一种浮力法气体密度传感器的制作方法

1.本发明涉及一种浮力法气体密度传感器，属于传感器、仪表相关技术领域。


背景技术：

2.气体密度是指在一定的温度和压力下，单位体积气体所具有的质量。尽可能地精确测量气体的密度对于各个工业领域特别是计量领域非常地重要。
3.现阶段一般通过所测得的气体质量除以气体体积计算得出气体密度。实验室中一般采用抽真空的方式测量气体质量，然而这种方式只能做到腔内估值接近于完全真空，并不百分百精确；另有容积室排气法测量气体质量，然而其缺点在于极难用于在线检测；再者还有通过国际计量委员会推荐的公式法来直接确定气体密度，然而该法的测量精度过于依赖于温度湿度气压等环境参数，且所须的电子数据同步采集与合成计算过于复杂。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种浮力法气体密度传感器，可以提高测量气体密度的准确性，且可在不依赖环境温度湿度气压等参数的情况下在线测量气体的密度。
5.本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种浮力法气体密度传感器，它包括壳体，所述壳体内设置有浮子和应力传感器，所述浮子与应力传感器相连接，所述壳体底部设置有进气口，所述壳体顶部设置有排气口。
6.可选的，所述进气口和排气口分别通过进气通道和排气通道与壳体内部相连通。
7.可选的，所述应力传感器设置于壳体内靠近顶部位置，所述浮子通过软丝悬吊于应力传感器上。
8.可选的，所述浮子底部设置有导向柱，所述进气口位置处设置有导向座，所述导向柱与导向座相配合。
9.可选的，所述应力传感器设置于壳体内靠近底部位置，所述浮子支承设置于应力传感器上。
10.可选的，所述浮子顶部设置有导向柱，所述排气口位置处设置有导向座，所述导向柱与导向座相配合。
11.可选的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体相互拼接。
12.可选的，所述下壳体内侧中部设置有托架，所述托架位于浮子下方。
13.可选的，所述托架采用可伸缩结构，测量时间托架收回与浮子不相接触，非测量时间托架伸出将浮子托起。
14.可选的，所述壳体下方设置有支架，所述壳体固定设置于支架上，所述支架上设置有无线远传模块，所述无线远传模块与应力传感器相连接。
15.与现有技术相比，本发明的优点在于：
16.1、本发明不依赖温度湿度气压等环境参数，结构设计完整紧凑，采用浸润式气体
替换模式，能够实现壳体内部空气的排出功能，通过壳体内部气体的替换可实现浮力的变化，通过应力传感器数值的变化可得到浮力差，由于已知浮子的真空质量与体积，即可以通过气体浮力公式计算得出待测气体的密度；
17.2、本发明结构简单且设计合理，巧妙运用浮力法解决现阶段业内科学技术使用过于繁杂导致成本过高的问题，适合推广使用。
附图说明
18.图1为本发明一种浮力法气体密度传感器实施例1的结构示意图。
19.图2为本发明一种浮力法气体密度传感器实施例2的结构示意图。
20.图3为本发明一种浮力法气体密度传感器针对sf6气体密度在线监测的示意图。
21.其中：
22.浮力法气体密度传感器1
23.壳体1.1
24.浮子1.2
25.应力传感器1.3
26.进气口1.4
27.排气口1.5
28.进气通道1.6
29.排气通道1.7
30.软丝1.8
31.导向柱1.9
32.导向座1.10
33.上壳体1.1.1
34.下壳体1.1.2
35.托架1.11
36.支架1.12
37.底板1.12.1
38.支撑板1.12.2
39.无线远传模块1.13
40.sf6断路器2。
具体实施方式
41.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
42.参见图1～图3，本发明涉及的一种浮力法气体密度传感器，它包括壳体1.1，所述壳体1.1内设置有浮子1.2和应力传感器1.3，所述浮子1.2与应力传感器1.3相连接，所述壳体1.1底部设置有进气口1.4，所述壳体1.1顶部设置有排气口1.5；
43.所述进气口1.4和排气口1.5分别通过进气通道1.6和排气通道1.7与壳体1.1内部相连通；
44.所述应力传感器1.3设置于壳体1.1内靠近顶部位置，所述浮子1.2通过软丝1.8悬
吊于应力传感器1.3上；或所述应力传感器1.3设置于壳体1.1内靠近底部位置，所述浮子1.2支承设置于应力传感器1.3上；二者本质原理相同，均通过读取因浮力变化导致的应力变化以取得待测气体密度的计算结果；
45.所述浮子1.2底部设置有导向柱1.9，所述进气口1.4位置处设置有导向座1.10，所述导向柱1.9与导向座1.10相配合；或所述浮子1.2顶部设置有导向柱1.9，所述排气口1.5位置处设置有导向座1.10，所述导向柱1.9与导向座1.10相配合；
