密度傳感器概述

液體密度傳感器就是指可以感受得到液體密度的，并且可以把它轉(zhuǎn)換成為可以利用的輸出信號的傳感器，液體密度傳感器可以分為六類：電容式、超聲波式、音叉式、諧振式、射線式和振動管式液體密度傳感器。

工作原理

介質(zhì)產(chǎn)生的壓力由隔離膜片和硅油傳遞給位于δ室中心的測量膜片，測量膜片是一個張緊的彈性元件，受兩邊的壓力差影響而產(chǎn)生相對位移。測量膜片的位移與壓力差成正比，最大位移為0.1mm，由它兩側(cè)的電容極板檢測，再通過電子線路把測量膜片與電容極板之間的差動電容轉(zhuǎn)換為二線制4～20mA的DC輸出信號，該信號由取樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，供A/D轉(zhuǎn)換和CPU進(jìn)行采集、處理、傳輸給總線。

理論公式如下：

Δp=ρ·g·Δh

Δp（單位：Pa）、g（重力加速度：9.8m/s2）、Δh（單位：m）、ρ為密度。

應(yīng)用

密度是表征物質(zhì)特性的物理量，在科學(xué)技術(shù)大力發(fā)展的今天，對它的測量幾乎涉及到每一個生產(chǎn)的部門。應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹V泛，隨著測量技術(shù)數(shù)字化、自動化，對密度的在線測量要求越來越迫切。

其主要工業(yè)應(yīng)用有：

l 石油、煉油、調(diào)油、油水介面檢測

l 葡萄汁、番茄汁、果糖漿、植物油及軟飲料加工等生產(chǎn)現(xiàn)場

l 采礦鹽水、鉀堿、天然氣、潤滑油、生物制藥等等行業(yè)。

l 化工類的尿素、清潔劑、乙二醇、酸堿及聚合物密度的測試；

l 奶制品業(yè)；釀酒酒精度；

l 造紙業(yè)；黑漿、綠漿、白漿、堿溶液的測試

分類

1、諧振式液體密度傳感器

諧振式測量原理是通過諧振子的振動特性來實(shí)現(xiàn)的。諧振子在工作過程中，可以等效的為一個單自由度系統(tǒng)，以系統(tǒng)的固有頻率振動，系統(tǒng)的固有頻率只與系統(tǒng)中的等效質(zhì)量和等效彈性系數(shù)有關(guān)。

諧振式液體密度傳感器測量原理是通過系統(tǒng)中的彈性敏感元件和液體相接觸。從而改變了系統(tǒng)的等效質(zhì)量，使得系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生變化。通過測量系統(tǒng)的固定頻率變化，確定待測液體的密度。

2、超聲波密度傳感器

超聲波頻率高于20kHz的一種機(jī)械波、超聲波在液體介質(zhì)中只能以縱波的形式傳播。其傳播的頻率、相位、速度及衰減度均受到介質(zhì)性質(zhì)的影響，因此可以利用液體密度和超聲波的某些傳播性質(zhì)之間的關(guān)系來測量液體的密度。主要優(yōu)點(diǎn)有：可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，響應(yīng)快，測量精度高；無放射性，對人體無害；沒有運(yùn)動部件，測量穩(wěn)定性好。 缺點(diǎn)：液體介質(zhì)中的雜質(zhì)，如氣泡等可引起超聲波信號的嚴(yán)重衰減。使測量有些不穩(wěn)定；對粘性介質(zhì)，精密測量時(shí)必須要考慮介質(zhì)粘度的影響。

3、振動管式液體密度傳感器

振動管式液體密度傳感器的敏感元件是振動長管，其長度近似于管徑的20倍。通過合理的安排驅(qū)動部件，可以使管在一個平面內(nèi)振動，測得的密度為流經(jīng)管內(nèi)液體的平均質(zhì)量密度。振動管式液體密度傳感器根據(jù)所用管的情況分為單管和雙管兩種。單管傳感器又有直管和彎管之分。 彎管對流動液體的阻力比直管大。所以彎管的壓力損失比直管的損失大。 雙直管的尺寸要比單直管的小，并且雙管相向振動，可以很好的實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡。

4、音叉式液體密度傳感器

是利用小質(zhì)量的音叉在液體中振動時(shí)其固有頻率的變化來測量液體的密度。

一般分為兩種方式：一是將音叉測量置入測量腔體內(nèi)，液體流進(jìn)腔體，用電磁方式驅(qū)動音叉振動；另一個方式是將音叉直接安裝在管線上，通常用微處理器來控制音叉的振動頻率、檢驗(yàn)諧振頻率，并將頻率量轉(zhuǎn)化成密度值。為了滿足高精度測量的要求，需要檢測諧振頻率的微小變化，因此應(yīng)合理的設(shè)計(jì)振動單元，使振動單元有一個比較高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。一般音叉常用不銹鋼或玻璃制成。

