ДАТЧИК ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ

1. Датчик (1) плотности и вязкости для измерения плотности и вязкости текучей среды (F), датчик (1) содержит резонирующий элемент (3, 3A, 3B, 3C, 3D), выполненный с возможностью погружения в текучую среду (F), исполнительный/обнаруживающий элемент (4A, 4B), соединенный с резонирующим элементом, и разъем (7) для соединения с исполнительным/обнаруживающим элементом (4A, 4B), причем
датчик (1) дополнительно содержит корпус (2), образующий камеру (8A), изолированную от текучей среды (F), корпус (2) содержит область уменьшенной толщины, образующую мембрану (9), отделяющую камеру (8A) от текучей среды (F),
исполнительный/обнаруживающий элемент (4A, 4B) расположен внутри камеры так, чтобы быть изолированным от текучей среды (F) и механически соединенным с мембраной (9),
резонирующий элемент (3, 3A, 3B, 3C, 3D), выполненный с возможностью погружения в текучую среду (F), механически соединен с мембраной (9) и
мембрана (9) имеет толщину, обеспечивающую передачу механических колебаний между исполнительным/обнаруживающим элементом (4A, 4B) и резонирующим элементом (3, 3A, 3B, 3C, 3D).
2. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором резонирующий элемент (3, 3A, 3B, 3C, 3D) механически соединен с мембраной (9) механическим соединяющим элементом (5).
3. Датчик плотности и вязкости по любому из предыдущих пунктов, в котором область уменьшенной толщины образует полость (8), в которой закреплен исполнительный/обнаруживающий элемент (4A, 4B).
4. Датчик плотности и вязкости по п. 1, в котором исполнительный/обнаруживающий элемент содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент (4A, 4B, 4A1. 4A2).
5. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором пьезоэлектрический элемент (4A, 4B) содержит первую и вторую стороны, причем первая сторона соединена с разъемом (7) соединительным проводом (6), а вторая сторона электрически соединена с мембраной (9).
6. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором пьезоэлектрический элемент (4A, 4B) придвинут к мембране (9) через вставочный узел (13, 14), ввинчиваемый в полость (8), причем указанный вставочный узел содержит отверстия для соединения с соединительным проводом (6).
7. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором разъем (7) является коаксиальным разъемом, содержащим внешнюю металлическую часть (7A), контактирующую с корпусом (2), и внутреннюю металлическую часть (7B), соединенную с соединительным проводом (6), причем внешняя (7A) и внутренняя (7B) металлические части отделены друг от друга изолирующей частью (7C).
8. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором датчик (1) дополнительно содержит терморезистор (11), помещенный внутрь камеры (8A).
9. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором датчик (1) дополнительно содержит электронное устройство (ЭУ) для перевода исполнительного/обнаруживающего элемента (4A, 4B) из исполнительного режима в режим обнаружения и обратно.
10. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором резонирующий элемент (3) содержит первое коромысло (3A, 3B, 3C, 3D, 301) для измерения первого диапазона плотности и вязкости.
11. Датчик плотности и вязкости по п.10, в котором резонирующий элемент (3) дополнительно содержит, по меньшей мере, второе коромысло (302) для измерения второго диапазона плотности и вязкости.
12. Датчик плотности и вязкости по п.1, в котором резонирующий элемент (3) выбран из группы резонирующих элементов, включающей
одинарное коромысло (3A), прикрепленное к соединяющему элементу (5) своим центром, определенным с доступной степенью точности;
одинарное коромысло (3B), прикрепленное одним концом к соединяющему элементу (5),
U-образное коромысло (3C), содержащее первую продольную часть, соединенную со второй изогнутой частью, прикрепленной одним концом к соединяющему элементу (5), и
двойное коромысло (3D), содержащее первое коромысло и второе коромысло, прикрепленные друг к другу, причем первое коромысло прикреплено к соединяющему элементу (5).
13. Датчик плотности и вязкости по п. 1 или 12, в котором коромысло (3A, 3B, 3C, 3D) содержит, по меньшей мере, проволоку, ориентированную в направлении потока текучей среды.
