CN1696689A - 超声波固体粘度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用超声波测量固体化工产品特性粘度的方法和装置。粘度本是流体的一个重要的物理特性，但许多产品又常以固体的形态出现。材料力学实验表明：弹性模量E与粘度η存在如下关系η＝αE；声学实验表明：弹性模量E与声速v存在如下关系；弹性模量E作为粘度η和声速v的桥梁，使声速与粘度之间有了一定的关联

，基于此，设计了超声波固体粘度测量方法和装置。与液体粘度计相比，固体粘度计具有成本低、体积小、重量轻、非介入、可用性好的特点，这些特点从根本上创新了粘度测量手段，毫无疑问超声波固体粘度计有着广阔的应用前景。

Description

超声波固体粘度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种化工产品粘度的测量方法及装置，特别涉及一种利用超声波在固体状态下直接测量化工产品粘度的方法和装置。

背景技术

粘度是流体的一个重要物理特性，这种特性是液体受到外力作用流动时在流体分子间所呈现的内摩擦力的表现。在工业生产的很多领域中，粘度也是表征产品质量的重要参数之一。

粘度测量的传统方法主要有毛细管法(余建林，《自动毛细管粘度计的原理及应用[J]》，分析仪器，2003，1：26～29)。毛细管粘度测量方法的原理基于Hagen-Poiseuille定律：当流体以一定流量流经毛细管时，在毛细管两端产生的压力差Δp与流体的动力粘度η成正比，即

Δp＝k·η

毛细管粘度计是目前最有效的粘度计，常常作为化工生产中的在线粘度计。但它的缺点也是明显的：

a)温度是影响毛细管粘度计测量的一个非常重要的参数，温度的变化会影响到粘度测量的精度，温度测量故障常导致毛细管受压过高而损坏。

b)需要频繁而精心地维护。既干扰生产，又加大了运行成本。

c)介质附着在毛细管上，影响粘度计正常测量。

上述原因导致化工生产中的在线粘度计形同虚设。

d)价格太高。

由于以上原因，使得化工生产中一般中小企业不采用在线粘度计。

毛细管粘度计的这些重大缺陷，严重制约着它的应用，也严重影响了产品质量的稳定提高。探索新的粘度测量原理，从根本上创新粘度测量手段，毫无疑问有着重大的意义和广阔的应用前景。

粘度本是流体的物理特性，但许多产品又常以固体的形态出售，所以，探索粘度与固体物质的力学量和声学量的关系，研究固体粘度测量方法既可简化粘度测量过程，又可实现固体物质的在线粘度测量，这方面的工作国内国外尚未见报道。

而本发明人通过研究认为，化工产品处于高温熔融状态下，材料力学实验表明：液体绝热压缩比与粘度存在某种关系；声学实验表明：液体绝热压缩比与声速存在某种关系。其结论是：液体绝热压缩比作为粘度和声速的桥梁，使声速与粘度之间有了一定的关联。基于这种理论，使本发明利用超声波在固体状态下直接测量化工产品粘度成为可能。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种在固体状态下测量化工产品粘度的方法。

本发明的第二目的是提供一种在固体状态下测量化工产品粘度的装置。

为达到上述第一目的，本发明采用的技术方案是：一种超声波固体粘度测量方法，将一个固体试样夹放在超声波发射器与超声波接收器之间，超声波发射器发出的超声波分为两部分，一部分超声波bo1通过固体试样传播抵达超声波接收器，另一部分超声波bo2通过与固体试样相同厚度的空气介质传播抵达超声波接收器；分别然后测量出超声波bo1穿过固体试样的时间t_试样和超声波bo2穿过空气介质的时间t_空气，并利用公式(1)计算出固体试样的粘度η：

η＝k×[v_试样]²＝k×[v_空气×t_空气/t_试样]²    (1)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

      v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

      v_空气为超声波在空气中传播的速度；

      t_空气为超声波在空气中传播的时间；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      k为粘速系数；

粘速系数k采用以下两种插值计算方法之一获得：

①、一次插值计算，采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用上述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并代入公式(1)分别计算出k_高和k_低，则粘速系数k由公式(2)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间；

