Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров



Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров
G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2712956:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Использование: для оценки качества изготовления сварных соединений трубопроводов и для определения остаточного ресурса трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что на исследуемом участке трубопровода ультразвуковым эхо-методом измеряют время распространения продольной волны и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, и по результатам измерения определяют характеристики напряженного состояния сварного соединения, для чего путем расчетного моделирования для конкретного типа труб предварительно определяют положение сечений уравновешивания, в которых уравновешивающие кольцевые напряжения в основном металле достигают минимальных значений, и значение коэффициента уравновешивания, равного отношению максимальных остаточных растягивающих мембранных кольцевых напряжений в металле шва к значению минимальных остаточных сжимающих мембранных кольцевых напряжений в основном металле, затем, до начала изготовления сварного соединения, в сечениях уравновешивания выполняют измерения начальных значений времени распространения продольной волны и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, после изготовления сварного соединения в тех же точках измерений выполняют измерения рабочих значений времени распространения этих же типов волн, по результатам измерений с использованием уравнений акустоупругости для двухосного напряженного состояния для каждого сечения измерений определяют значения мембранных продольных и кольцевых напряжений, а также изгибающих моментов, с использованием которых, на основании принципа уравновешивания мембранных напряжений и с учетом коэффициента уравновешивания, определяют максимальные значения остаточных продольных и кольцевых локальных напряжений в металле шва.

Использование: для оценки кавитационной эрозионной стойкости сплавов, покрытий и других материалов, работающих в жидких средах с помощью ультразвуковой вибрации для генерации кавитации.

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов.

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для определения толщины ледопородного ограждения в процессе искусственного замораживания грунтов при проходке шахтных стволов.

Использование: для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей состоит из генератора электрических колебаний, с выходом которого соединен последовательный индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезокерамический преобразователь, при этом к выходным усилителям мощности задающего генератора прямоугольных электрических колебаний подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных параллельного индуктивно-емкостного колебательного контура, настроенного на вторую гармонику электрических колебаний задающего генератора, последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура, расчетная емкость которого замещена (заменена) суммой внутренних емкостей, соединенных между собой группой пьезоэлектрических акустических преобразователей, имеющих равную резонансную частоту с частотой электрических колебаний задающего генератора, между которым и усилителями мощности включены фазовращатели, позволяющие сканировать акустические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Использование: для ультразвуковой визуализации (УЗВ) объектов, расположенных в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что первый акустический волновод 16 и волноводную матрицу 18 частично размещают в исследуемой агрессивной среде 1 (все остальные элементы размещают в неагрессивной среде 6).

Использование: для неразрушающего контроля металлургических изделий. Сущность изобретения заключается в том, что модуль для содействия калибровке устройства для контроля металлургических изделий содержит: запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных в форме пар «значение/угол», при этом каждая пара соответствует амплитуде отклика на ультразвуковой контроль в направлении металлургического изделия, которое соответствует указанному углу; вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции обработки в отношении сохраненных данных, при этом данные организованы в: первый набор данных, относящийся к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом пары из первого набора соответствуют амплитудам отклика на ультразвуковые контроли в по меньшей мере одном из рабочих направлений многонаправленного отражателя, и второй набор данных, относящийся к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом второй набор данных содержит для направленного отражателя по меньшей мере одну пару, соответствующую амплитуде отклика на ультразвуковой контроль по одному рабочему направлению данного отражателя, при этом функция обработки приспособлена для установления третьего набора данных посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.

Использование: для инерциального возбуждения механических колебаний в упругой оболочке. Сущность изобретения заключается в том, что на стенке упругой оболочки устанавливают источник колебаний, представляющий собой инерциальный резонатор, состоящий из электропривода и закрепленного на его валу эксцентрика, при вращении которого возникают инерционные силы, реализующие через ось привода вибрационное воздействие на стенки упругой оболочки.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют излучение и прием ультразвуковых волн на двух частотах с разными периодами, измерение временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами, определение расстояния до отражателя путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на время его распространения, при этом при усилении принятых ультразвуковых волн амплитуду сигналов задают одинаковой для обеих частот, а после измерения временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами на двух частотах, определяют время распространения принятых ультразвуковых волн в соответствии с заданным выражением, полученное значение используют при определении расстояния до отражателя.

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 сигналшум 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.

Наверх