;③用比重瓶进行测量，但玻璃易碎，不安全。无论用哪种方法，都无电信号输出，难以满足自动化测控的要求。

　　在寻找史完善的密度测量方法的过程中，很早就有人研究用声振动或超声振动测定液体密度。到木世纪五十年代，出现了多种方法，如:声频振动法、扭摆法、电磁振动法和超声振动法。

　　2密度测量原理

　　由于扭转波在细杆中的传播，使得固液分界而被交替加速和减速。因此，扭转应力波既要克服杆的惯量I又要克服其相邻流体的惯量Ifo液体的表而惯量石可以分解成非粘性分量If和粘性分量Ir两部分，当考虑低粘性液体的情况时，可以忽略表而惯量中的粘分量。

　　将细杆分别置于空气中和液体中，我们可以得到扭转波在其中传播速度的比值为:

　　式中:PP一分别是固体和相邻液体的密度。

　　当(Pfr(P,1) + 1时，将式((1)按泰勒公式展开，可以近似地得到一线性关系:

　　则扭转波的传播速度直接取决于相邻流体的密度二日‘受到温度的间接影响(温度变化对。。有影响)。山式(2)可以看出，通过实时测量浸入液体中的细杆中的扭转波传播速度，可以在线地获得液体的密度

　　利用卜文设计的液体密度测量系统，分别测量将敏感元件置于空气中和被测液体中时，扭转波在其中传播所需的时间t和t}，结合(1)式和(2)式可得到被测液体的密度:公式3其中A,为常量，取决于截而的几何形状，对截而形状为长宽比等于3的菱形截而:A ,=1.4 ,p,.为敏感元件的密度。

　　一般说来敏感元件越长，扭转波在其中所需的传播时间对声速的变化越敏感，这样可以有效的提高测量灵敏度和不确定度。

　　若采用长度为L=100m ,密度为p,,=7800kg/m}，扭转波声速(置于空气中时)等于c,,,=1770m/、的敏感元件(不锈钢)，采用采样频率分别为SMHz和100MHz的AD转换卡，声时分辨率可以达到0.2}.,s和I lOns，则液体密度的测量分辨率分别可以达到:

　　若被测液体密度为1000kg/m3(水)，则相对分辨率分别可以达到2%和0.1 %

　　可以看出采用该方法测量液体密度可以达到较高的分}l辛率和精磨