5、射線式液體密度傳感器

射線式液體密度傳感器的有點(diǎn)：傳感器不接觸待測液體，可實(shí)現(xiàn)非接觸測量；對液體流動不會產(chǎn)生阻力，對流量大小也沒有限制，可以測量多相液體密度。缺點(diǎn)：需要放射性射線源；有一個較長的時(shí)間穩(wěn)定性；分辨力不高。

6、電容式液體密度傳感器

電容式液體密度傳感器的原理是利用標(biāo)準(zhǔn)物體在不同待測液體中的浮力不同，從而引起與標(biāo)準(zhǔn)物體相連的電容兩個極板間的距離不同，導(dǎo)致電容發(fā)生變化。

由于不同液體密度傳感器所適于的場合不同，實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)所測量液體的性質(zhì)和對測量精度的要求等選擇合適的傳感器。

維護(hù)保養(yǎng)

1、泥漿如果在測量膜片上面結(jié)垢，會對測量膜片的敏感度造成很大的影響。所以，將傳感器從泥漿罐中拿出來的時(shí)候，為了避免在測量膜片上面的泥漿結(jié)垢，應(yīng)該立刻沖洗傳感器，沖洗測量膜片的時(shí)候要注意，不要損壞測量膜片。

2、定期對傳感器的各個接頭進(jìn)行檢查，看是否出現(xiàn)松動的現(xiàn)象，同時(shí)檢查電纜線是否有出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象。

3、在聯(lián)機(jī)使用和測試的過程當(dāng)中，對節(jié)點(diǎn)盒和傳感器的接線進(jìn)行檢查，檢查接線是否正確，避免對傳感器造成破壞。

4、安裝傳感器的時(shí)候，需要注意，千萬不要損壞傳感器的測量膜片。

注意事項(xiàng)

1、其他的電源線不要跟屏蔽電纜線一起通過明顯槽或者導(dǎo)線管，同時(shí)也不可以穿過一些功率比較大的設(shè)備附近。

2、儀器在帶電的狀態(tài)下，千萬不要拆卸，在防爆的地方，應(yīng)該先把電源切斷，然后才可以插拔插頭的連線。

3、在定貨的時(shí)候一定要注明使用場合的狀況、量程和介質(zhì)，例如：衛(wèi)生、腐蝕、防爆等等。

4、電纜線不可以受到磨損或者擠壓，如果有破裂的話，就需要進(jìn)行更換。

5、在搬動儀器之前，一定要把電源關(guān)掉，然后才可以把傳感器電纜的插頭拆卸下來，把護(hù)帽擰上，接著才把傳感器拆卸下來，對傳感器清洗過后，將其和電纜放在可靠的地方。

故障排除

如果傳感器的顯示值沒有任何顯示或者是過低的話，有可能是以下幾個原因造成的。

（1）變送器電路發(fā)生故障：送回原廠家維修變送器或者是更換電路板。

（2）傳感器的測量膜片已經(jīng)損壞：送回原廠家維修測量膜片或者是更換新的測量膜片。

（3）電氣連接發(fā)生故障：對插座進(jìn)行清洗，檢查接插件是否完好無缺。

（4）回路接線發(fā)生故障：檢查是否發(fā)生短路、極性是否正確，供電狀況是否正常。

如果密度傳感器的顯示值不穩(wěn)定的話，有可能是以下幾個原因造成的。

（1）變送器電路發(fā)生故障：送回原廠家維修變送器或者是更換電路板。

（2）插座接觸不良：檢查傳感器的插座，檢查是否清潔，有沒有虛焊。

（3）變送器接線發(fā)生故障：對變送器的供電狀況進(jìn)行檢查，檢查是否正常。

如果密度傳感器的顯示值過高的話，有可能是以下幾個原因造成的。

（1）總線模塊的電源發(fā)生故障：對總線模塊信號輸入插座的電源引腳進(jìn)行相應(yīng)的檢查，檢查電壓是否正常，正常值在+20至+25V。

（2）傳感器的電路發(fā)生故障：送回原廠家維修變送器或者是更換電路板。

（3）傳感器的測量膜片存在一些雜質(zhì)：把測量膜片上面的有關(guān)雜質(zhì)清理掉。