RU2712956C1 - Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров - Google Patents
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712956C1 RU2712956C1 RU2019112477A RU2019112477A RU2712956C1 RU 2712956 C1 RU2712956 C1 RU 2712956C1 RU 2019112477 A RU2019112477 A RU 2019112477A RU 2019112477 A RU2019112477 A RU 2019112477A RU 2712956 C1 RU2712956 C1 RU 2712956C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mooney viscosity
- coefficients
- ultrasonic
- zand
- values
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для определения вязкости по Муни полимера. Сущность изобретения заключается в том, что пропускают импульсы ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, принимают ультразвуковые колебания, прошедшие через образец, измеряют скорость распространения и коэффициент затухания ультразвуковых колебаний, определяют значения коэффициентов Z1 и Z2 и оценивают вязкость по Муни полимера на основе измеренных параметров ультразвуковых колебаний и коэффициентов Z1 и Z2, при этом оценку проводят при разных частотах и температурах, дополнительно определяют отношение сигнал/шум изменения вязкости по Муни к изменению частоты и температуры уточняют значения коэффициентов Z1 и Z2 для каждой пары частот и выбирают пару Т, ω, где T - температура, при которой соотношение имеет максимальное значение. Технический результат: повышение чувствительности способа и снижение погрешности измерений. 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области диагностики неразрушающими методами полимеров и может быть использовано для определения вязкости по Муни полимера в шинной промышленности и промышленности синтетического каучука.
Широкое распространение нашел способ определения структуры, упругих свойств или состава материалов по изменению величины затухания ультразвуковых волн, либо по изменению скорости их распространения в исследуемом теле [а.с. SU №77708, опубл. 30.11.1949]. Этот способ предложен для определения характеристик металлов и неточен при определении свойств и состава полимерных материалов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения физико-механических характеристик, включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний (УЗК) излучателем, прием импульсов, прошедших в конструкции, приемником, измерение скорости их распространения в плоскости конструкции и затухания УЗК, по которым, используя ранее полученные уравнения, построенные на их основе, определяют искомые характеристики [Патент RU №2319956, МПК G01N 29/00-прототип, опубл. 20.03.2008].
Недостатком данного способа является то, что этот способ не обладает достаточной чувствительностью и точностью измерений ввиду невозможности выбора оптимального температурно-частотного диапазона измерений.
Задачей предложенного технического решения является повышение чувствительности и точности определения вязкости полимеров по Муни за счет использования оптимального температурно-частотного диапазона измерений.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе ультразвукового контроля вязкости по Муни полимеров осуществляют пропускание импульсов ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, прием ультразвуковых колебаний, прошедших через образец, измерение скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний, определение значений коэффициентов Z1 и Z2, и оценку вязкости по Муни полимера на основе измеренных параметров ультразвуковых колебаний и коэффициентов Z1 и Z2, при этом оценку проводят при разных частотах и температурах, дополнительно определяют отношение сигнал/шум изменения вязкости по Муни к изменению частоты и температуры уточняют значения коэффициентов Z1 и Z2 для каждой пары частот и выбирают пару Т, ω, где: T - температура, при которой соотношение имеет максимальное значение.
Известно [Балдев Радж, Раджендран В., Паланичами П. Применения ультразвука, М.: Техносфера, 2006, С. 272], что скорость и коэффициент затухания УЗК зависят от химического строения, структуры и молекулярной подвижности полимера, которые, в свою очередь, определяют вязкоупругие свойства полимера. В зависимости от частоты и температуры, при которых проводят исследования с помощью ультразвука, в колебательное движение вовлекаются сегменты макромолекул полимера разной длины и массы. Соответственно, наибольшая чувствительность и наименьшая погрешность измерений будет наблюдаться в той частотно-температурной области, которая будет соответствовать размерам вовлекаемых в колебательное движение сегментам макромолекул полимера при его исследовании эталонным методом, в данном случае, вискозиметром Муни. Таким образом, подбирая пары частот и температур, которые доставляют максимум функции чувствительности, обеспечивается как повышение чувствительности метода, так и снижение погрешности измерений. Этим достигается эффект предложенного в изобретении технического решения.
На фиг. 1 показана блок-схема, реализующая предлагаемый способ, на фиг. 2 - расчетные (-) и экспериментальные (•) значения вязкости по Муни для образцов каучука СКС-30.
На блок-схеме обозначены: 1 - генератор, 2 - излучающий пьезопреобразователь, 3 - исследуемый образец, 4 - приемник, 5 - цифровой осциллограф, 6 - вычислительное устройство, 7 - термостат.
