CN106248525A - 一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法 - Google Patents

一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法 Download PDF

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晋刚
任水华
贺路
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Abstract

本发明公开了一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法；在测量模块的模头上，沿熔融聚合物流动方向依次间隔设有第二和第三压力传感器；改变第一齿轮泵的转速确保能为第二齿轮泵提供充足的物料，并且使得第二齿轮泵的入口压力和出口压力趋于一致，以保证第一齿轮泵能精确控制及计量进入测量模块的物料。同理改变第四齿轮泵的转速可保证第三齿轮泵对测量模块流出的物料进行精确的控制和计量。第二齿轮泵和第一齿轮泵转速一致的情况下对流量精确的控制和计量可保证物料能最大限度的稳定流经模头，测量模块中的压力传感器可测得物料经过模头产生的波动小的压力降；精确的流量及稳定精确的压力降可得到精确的相关流变性能。

Description

一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及聚合物流变学测试领域，尤其涉及一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法。
背景技术
离线测试由于测试误差偏大，不能够反映出实际的生产过程，极大的限制了其使用范围。近年来，串联式在线流变仪开始更多的使用在研究领域和工业生产中。但串联式在线流变仪需安装在生产机械的主流道中，对生产过程有影响。相比于离线流变仪和串联式在线流变仪，本发明装置可以安装在聚合物加工设备中，实时监测生产过程中被加工物料的流变性能，第一时间获得相关流变参数；实时改变生产工艺，降低制品的次品率和废品率，提高制品的质量和性能，对产品质量进行闭环控制，并且测量后物料能够返回主流道，不存在浪费物料的情况。
发明内容
本发明的目的是克服离线流变仪和串联式在线流变仪在工业生产中存在的缺点，提供一种精确控制流量的流变测量装置及测量方法，解决当前工业上无法在线精确控制计量流量进而精确在线测量流变性能并使测量物料返回生产设备的技术难题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种精确控制流量的流变测量装置，包括旁路式在线流变仪、熔融聚合物供给设备1及PID自动控制系统；该旁路式在线流变仪的测量模块10通过带有齿轮泵的熔融聚合物熔道并联并联在熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口1-2与熔融聚合物供给口1-1；在测量模块10的模头上，沿熔融聚合物流动方向依次间隔设有第二压力传感器5和第三压力传感器6，用于测得熔融聚合物通过模头时所形成的压力降。
所述熔融聚合物供给设备的熔融聚合物供给口1-1与测量模块10入口端的熔融聚合物熔道上，依次增设有第一齿轮泵2、第一压力传感器3和第二齿轮泵4；
所述测量模块10出口端与熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口1-2的熔融聚合物熔道上，依次增设有第三齿轮泵7、第四压力传感器8、第四齿轮泵9；
熔融聚合物由熔融聚合物供给口1-1依次经过第一齿轮泵2、第一压力传感器3、第二齿轮泵4后进入测量模块10，并依次流过第二压力传感器5和第三压力传感器6，然后再依次经过第三齿轮泵7、第四压力传感器8和第四齿轮泵9，最后由熔融聚合物回收口1-2流入熔融聚合物供给设备。
所述第一齿轮泵2和第四齿轮泵9的转速由PID自动控制系统控制。
所述PID自动控制系统根据第二齿轮泵4进出口压力数据以及第三齿轮泵7进出口压力数据，以控制第一齿轮泵2和第四齿轮泵9的转速。
