[發明專利]一種在線測量聚合物熔體密度的裝置與方法

在審

• 申請號: 201710044915.6
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106596331A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 晉剛;鄒偉健;王蒙蒙;游劍;任水華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

1.一種在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于采用在線測量聚合物熔體密度的裝置實現；

所述在線測量聚合物熔體密度的裝置，包括一個測量模具，其具有一供聚合物熔體（6）流過的流道，在測量模具流道相對的兩側分別設有一個導波桿（1）和一個溫度/壓力傳感器（5）；在導波桿（1）外置端安裝有用于向流道內聚合物熔體（6）發出超聲波信號的超聲波探頭（2）；

所述導波桿（1）和溫度/壓力傳感器（5）連成的直線與流道的軸線彼此垂直；

在線測量聚合物熔體密度的實現過程為，先通過測量模具建立一系列不同已知密度的標準液的聲阻抗與超聲波反射系數的對應函數關系后，反演算出在對應溫度和壓力條件下測量模具流道內聚合物熔體的聲阻抗，根據直接測定聚合物熔體的超聲波傳播速度，即可得到該溫度壓力下聚合物熔體的密度；具體如下：

步驟一：建立超聲波聲阻抗Z至超聲波相對反射系數γ的對應函數測量模型步驟，具體是測量模具先通入標準液，標準液流經測量模具的流道，測量一系列不同已知密度的標準液ρa，ρb，ρc?……?,?得到標準液系列的對應的超聲波聲速Ca，Cb，Cc?……?,?得到該標準液系的聲阻抗Za，Zb，Zc?…；

步驟二：根據γ=A_1?/?A_0?,?得到導波桿與標準液系界面的超聲反射系數γa，γb，γc…?,建立聲阻抗Z?~?γ超聲波反射系數的對應函數關系；其中A_1?為超聲波第一接收信號幅值，A_0?為固定測試條件下超聲波發射信號幅值；

步驟三：將測量模具串聯在生產設備的聚合物熔體流道的通路上；通過超聲波實時檢測流道內聚合物熔體當前的超聲波聲阻抗Z；利用反射條件下的得到的超聲波反射系數與標準液系聲阻抗的實驗數據，經數學建模的得到函數關系，反推導出聚合物熔體的聲阻抗Z₂，根據Z₂=ρ_2?×C_2?最終得到此時的聚合物熔體密度ρ₂。

2.根據權利要求1所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：所述導波桿（1）為圓柱棒；導波桿（1）用于傳遞超聲波信號。

3.根據權利要求2所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：所述導波桿（1）與測量模具的連接端的端面與測量模具流道的內壁面齊平。

4.根據權利要求3所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：所示溫度/壓力傳感器（5）與測量模具的連接端的端面與測量模具流道的內壁面齊平；當測量模具流道內有聚合物熔體（6）流動時，導波桿（1）和溫度/壓力傳感器（5）連成的直線與該聚合物熔體（6）流動方向相垂直。

5.根據權利要求4所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：

步驟三中獲得聚合物熔體密度ρ₂具體是：

（1）、?根據測量得到的導波桿/?聚合物熔體界面的反射系數γ2，代入Z?~γ對應的函數關系當中，實時求出此刻的Z₂；

（2）、從模具外部向聚合物熔體發出超聲波信號，獲取安裝導波桿（1）一側流道的聚合物熔體界面返回的第一超聲波信號對應的時刻T₁；

獲取安裝溫度/壓力傳感器（5）一側流道的測聚合物熔體界面返回的第二超聲波回波信號T₂；

（3）、控制超聲波探頭（2）傳播的距離L，根據C₂=?2*L?/（?T₁-T₂?）,?得到聚合物熔體傳播聲速C_2?。

6.根據權利要求5所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：步驟一中提及的一系列已知密度標準液的密度范圍涵蓋所測定的聚合物密度。

7.根據權利要求6所述在線測量聚合物熔體密度的方法，其特征在于：步驟一至步驟三中，計算標準液的超聲波反射系數或聚合物熔體的超聲波聲反射系數時候，需要對時域上的超聲信號進行濾波去噪，傅里葉變換及傅里葉逆變換數據處理方法進行信號分解與重構，得到穩定無噪的有效信號。