Способ осуществляется следующим образом.
Исследуемый образец 3 помещают между излучателем 2 и приемником 4. С генератора 1 электрический сигнал определенной частоты и длительности подается на излучатель 2, ультразвуковой импульс с которого, пройдя образец 3, попадает в приемник 4 и преобразуется в электрический сигнал с амплитудой, зависящей от свойств образца. С помощью генератора 1 и термостата 7 задаются частота и температура измерений. Электрические сигналы с генератора 1 и приемника 4 подаются на цифровой осциллограф 5, а затем данные с осциллографа подаются на вычислительное устройство 6. Далее, с заранее заданным шагом, задаются изменения частоты и температуры измерений, после чего осуществляются сами измерения. Измерения повторяются при разных частотах и температурах, после чего определяют отношение сигнал/шум изменения вязкости по Муни к изменению частоты и температуры и выбирают пару Т, ω, при которой соотношение имеет максимальное значение, после чего электронным штангенциркулем измеряют расстояние h между поверхностями излучателя и приемника, равное толщине сжатого образца. После обработки данных осциллографа рассчитывают величины скорости и коэффициента затухания ультразвука и величина вязкости по Муни полимера по формуле
где Mh - вязкость по Муни, ед. Муни; ρ - плотность, кг/см3; с - скорость звука, м/с; α - коэффициент затухания, м-1; ω - частота ультразвуковых колебаний, с-1.
Скорость распространения ультразвука (м/с) вычисляют по формуле [Перепечко, И.И. Акустические методы исследования полимеров [Текст] / И.И. Перепечко. - М.: Химия, 1973. - 296 с.]:
где h - расстояние между поверхностями излучателя и приемника, м;
t - время прохождения импульсов между датчиками, с.
Степень затухания ультразвука определяют по формуле [Перепечко, И.И. Акустические методы исследования полимеров [Текст] / И.И. Перепечко. - М.: Химия, 1973. - 296 с.]:
где Аизл - амплитуда сигнала на источнике излучения, В;
Апр - амплитуда сигнала на приемнике, В,
h - расстояние между поверхностями излучателя и приемника, м.
Параметрическая идентификация коэффициентов Z1 и Z2 модели (1) осуществляется минимизацией критерия
где - значение вязкости по Муни образца, определенное на вискозиметре Муни ВМ-1, ед. Муни; Mhi - значение вязкости по Муни образца, рассчитанное по формуле (1), ед. Муни; N - количество образцов каучука одной марки.
Задача нахождения оптимальных по критерию (7) параметров Z1 и Z2 модели (1) решается с использованием метода градиентного спуска. [Бахвалов Н.С. Численные методы. [Текст] / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2005 - 632 с.].
Пример конкретного применения способа.
Для образцов полимеров марки СКС-30 толщиной 2 мм, прозвучиваемых на частотах 0,6 МГц, 1,25 МГц, 2,5 МГц с амплитудой 28 В при температурах 293 и 373 К, в результате проведенных измерений получены оптимальные значения частоты и температуры, обеспечивающие минимальную относительную погрешность измерений (Т=293 К, ω=0,6 МГц). В результате параметрической идентификации модели (1) рассчитаны значения коэффициентов Z1=292,8 и Z2=-0,214.
Средняя относительная ошибка расчета составила 1,438%, что говорит о высокой точности определения вязкости по Муни. Экспериментальные и расчетные зависимости вязкости по Муни от величины коэффициента затухания и скорости ультразвука при разных частотах и температурах приведены на фиг. 2. Оценки погрешностей и чувствительности расчетов представлены в таблице 1. Значения параметров зависимости (1) представлены в таблице 2. Из представленных данных видно, что наибольшая чувствительность достигается при паре значений Т=293 К, ω=0,6 МГц.
В примере параметрическая идентификация осуществлена компьютерной обработкой данных экспериментов, заключающейся в минимизации целевой функции (4) численным методом градиентного спуска.
Использование предложенного технического решения, на основе выбора оптимального температурно-частотного диапазона, позволит повысить метрологические характеристики ультразвукового метода контроля.