一种通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，其包括如下步骤：
对熔融聚合物供给设备1和旁路式在线流变仪加热，使其大于或等于熔融聚合物的温度；
开启熔融聚合物供给设备1，开启旁路式在线流变仪的第二齿轮泵4和第三齿轮泵7，并设定第二齿轮泵4和第三齿轮泵7的转速；
待第一齿轮泵2和第四齿轮泵9经过PID自动控制系统的控制下，达到稳定的转速后，使得第二齿轮泵4和第三齿轮泵7容积效率达到最高，测得熔融聚合物通过测量模块10时的排量和压力降，从而获得熔融聚合物的流变数据。
所述获得熔融聚合物的流变数据具体包括如下步骤实现：
第二齿轮泵4的容积控制步骤：
先设定第二齿轮泵4的转速为固定转速，第一压力传感器3测得的第二齿轮泵4入口压力与第二压力传感器5测得的第二齿轮泵4出口压力对比，通过改变第一齿轮泵2的转速，使得第二齿轮泵4的入口压力相等或者趋近于第二齿轮泵4出口压力。
第三齿轮泵7的容积控制步骤：
设定第三齿轮泵7的转速，第三压力传感器6测得的第三齿轮泵7入口压力与第四压力传感器8测得的第三齿轮泵7出口压力对比，通改变第四齿轮泵9的转速，使得第三齿轮泵7入口压力相等或者趋近于第三齿轮泵7出口压力。
多次改变第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)至所需转速，并相应地通过PID自动控制系统调节各次中的第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)至稳定后，得到多组排量和压力降，获得熔融聚合物的流变性能表征曲线图，从而获得一系列条件下的熔融聚合物流变性能。
第二齿轮泵4的转速和第三齿轮泵7的转速，一般需在一致的情况下流进模头的物料才能足够稳定，因此它们的排量需一致为最佳。但是，在实际生产应用中也不排除第二齿轮泵4的转速和第三齿轮泵7排量不一致，但设置它们的转速，也可使的泵料能力一致。
给熔融聚合物供给设备1加料的提示步骤：
根据第二齿轮泵4转速的改变以及与第二齿轮泵4入口与出口压力的对比；当第一齿轮泵2转速增加或者继续增加仍不能保证第二齿轮泵4入口与出口压力一致时，说明熔融聚合物供给设备1的供料量不足，此时，可增加熔融聚合物供给设备1的供料能力。
本发明第一齿轮泵2起到了控制物料(熔融聚合物)供应，稳定第二齿轮泵4入口压力的作用。在第一齿轮泵2和第二齿轮泵4的协同作用下，可以在对第一齿轮泵2和第二齿轮泵4精度不高的情况下，精确计量泵入测量模块的物料量。并且可以改变第一齿轮泵2的转速为第二齿轮泵4提供充足的物料，使得物料的计量与主生产设备(熔融聚合物供给设备1)的供料端压力不存在直接的联系，减小了主生产设备供料压端力对物料量计量的影响，提高了旁路式在线流变仪的适用性。
本发明第四齿轮泵9起到了控制物料回流，稳定第三齿轮泵7压力的作用。第四齿轮泵9和第三齿轮泵7的协同作用，可以在对第四齿轮泵9和第三齿轮泵7精度不高的情况下，令第四齿轮泵9和第三齿轮泵7的转速一致，精确的泵出经过测量模块的所有物料，使得物料稳定地经过测量模块，减少了波动，得到稳定的测量数值，有利于流变性能的测量。
附图说明
图1为本发明精确控制流量的流变测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种精确控制流量的流变测量装置，包括旁路式在线流变仪、熔融聚合物供给设备1及PID自动控制系统；该旁路式在线流变仪的测量模块10通过带有齿轮泵的熔融聚合物熔道并联并联在熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口1-2与熔融聚合物供给口1-1；在测量模块10的模头上，沿熔融聚合物流动方向依次间隔设有第二压力传感器5和第三压力传感器6，用于测得熔融聚合物通过模头时所形成的压力降。熔融聚合物供给设备1为聚合物加工成型设备。
所述熔融聚合物供给设备的熔融聚合物供给口1-1与测量模块10入口端的熔融聚合物熔道上，依次增设有第一齿轮泵2、第一压力传感器3和第二齿轮泵4；
所述测量模块10出口端与熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口1-2的熔融聚合物熔道上，依次增设有第三齿轮泵7、第四压力传感器8、第四齿轮泵9；