②、二次插值计算，采用高、中、低值三个标准固体试样，在已知高、中、低三个标准固体试样特性粘度值分别为η_高、η_中和η_低的前提下，利用所述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过中值标准固体试样的时间t_中和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_中’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并代入公式(1)分别计算出k_高、k_中和k_低，则粘速系数k由公式(3)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_中为中值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_中为超声波在中值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、关于本发明的测量原理是化工产品处于固体状态下：

材料力学实验表明：弹性模量与特性粘度存在如下关系

                  η＝αE    (A)

式中：η为特性粘度(dl/g)

      α为粘模系数

      E为弹性模量(Pa)

声学实验表明：弹性模量与声速存在如下关系

$v=\mathrm{\β}\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}}}------\left(B\right)$

式中：v为声速(m/s)

      β为速模系数

      ρ为密度(kg/m3)

结论：弹性模量作为粘度和声速的桥梁，使声速与粘度之间有了下面的关联

$\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\α\ρv}}^2}{{\mathrm{\β}}^2}={\mathrm{kv}}^2---\left(c\right)$

式中：k为粘速系数

由于v_试样＝v_空气×t_空气/t_试样    (d)

式中：v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度

      v_空气为超声波在空气中传播的速度

      t_空气为超声波在空气中传播的时间

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间

将公式(d)代入公式(c)得到公式(1)：

η＝k×[v_空气×t_空气/t_试样]²    (1)

基于上述原理，得到超声波固体粘度测量公式(1)。

2、上述方案中，关于固体试样与超声波发射器和超声波接收器之间的夹持方式，可以是将超声波发射器与超声波接收器面对面设计成一种可相对移动的滑动夹台，测试前，将待测固体试样夹放在平行设置的超声波发射器与超声波接收器之间，并使超声波发射器与超声波接收器分别接触待测固体试样的相对侧面。

3、上述方案中，关于测量超声波穿过固体试样和空气介质的时间所采用的方法是：利用两个计数器count1、count2以及控制系统，对超声波的发射与接收进行控制和测量，当超声波发射器开始发出超声波时计数器count1开始计数，在超声波bo1穿过待测固体试样抵达超声波接收器时计数器count1停止计数，此时计数器count1记录下超声波bo1穿过固体试样的时间t_试样；当超声波发射器停发超声波时计数器count2开始计数，在超声波接收器接收不到超声波bo2时计数器count2停止计数，此时计数器count2记录下超声波bo2穿过空气介质的时间t_空气；所述计算固体试样的特性粘度η是利用微处理器系统通过程序自动计算并显示测试结果。

4、上述方案中，为了进一步简化计算，可以对公式(1)进行线性化处理，具体方法是：将待测固体试样的特性粘度值η预先设计在高、低两个标准固体试样粘度值η_高、η_低之间，由于从公式(1)可知固体试样的特性粘度η与超声波在固体试样中传播的速度v_试样之间为二次函数关系，即η＝k×[v_试样]²，当待测固体试样的特性粘度值η介于高、低两个标准固体试样粘度值η_高、η_低之间，并且控制一定的差值范围时，按照微分原理可认为该段二次曲线近似为直线，差值范围越小越精确，此时，公式(1)可由公式(4)取代：

η＝k’×v_试样+b＝k’×[v_空气×t_空气/t_试样]+b    (4)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

      v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

      v_空气为超声波在空气中传播的速度；

      t_空气为超声波在空气中传播的时间；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      b为常数项；

      k’为粘速系数；

k’和b采用一次插值计算方法获得：即采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用以上超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并分别代入公式(4)由二元一次方程组计算出k’和b。

5、上述方案中，考虑到待测试样对某一超声波波长的敏感程度，可以将超声波发射器设计成频率可调，以适应不同固体试样，其目的是为了使超声接收器能够正常接收，不要因信号衰减而接收不到信号。超声波频率可调可以通过电路来实现，比如用微处理器来控制超声波的频率。