46.所述导向柱1.9插座于导向座1.10内，通过导向柱1.9与导向座1.10之间的配合可以保证浮子始终处于中心轴线位置，不会产生横向位移，不会与壳体内壁接触，而只会沿中心轴线纵向浮沉，可以保证使用浮力法的本发明结果可靠且精准；
47.所述壳体1.1包括上壳体1.1.1和下壳体1.1.2，所述上壳体1.1.1和下壳体1.1.2相互拼接；
48.所述下壳体1.1.2内侧中部设置有托架1.11，所述托架1.11位于浮子1.2下方；
49.所述托架1.11采用可伸缩结构，测量时间托架1.11收回与浮子1.2不相接触，非测量时间托架1.11伸出将浮子1.2托起，能有效防止应力传感器1.3持久作业产生的疲劳；
50.所述壳体1.1下方设置有支架1.12，所述壳体1.1固定设置于支架1.12上；
51.所述支架1.12包括底板1.12.1，所述底板1.12.1上沿竖向设置有支撑板1.12.2，所述壳体1.1固定设置于支撑板1.12.2上；
52.所述底板1.12.1上设置有无线远传模块1.13，所述无线远传模块1.13与应力传感器1.3相连接；
53.所述浮子1.2可以是球体、圆柱体或异形体；
54.所述软丝1.8可以是钢质或碳纤维等适合的材质。
55.工作原理：
56.待测气体从进气口导入壳体内部，浸润流通后从排气口排出，以此替换原本处于壳体与浮子之间的气体，由于待测气体密度不同，则将会对应力传感器产生应力变化的电信号，并通过无线远传模块将电信号发送给后台处理，继而通过浮力差与已知浮子体积计算测量出被测气体的密度；
57.若已知充入待测气体压力过高而使用本发明进行密度监测，则需要考虑向浮子内部充入气体以抵消壳体内产生的压强过高而迫使浮子产生压缩形变所造成的影响。原因是浮子微小形变会带来体积的微小变化进而带来浮力的微小变化，会对密度的监测结果产生负面影响。
58.下面对直径100毫米的球形浮子的实施例1作进一步的说明，直径100毫米的球形浮子各项已知测定参数为：浮子体积v
浮子
＝0.523l；浮子在真空中的重量为m
真空
＝130.036g；
59.下面结合附图1对实施例1在标准条件下(0℃，1个标准大气压1atm)的空气环境中作进一步说明。将本发明放置在标准条件下的空气中自然浸润，此时浮子的重量是在空气环境中的重量m
空气
＝129.362g；则浮力f
空气
等于m
真空
(浮子在真空中的重量130.036g)与m
空气
(浮子在空气环境下的重量129.362g)差值与重力常数g的乘积，其中g为重力常数(是重力与质量的比值，通常取9.8n/kg)；即f
空气
＝(m
真空-m
空气
)*g＝(130.036g-129.362g)*g＝0.674g*g；
60.根据浮力公式即阿基米德原理：f
浮
＝g
排
＝ρ*g*v
排
，其中ρ表示充入气体的密度；g为
重力常数；v
排
表示排开气体的体积。则在此实施例中，即是f
空气
＝(m
真空-m
空气
)*g＝ρ
空气
*g*v
浮子
；两边消除重力常数g即可以进一步得到与密度公式完全一致的算式ρ＝m/v，在此实施例中即是ρ
空气
＝(m
真空-m
空气
)/v
浮子
＝0.674g/0.523l＝1.289g/l，几近与标准条件下的空气密度1.29g/l完全一致。
61.下面结合附图1与附图3对实施例1在标准条件下于sf6气体(六氟化硫)环境中作进一步说明。sf6气体常态下是一种无色、无味、无嗅、无毒的非燃烧性气体，分子量146.06，密度6.164g/l，约为空气的5倍，是已知化学安定性最好的物质之一，具有极好的惰性、热稳定性、耐热性以及卓越的电绝缘性和灭弧特性。近年来被广泛用于电力、电子、电气行业和激光、医疗、气象、制冷、消防、化工、军事、宇航、有色冶金、物理研究等领域。在电力工业中，sf6气体用作封闭室中、高压开关的灭弧和绝缘气体。
62.将sf6气体由进气口导入壳体内，原位气体(空气)从排气孔排出，sf6气体将壳体内的空气逐渐置换，经过一段时间后可达到完全替换；此时浮子的重量是在sf6气环境下的重量，记录下浮子在sf6环境中的重量m
sf6
＝126.813g；则浮力f
sf6
等于m
真空
(浮子在真空中的重量130.036g)与m
sf6
(浮子在sf6环境中的重量126.813g)的差值与重力常数g的乘积，即f
sf6
＝(m
真空-m
sf6
)*g＝(130.036g-126.813g)*g＝3.223g*g；
63.同理根据浮力公式亦即阿基米德原理，则在此实施例中，即是sf6的密度ρ
sf6
＝(m
真空-m
sf6
)/v
浮子
＝3.223g/0.523l＝6.163g/l，由此测得sf6的密度为6.163g/l；亦与sf6标准条件下的密度6.164g/l一致。
64.上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。