熔融聚合物由熔融聚合物供给口1-1依次经过第一齿轮泵2、第一压力传感器3、第二齿轮泵4后进入测量模块10，并依次流过第二压力传感器5和第三压力传感器6，然后再依次经过第三齿轮泵7、第四压力传感器8和第四齿轮泵9，最后由熔融聚合物回收口1-2流入熔融聚合物供给设备。
所述第一齿轮泵2和第四齿轮泵9的转速由PID自动控制系统控制。
所述PID自动控制系统根据第二齿轮泵4进出口压力数据以及第三齿轮泵7进出口压力数据，以控制第一齿轮泵2和第四齿轮泵9的转速。
改变第一齿轮泵2的转速确保能为第二齿轮泵4提供充足的物料，并且使得第二齿轮泵4的入口压力和出口压力趋于一致，以保证第一齿轮泵2能精确控制及计量进入测量模块的物料。同理改变第四齿轮泵9的转速可保证第三齿轮泵7对测量模块流出的物料进行精确的控制和计量。
第二齿轮泵4和第一齿轮泵2转速一致的情况下对流量精确的控制和计量可保证物料能最大限度的稳定流经模头，测量模块10中的压力传感器(第二压力传感器5和第三压力传感器6)可测得物料经过模头产生的波动小的压力降；精确的流量及稳定精确的压力降可得到精确的相关流变性能。
本发明通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，可通过如下步骤实现：
对熔融聚合物供给设备1和旁路式在线流变仪加热，使其大于或等于熔融聚合物的温度；
开启熔融聚合物供给设备1，开启旁路式在线流变仪的第二齿轮泵4和第三齿轮泵7，并设定第二齿轮泵4和第三齿轮泵7的转速(一般先设定一个较低的转速)；
待第一齿轮泵2和第四齿轮泵9经过PID自动控制系统的控制下，达到稳定的转速后，使得第二齿轮泵4和第三齿轮泵7容积效率达到最高，测得熔融聚合物通过测量模块10时的排量和压力降，从而获得熔融聚合物的流变数据。
所述获得熔融聚合物的流变数据具体包括如下步骤实现：
第二齿轮泵4的容积控制步骤：
先设定第二齿轮泵4的转速为固定转速，第一压力传感器3测得的第二齿轮泵4入口压力与第二压力传感器5测得的第二齿轮泵4出口压力对比，通过改变第一齿轮泵2的转速，使得第二齿轮泵4的入口压力相等或者趋近于第二齿轮泵4出口压力。在此状态下，第二齿轮泵4的容积效率达到最佳，计量精确性能最好；
第三齿轮泵7的容积控制步骤：
设定第三齿轮泵7的转速，第三压力传感器6测得的第三齿轮泵7入口压力与第四压力传感器8测得的第三齿轮泵7出口压力对比，通改变第四齿轮泵9的转速，使得第三齿轮泵7入口压力相等或者趋近于第三齿轮泵7出口压力。在此状态下，第三齿轮泵7的容积效率达到最佳，计量精确性能最好。
多次改变第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)至所需转速，并相应地通过PID自动控制系统调节各次中的第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)至稳定后，得到多组排量和压力降，获得熔融聚合物的流变性能表征曲线图，从而获得一系列条件下的熔融聚合物流变性能。
给熔融聚合物供给设备1加料的提示步骤：
根据第二齿轮泵4转速的改变以及与第二齿轮泵4入口与出口压力的对比；当第一齿轮泵2转速增加或者继续增加(到一定转速)仍不能保证第二齿轮泵4入口与出口压力一致时，说明熔融聚合物供给设备1的供料量不足，此时，可增加熔融聚合物供给设备1的供料能力。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种精确控制流量的流变测量装置，包括旁路式在线流变仪、熔融聚合物供给设备(1)及PID自动控制系统；该旁路式在线流变仪的测量模块(10)通过带有齿轮泵的熔融聚合物熔道并联在熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口(1-2)与熔融聚合物供给口(1-1)；其特征在于：在测量模块(10)的模头上，沿熔融聚合物流动方向依次间隔设有第二压力传感器(5)和第三压力传感器(6)，用于测得熔融聚合物通过模头时所形成的压力降。
2.根据权利要求1所述精确控制流量的流变测量装置，其特征在于：所述熔融聚合物供给设备的熔融聚合物供给口(1-1)与测量模块(10)入口端的熔融聚合物熔道上，依次增设有第一齿轮泵(2)、第一压力传感器(3)和第二齿轮泵(4)；