6、上述方案中，为了保证接收信号的正常，超声波接收器应分别考虑对bo1和bo2的接收，即超声波接收器以两种不同的放大倍数分别接收并处理一部分超声波bo1和另一部分超声波bo2。这种因为bo1在待测固体试样中传播，由于试样为固体，密度大，所以抵达接收器时的信号大，而bo2在空气中传播，由于空气的密度小，所以抵达接收器时的信号小。因此，如果不采用两种放大倍数分别对bo1和bo2进行接收，有可能bo2的信号接收不到。如果采用两个超声波接收器分别对bo1和bo2进行接收，可以对应bo1和bo2采用不同的放大倍数分别接收并处理；如果采用一个超声波接收器，可以考虑两种放大倍数分别处理bo1和bo2，这些由程序来控制。

为达到上述第二目的，本发明采用的技术方案是：一种超声波固体粘度测量装置，包括超声波发生器、超声波接收器、微处理器以及试样夹持机构；所述微处理器包含CPU、两个计数器count1、count2、存储器、控制器以及输出输入端口；所述试样夹持机构由一个固定台与滑动夹台通过夹持机构面对面设置形成，超声波发生器和超声波接收器两者中，一个设置在固定台上，另一个设置在滑动夹台上，而且超声波发生器的发射面与超声波接收器的接收面之间形成一平行夹持空间，超声波发生器和超声波接收器分别通过接口电路与微处理器的输出输入端口连接。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述夹持机构由滑动机构构成，该滑动机构由一个固定件和一个滑动件通过滑动副连接形成，所述固定件与固定台固定连接，滑动件与滑动夹台固定连接。

2、上述方案中，为了调夹持机构的滑动行程，所述固定件与滑动件之间设有控制滑动行程的螺纹副驱动机构。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明以材料力学和声学实验研究为基础，以弹性模量E作为粘度η和声速v的桥梁，建立起粘度η与声速v之间的关联，在此基础上利用超声波直接测量固体试样的特性粘度。该方法打破了以往只能在液态下测量粘度的传统方式，具有实质性特点和显著地技术进步。

2、根据本发明原理设计的超声波固体在线粘度测量装置是一种非接触和非介入式测量仪表，超声波可以穿透化工产品，但又不改变系统的运行状态，不会破坏被测流体的流场，也不会造成任何额外的压力损失。所以它突出的优点是检测可靠，测定迅速，研制成的仪器仪表设备比较便宜，安装简便，可用性好，寿命长，不干扰生产工艺。

3、根据本发明原理设计的超声波固体粘度测量装置具有成本低、体积小、重量轻、操作方便、测试迅速等特点。目前在聚酯切片的检验中已试验成功。

附图说明

附图1为本发明超声波固体粘度计结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种超声波固体粘度测量方法，由以下几部分组成：

1、将超声波发射器与超声波接收器面对面设计成一种可相对移动的滑动夹台，测试前，将待测固体试样夹放在平行设置的超声波发射器与超声波接收器之间，并使超声波发射器与超声波接收器分别接触待测固体试样的相对侧面。

2、超声波发射器发出的超声波分为两部分，一部分超声波bo1通过固体试样传播抵达超声波接收器，另一部分超声波bo2通过与固体试样相同厚度的空气介质传播抵达超声波接收器。

3、利用微处理器中的两个计数器count1、count2以及控制系统，对超声波的发射与接收进行控制和测量，当超声波发射器开始发出超声波时计数器count1开始计数，在超声波bo1穿过待测固体试样抵达超声波接收器时计数器count1停止计数，此时计数器count1记录下超声波bo1穿过固体试样的时间t_试样；当超声波发射器停发超声波时计数器count2开始计数，在超声波接收器接收不到超声波bo2时计数器count2停止计数，此时计数器count2记录下超声波bo2穿过空气介质的时间t_空气。

4、利用微处理器系统通过程序自动计算并显示测试结果。其中，计算公式为：η＝k’×v_试样+b＝k’×[v_空气×t_空气/t_试样]+b    (4)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

      v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

      v_空气为超声波在空气中传播的速度；

      t_空气为超声波在空气中传播的时间；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      b为常数项；

      k’为粘速系数；

k’和b采用一次插值计算方法获得：即采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用以上超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并分别代入公式(4)由二元一次方程组计算出k’和b。