Claims (1)
- Способ ультразвукового контроля вязкости по Муни полимеров, заключающийся в пропускании импульсов ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, в приеме ультразвуковых колебаний, прошедших через образец, измерении скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний, определении значений коэффициентов Z1 и Z2 и оценке вязкости по Муни полимера на основе измеренных параметров ультразвуковых колебаний и коэффициентов Z1 и Z2, отличающийся тем, что оценку проводят при разных частотах и температурах, дополнительно определяют отношение сигнал/шум изменения вязкости по Муни к изменению частоты и температуры уточняют значения коэффициентов Z1 и Z2 для каждой пары частот и выбирают пару Т, ω, где T - температура, при которой соотношение имеет максимальное значение.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112477A RU2712956C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112477A RU2712956C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712956C1 true RU2712956C1 (ru) | 2020-02-03 |
Family
ID=69625115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019112477A RU2712956C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712956C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4559810A (en) * | 1981-07-09 | 1985-12-24 | Applied Polymer Technology, Inc. | Method for determining resin viscosity with ultrasonic waves |
RU2040789C1 (ru) * | 1992-02-25 | 1995-07-25 | Геннадий Иванович Зайцев | Способ измерения физических параметров веществ |
RU2052774C1 (ru) * | 1993-04-02 | 1996-01-20 | Александр Васильевич Шадрин | Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров жидких сред |
RU2097737C1 (ru) * | 1995-09-27 | 1997-11-27 | Институт проблем транспорта энергоресурсов "ИПТЭР" | Способ определения вязкости нефти и нефтепродуктов при температуре застывания |
WO2003006955A1 (fr) * | 2001-07-12 | 2003-01-23 | Zeon Corporation | Procede et instrument de mesure de la consistance mooney et procede et appareil de production d'un polymere |
RU2319956C2 (ru) * | 2006-03-15 | 2008-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Совтех" | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров |
-
2019
- 2019-04-24 RU RU2019112477A patent/RU2712956C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4559810A (en) * | 1981-07-09 | 1985-12-24 | Applied Polymer Technology, Inc. | Method for determining resin viscosity with ultrasonic waves |
RU2040789C1 (ru) * | 1992-02-25 | 1995-07-25 | Геннадий Иванович Зайцев | Способ измерения физических параметров веществ |
RU2052774C1 (ru) * | 1993-04-02 | 1996-01-20 | Александр Васильевич Шадрин | Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров жидких сред |
RU2097737C1 (ru) * | 1995-09-27 | 1997-11-27 | Институт проблем транспорта энергоресурсов "ИПТЭР" | Способ определения вязкости нефти и нефтепродуктов при температуре застывания |
WO2003006955A1 (fr) * | 2001-07-12 | 2003-01-23 | Zeon Corporation | Procede et instrument de mesure de la consistance mooney et procede et appareil de production d'un polymere |
RU2319956C2 (ru) * | 2006-03-15 | 2008-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Совтех" | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3168598A1 (en) | Viscoelastic property measuring device and viscoelastic property measuring method | |
Norisuye et al. | Simultaneous evaluation of ultrasound velocity, attenuation and density of polymer solutions observed by multi-echo ultrasound spectroscopy | |
RU2319957C2 (ru) | Способ ультразвукового контроля предела прочности при разрыве полимеров | |
RU2712956C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров | |
RU2319956C2 (ru) | Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров | |
SU917711A3 (ru) | Способ настройки ультразвуковой установки | |
WO2019084646A1 (en) | Device and method for determining the elasticity of soft-solids | |
Kerdtongmee et al. | Quantifying dry rubber content in latex solution using an ultrasonic pulse | |
Martinez et al. | Ultrasonic attenuation in pure water: Comparison between through-transmission and pulse-echo techniques | |
RU2418298C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля средневесовой молекулярной массы полимеров в растворе | |
JP2002055092A (ja) | 構造物診断方法および構造物診断装置 | |
WO2019015399A1 (zh) | 介质粘弹性的测量方法和装置 | |
CN104122170A (zh) | 液体密度仪 | |
ES2147141A1 (es) | Procedimiento y dispositivo para la clasificacion de quesos, mediante ultrasonidos. | |
Mondal et al. | Ultrasonic monitoring of hardness of industrial rubbers | |
RU2707199C1 (ru) | Способ определения толщины изделия при одностороннем доступе | |
RU2624415C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля твердости полимеров | |
US20190331643A1 (en) | Additive Manufacture of Metal Objects; Inspection and Part Validation | |
RU2196982C2 (ru) | Способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом | |
RU2688877C1 (ru) | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов | |
Miqueleti et al. | Acoustic impedance measurement method using spherical waves | |
RU2291420C1 (ru) | Способ определения степени кристалличности эластомеров ультразвуковым методом | |
RU2587536C1 (ru) | Способ измерения коэффициента затухания ультразвука | |
Chivers et al. | A Spectroscopic Method for Measurement of the Ultrasonic Properties of Polymers— | |
RU2523077C1 (ru) | Способ локации дефектов |