所述测量模块(10)出口端与熔融聚合物供给设备的熔融聚合物回收口(1-2)的熔融聚合物熔道上，依次增设有第三齿轮泵(7)、第四压力传感器(8)、第四齿轮泵(9)；
熔融聚合物由熔融聚合物供给口(1-1)依次经过第一齿轮泵(2)、第一压力传感器(3)、第二齿轮泵(4)后进入测量模块(10)，并依次流过第二压力传感器(5)和第三压力传感器(6)，然后再依次经过第三齿轮泵(7)、第四压力传感器(8)和第四齿轮泵(9)，最后由熔融聚合物回收口(1-2)流入熔融聚合物供给设备。
3.根据权利要求2所述精确控制流量的流变测量装置，其特征在于：所述第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)的转速由PID自动控制系统控制。
4.根据权利要求3所述精确控制流量的流变测量装置，其特征在于：所述PID自动控制系统根据第二齿轮泵(4)进出口压力数据以及第三齿轮泵(7)进出口压力数据，以控制第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)的转速。
5.一种通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，其特征在于采用权利要求1至4中任一项所述精确控制流量的流变测量装置实现，其包括如下步骤：
对熔融聚合物供给设备(1)和旁路式在线流变仪加热，使其大于或等于熔融聚合物的温度；
开启熔融聚合物供给设备(1)，开启旁路式在线流变仪的第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)，并设定第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)的转速；
待第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)经过PID自动控制系统的控制下，达到稳定的转速后，使得第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)容积效率达到最高，测得熔融聚合物通过测量模块(10)时的排量和压力降，从而获得熔融聚合物的流变数据。
6.根据权利要求5所述通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，其特征在于，所述获得熔融聚合物的流变数据具体包括如下步骤实现：
第二齿轮泵(4)的容积控制步骤：
先设定第二齿轮泵(4)的转速为固定转速，第一压力传感器(3)测得的第二齿轮泵(4)入口压力与第二压力传感器(5)测得的第二齿轮泵(4)出口压力对比，通过改变第一齿轮泵(2)的转速，使得第二齿轮泵(4)的入口压力相等或者趋近于第二齿轮泵(4)出口压力；
第三齿轮泵(7)的容积控制步骤：
设定第三齿轮泵(7)的转速，第三压力传感器(6)测得的第三齿轮泵(7)入口压力与第四压力传感器(8)测得的第三齿轮泵(7)出口压力对比，通改变第四齿轮泵(9)的转速，使得第三齿轮泵(7)入口压力趋相等或者近于第三齿轮泵(7)出口压力。
7.根据权利要求5所述通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，其特征在于，多次改变第二齿轮泵(4)和第三齿轮泵(7)至所需转速，并相应地通过PID自动控制系统调节各次中的第一齿轮泵(2)和第四齿轮泵(9)至稳定后，得到多组排量和压力降，获得熔融聚合物的流变性能表征曲线图，从而获得一系列条件下的熔融聚合物流变性能。
8.根据权利要求5所述通过控制流量实现熔融聚合物流变的测量方法，其特征在于，还包括一个给熔融聚合物供给设备(1)加料的提示步骤：
根据第二齿轮泵(4)转速的改变以及与第二齿轮泵(4)入口与出口压力的对比；当第一齿轮泵(2)转速增加或者继续增加仍不能保证第二齿轮泵(4)入口与出口压力一致时，说明熔融聚合物供给设备(1)的供料量不足，此时，则增加熔融聚合物供给设备(1)的供料能力。
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