实施例二：一种超声波固体粘度测量方法，与实施例一的不同之处在于：计算特性粘度的公式为：

η＝k×[v_试样]²＝k×[v_空气×t_空气/t_试样]²    (1)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

      v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

      v_空气为超声波在空气中传播的速度；

      t_空气为超声波在空气中传播的时间；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      k为粘速系数；

粘速系数k采用以下两种插值计算方法之一获得：

①、一次插值计算，采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用所述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并代入公式(1)分别计算出k_高和k_低，则粘速系数k由公式(2)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间；

②、二次插值计算，采用高、中、低值三个标准固体试样，在已知高、中、低三个标准固体试样特性粘度值分别为η_高、η_中和η_低的前提下，利用所述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过中值标准固体试样的时间t_中和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_中’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并代入公式(1)分别计算出k_高、k_中和k_低，则粘速系数k由公式(3)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_中为中值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_中为超声波在中值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间。

其它与实施例一相同，这里不再重复。

实施例三：参见图1所示，一种超声波固体粘度计，由一个超声波发生器、一个超声波接收器、单片机以及试样夹持机构组成。所述单片机为PIC16F876单片机，包含CPU、两个计数器count1、count2、存储器、控制器、显示单位以及输出输入端口。所述试样夹持机构由一个固定台与滑动夹台通过夹持机构面对面设置形成，超声波发生器设在滑动夹台上，并位于上方，超声波接收器设在固定台上，并位于下方。超声波发生器的发射面与超声波接收器的接收面之间形成一平行夹持空间。所述夹持机构由滑动机构构成，该滑动机构由一个固定件和一个滑动件通过滑动副连接形成，所述固定件与固定台固定连接，滑动件与滑动夹台固定连接。所述固定件与滑动件之间设有控制滑动行程的螺纹副驱动机构。

超声波发生器和超声波接收器分别通过接口电路与单片机的输出输入端口连接。在超声波发射器的设计上考虑到待测试样对某一超声波波长的敏感程度，将超声波发射器设计成频率可调，以适应不同固体试样，其目的是为了使超声接收器能够正常接收，不要因信号衰减而接收不到信号。超声波频率可调可以通过电路来实现，比如用微处理器来控制超声波的频率。

为了保证接收信号的正常，超声波接收器应分别考虑对bo1和bo2的接收，即超声波接收器以两种不同的放大倍数分别接收并处理一部分超声波bo1和另一部分超声波bo2。这种因为bo1在待测固体试样中传播，由于试样为固体，密度大，所以抵达接收器时的信号大，而bo2在空气中传播，由于空气的密度小，所以抵达接收器时的信号小。因此，如果不采用两种放大倍数分别对bo1和bo2进行接收，有可能bo2的信号接收不到。

超声波发射器和超声波接收器由聚偏氟乙稀PVDF(PolyvinylideneFluoride)材料构成，发射器部分可在夹台的滑槽中滑动，发射器与接收器之间可夹住待测试样。

发射器发出的超声波可分为两部分，在待测固体试样中传播的为bo1，在空气中传播的为bo2。发射时，bo1先于bo2抵达接收器；停止发射时，bo2后于bo1消失于接收器。

单片机智能控制系统的主要功能有：

(1)确定两个高、低标准试样的粘度值；

(2)测试待测试样的粘度值η，它应介于两个高、低粘度值之间；

(3)改变超声波的频率，以适应待测试样；

(4)自动调节对bo1、bo2的接收；

(5)自动显示测试结果。

工作过程如下：

1)超声波发射器发出超声波，单片机控制系统中的计数器count1开始计数；

2)超声波bo1穿透待测固体试样抵达超声波接收器，计数器count1停止计数，此时，count1的读数为t_试样；

3)超声波发射器停发超声波，单片机计数器count2开始计数；

4)超声波接收器接收不到超声波bo2时，单片机的计数count2停止计数，此时，count2的读数为t_空气。

5)利用单片机系统通过程序自动计算并显示测试结果。其中，计算公式为：η＝k’×v_试样+b＝k’×[v_空气×t_空气/t_试样]+b    (4)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