14. Способ измерения плотности и вязкости текучей среды, содержащий этапы, на которых
a) подают возбуждающий сигнал (ES) на резонирующее устройство, содержащее исполнительный/обнаруживающий элемент и резонирующий элемент (3, 3A, 3B, 3C, 3D), выполненный с возможностью погружения в текучую среду (F), причем возбуждающий сигнал имеет первую частоту (f),
b) обнаруживают сигнал приема (RS), подаваемый резонирующим устройством (4A, 4B),
c) повторяют этап подачи возбуждающего сигнала и этап обнаружения сигнала приема при различных частотах, так чтобы был пройден диапазон частоты в соответствии с шагом приращения частоты (Δf),
d) определяют (PRCS) синфазный фактический отклик датчика (IPAR) и квадратурный фактический отклик датчика (QAR) на основе сигнала приема, обнаруженного в диапазоне частот,
при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых
0
0
e) вычисляют (MCALC) синфазный модельный отклик датчика (IPMR) и квадратурный модельный отклик датчика (QMR) на основе начальной резонансной частоты (FO) и начальной добротности (Q) резонирующего элемента (3, 3A, 3B, 3C, 3D),
f) сравнивают (COMP) синфазный модельный отклик датчика (IPMR) с синфазным фактическим откликом датчика (IPAR) и квадратурный модельный отклик датчика (QMR) с квадратурным фактическим откликом датчика (QAR) посредством определения коэффициента сопряженной корреляции,
g) повторяют этап вычисления и этап сравнения при измененной резонансной частоте (FO′) и измененной добротности (Q′) и запоминают определенный номер (n) резонансной частоты, добротности и коэффициента сопряженной корреляции,
h) определяют итоговую резонансную частоту (FO) и итоговую добротность (Q) резонирующего элемента (3, 3A 3B 3C 3D) в текучей среде (F) на основе определенного номера (n) коэффициента сопряженной корреляции и
i) определяют плотность и вязкость текучей среды (F) на основе итоговой резонансной частоты (FO), итоговой добротности (Q) и выполненного с доступной степенью точности аналитического моделирования (MDL) резонирующего элемента (3, 3A, 3B, 3C, 3D).
15. Способ измерения плотности и вязкости по п.14, в котором этапы сравнения и определения резонансной частоты/добротности основаны на параметрической идентификации, состоящей в том, что
вычисляют сумму нормированных коэффициентов корреляции для каждого модельного отклика датчика, вычисленную для определенного номера (n) резонансных частот и добротности резонирующего элемента, и
определяют итоговую резонансную частоту и итоговую добротность, соответствующие паре резонансная частота/добротность, которая связана с наибольшей суммой нормированных коэффициентов корреляции.
16. Способ измерения плотности и вязкости по любому из пп. 14 и 15, в котором
возбуждающий сигнал (ES), имеющий определенную частоту (f, f+Δf, …, f+N×Δf), повторяется некоторое число раз (n) и
синфазный фактический отклик датчика (IPAR) и квадратурный фактический отклик датчика (QAR) определяются (PRCS) на основании среднего значения сигналов приема для каждой частоты, обнаруженных в диапазоне частот.
17. Способ измерения плотности и вязкости по любому из пп. 14 и 15, в котором
возбуждающий сигнал (ES) содержит первый возбуждающий сигнал и второй возбуждающий сигнал, причем первый возбуждающий сигнал имеет первое число периодов, а второй возбуждающий сигнал имеет второе число периодов, при этом указанные возбуждающие сигналы повторяются на различных частотах так, чтобы был пройден диапазон частот в соответствии с шагом приращения частоты Δf, причем первый сигнал приема связан с первым возбуждающим сигналом, а второй сигнал приема связан со вторым возбуждающим сигналом,
синфазный фактический отклик датчика (IPAR) определяется (PRCS) на основе вычисления разности между синфазным фактическим откликом датчика, связанным с первым сигналом приема, и синфазным фактическим откликом датчика, связанным со вторым сигналом приема, и
квадратурный фактический отклик датчика (QAR) определяется (PRCS) на основе вычисления разности между квадратурным фактическим откликом датчика, связанным с первым сигналом приема, и квадратурным фактическим откликом датчика, связанным со вторым сигналом приема.