      v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

      v_空气为超声波在空气中传播的速度；

      t_空气为超声波在空气中传播的时间；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      b为常数项；

      k’为粘速系数；

k’和b采用一次插值计算方法获得：即采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用以上超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波bo1穿过高值标准固体试样的时间t_高和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_高’；超声波bo1穿过低值标准固体试样的时间t_低和超声波bo2穿过相同厚度的空气介质的时间t_低’，并分别代入公式(4)由二元一次方程组计算出k’和b。

提高精度的措施如下：

一台粘度计的精度为0.05级、粘度测量范围为0.500～1.000，应该说，它是一台测量精度比较高的仪表了，但它的绝对测量误差还是可达

(1.000-0.500)×0.05＝0.025

同样的精度，采用本发明，它的绝对测量误差仅为

(高粘度试样粘度值-低粘度试样粘度值)×0.05

＝(0.700-0.600)×0.05

＝0.005

实验结构及比较：

仪征化纤聚酯三厂技质科对10个标准聚酯试样分别用毛细管粘度计和超声波固体粘度计进行测试，下表1为测试结果：

仪器/试样	0.600	0.620	0.649	0.649	0.650	0.650	0.651	0.651	0.680	0.700
											毛细管粘度计	0.61	0.61	0.65	0.65	0.65	0.65	0.65	0.65	0.68	0.69
超声波粘度计	0.600	0.617	0.648	0.649	0.650	0.650	0.650	0.650	0.678	0.700

上表表明：

毛细管粘度计精度较低，但已经能满足要求。超声波固体粘度计是一种智能仪器，它把高粘度试样定义为0.700、把低粘度试样定义为0.600，然后测试高低粘度之间的待测试样，显然，对于上表来说，它的测试精度要比传统粘度计高出一个数量级。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种超声波固体粘度测量方法，其特征在于：将一个固体试样夹放在超声波发射器与超声波接收器之间，超声波发射器发出的超声波分为两部分，一部分超声波[bo1]通过固体试样传播抵达超声波接收器，另一部分超声波[bo2]通过与固体试样相同厚度的空气介质传播抵达超声波接收器；然后分别测量出超声波[bo1]穿过固体试样的时间[t_试样]和超声波[bo2]穿过空气介质的时间[t_空气]，并利用公式(1)计算出固体试样的粘度[η]：

η＝k×[v_试样]²＝k×[v_空气×t_空气/t_试样]²            (1)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

       v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

       v_空气为超声波在空气中传播的速度；

       t_空气为超声波在空气中传播的时间；

       t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

       k为粘速系数；

粘速系数k采用以下两种插值计算方法之一获得：

①、一次插值计算，采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用上述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波[bo1]穿过高值标准固体试样的时间[t_高]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_高’]；超声波[bo1]穿过低值标准固体试样的时间[t_低]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_低’]，并代入公式(1)分别计算出k_高和k_低，则粘速系数k由公式(2)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间；

②、二次插值计算，采用高、中、低值三个标准固体试样，在已知高、中、低三个标准固体试样特性粘度值分别为η_高、η_中和η_低的前提下，利用所述超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波[bo1]穿过高值标准固体试样的时间[t_高]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_高’]；超声波[bo1]穿过中值标准固体试样的时间[t_中]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_中’]；超声波[bo1]穿过低值标准固体试样的时间[t_低]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_低’]，并代入公式(1)分别计算出k_高、k_中和k_低，则粘速系数k由公式(3)表示：

式中：k为粘速系数；

      k_高为高值标准固体试样的粘速系数；

      k_中为中值标准固体试样的粘速系数；

      k_低为低值标准固体试样的粘速系数；

      t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

      t_高为超声波在高值标准固体试样中传播的时间；

      t_中为超声波在中值标准固体试样中传播的时间；

      t_低为超声波在低值标准固体试样中传播的时间。

2、根据权利要求1所述的超声波固体粘度测量方法，其特征在于：所述固体试样夹放是将超声波发射器与超声波接收器面对面设计成一种可相对移动的滑动夹台，测试前，将待测固体试样夹放在平行设置的超声波发射器与超声波接收器之间，并使超声波发射器与超声波接收器分别接触待测固体试样的相对侧面；

所述测量超声波穿过固体试样和空气介质的时间是利用两个计数器[count1、count2]以及控制系统，对超声波的发射与接收进行控制和测量，当超声波发射器开始发出超声波时计数器[count1]开始计数，在超声波[bo1]穿过待测固体试样抵达超声波接收器时计数器[count1]停止计数，此时计数器[count1]记录下超声波[bo1]穿过固体试样的时间[t试样]；当超声波发射器停发超声波时计数器[count2]开始计数，在超声波接收器接收不到超声波[bo2]时计数器[count2]停止计数，此时计数器[count2]记录下超声波[bo2]穿过空气介质的时间[t_空气]；

所述计算固体试样的特性粘度[η]是利用微处理器系统通过程序自动计算并显示测试结果。

3、根据权利要求1所述的超声波固体粘度测量方法，其特征在于：将待测固体试样的特性粘度值[η]预先设计在高、低两个标准固体试样粘度值[η_高、η_低]之间对公式(1)进行线性化处理，由于从公式(1)可知固体试样的特性粘度[η]与超声波在固体试样中传播的速度v_试样之间为二次函数关系，即η＝k×[v_试样]²，当待测固体试样的特性粘度值[η]介于高、低两个标准固体试样粘度值[η_高、η_低]之间时，公式(1)由公式(4)取代：

η＝k’×v_试样+b＝k’×[v_空气×t_空气/t_试样]+b            (4)

式中：η为待测固体试样的特性粘度；

       v_试样为超声波在待测固体试样中传播的速度；

       v_空气为超声波在空气中传播的速度；

       t_空气为超声波在空气中传播的时间；

       t_试样为超声波在待测固体试样中传播的时间；

       b为常数项；

       k’为粘速系数；

k’和b采用一次插值计算方法获得：即采用高、低值两个标准固体试样，在已知高、低两个标准固体试样特性粘度值分别为η_高和η_低的前提下，利用以上超声波固体粘度测量方法分别测量出超声波[bo1]穿过高值标准固体试样的时间[t_高]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_高’]；超声波[bo1]穿过低值标准固体试样的时间[t_低]和超声波[bo2]穿过相同厚度的空气介质的时间[t_低’]，并分别代入公式(4)由二元一次方程组计算出k’和b。

4、根据权利要求2或3所述的超声波固体粘度测量方法，其特征在于：所述超声波发射器设计成频率可调，以适应不同固体试样对超声波不同波长的敏感度。

5、根据权利要求2或3所述的超声波固体粘度测量方法，其特征在于：所述超声波接收器以两种不同的放大倍数分别接收并处理一部分超声波[bo1]和另一部分超声波[bo2]。

6、一种超声波固体粘度测量装置，其特征在于：包括超声波发生器、超声波接收器、微处理器以及试样夹持机构；所述微处理器包含CPU、两个计数器[count1、count2]、存储器、控制器以及输出输入端口；所述试样夹持机构由一个固定台与滑动夹台通过夹持机构面对面设置形成，超声波发生器和超声波接收器两者中，一个设置在固定台上，另一个设置在滑动夹台上，而且超声波发生器的发射面与超声波接收器的接收面之间形成一平行夹持空间，超声波发生器和超声波接收器分别通过接口电路与微处理器的输出输入端口连接。

7、根据权利要求6所述的超声波固体粘度测量装置，其特征在于：所述夹持机构由滑动机构构成，该滑动机构由一个固定件和一个滑动件通过滑动副接形成，所述固定件与固定台固定连接，滑动件与滑动夹台固定连接。

8、根据权利要求7所述的超声波固体粘度测量装置，其特征在于：所述固定件与滑动件之间设有控制滑动行程的螺纹副驱动机构。

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