[发明专利]流动体系的粘度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及声波检测领域，尤其涉及搅拌釜、管道和环管中流体粘度 的声波检测方法。

背景技术

粘度是流体的重要物理性质和技术指标之一，流体的粘性是流体微团 间发生相对滑移时产生切向阻力的性质，是流体抵抗剪切变形的能力或属 性。粘度的测定在许多工业部门和科学研究领域中都具有重要意义，特别 是在石油化工、医药、冶金、食品等行业中。搅拌釜、管道和环管在众多 领域都有广泛的应用，对搅拌釜、管道和环管中流体粘度的测量是控制生 产流程、保证安全生产、控制与评定产品质量及科学研究的重要手段。

搅拌釜、管道和环管是工业生产中的核心设备，伴随着混合、溶解、 反应等过程的进行，不断发生着各种物理化学变化，从而使流体的粘度也 随之而变。若能实现流体粘度的实时在线检测，将能大大提高产品质量， 并降低生产消耗。然而传统的流体粘度检测方法，如旋转剪切速率降速式 粘度测量法(ZL96109032.4)、强迫共振法的流体粘度测量方法 (ZL200710030380.3)等，都只能用于离线检测，无法应用于在线检测。 而Brookfield公司和Cambridge公司的粘度检测仪(US5,531,102)，具有 较高的检测精度，测量结果能够基本满足很多工业过程的要求，然而，这 些粘度检测仪及相关配套器件价格昂贵、维护保养复杂，同时检测时还需 要将检测仪插入到流体中，从而改变流体的流场分布，不利于流程的稳定 运行。

专利号为ZL01822778.3的中国发明专利中提出了“声探测器”的概 念，通过将探测器安装在与聚合反应器伸出的管子相联的线管外壁并用来 监测聚合物的流变性质。然而，探测器需要定位在与聚合反应器伸出的管 子相联的线管外壁，由于线管包括结构细部，这就产生了诸如聚合物堵塞 线管以及维护保养复杂等困难。为了克服以上困难，我们采用了高频频率 采样，直接检测流体撞击壁面的声发射信号。通过实验发现将声波传感器 直接定位在管路的外壁，拾取流体撞击壁面的声波信号，通过分析能准确 得到流体的粘度。该方法不仅适用于管路中流体粘度的测定，同时能准确 的测定搅拌釜和环管中流体的粘度。

发明内容

本发明提出了一种具有准确度高、安全环保、简易快捷、价格合理的 流体粘度声发射检测技术，通过提取声发射信号中的特征变量，并结合特 征变量与流体粘度的回归模型，进而实现流体粘度的在线检测。

一种流动体系的粘度的检测方法，包括以下步骤：

1)在流动体系所在的装置外壁设置声发射信号接收装置；

2)接收流体撞击壁面所产生的声发射信号；

3)选取声发射信号中的平均能量或特征频段的能量作为特征变量；

4)将3)中选取的特征变量代入预先标定的特征变量与流体粘度间的 粘度预测模型，计算得到流动体系的粘度。

所述的流动体系包括液体、气液体系或气液固体系。

所述的流动体系所在的装置指的是包括内部存在是流动体系的搅拌 釜、管道和环管。

所述的声发射信号接收装置的安装在流动体系所在的装置外壁，不会 影响装置内部多相流体的运动或内部的化学反应。

所述的声发射信号中的平均能量，是通过对采集到的声发射信号，使 用快速傅立叶变进行频谱分析后，直接积分得到的。

所述的声发射信号中的特征频段的能量，是通过对采集到的声发射信 号，使用快速傅立叶变进行频谱分析，得到流体撞击壁面产生声发射信号 的特征频段后，对特征频段的进行积分得到的。

所述的选取声发射信号中特征频段判断指的是分析接收装置采集到 的声发射信号，利用快速傅立叶变换做频谱分析，将符合以下规律的区域 作为特征频段：当流体粘度增加时，壁面附近的流体的速度降低，撞击壁 面变得平缓，声发射信号的能量降低；当流体粘度降低时，壁面附近的流 体的速度增加，撞击壁面变得剧烈，声发射信号的能量增加。

所述的特征变量与流体粘度间的预测模型，是所述的特征变量与流体 粘度成如下的对应关系：

μ＝A₁*exp(E/t₁)+y₀

其中μ为流体的粘度；E为特征变量；A₁、t₁、y₀为系数，通过预先 标定的已知粘度的流动系统的特征变量与流体粘度间的标准曲线确定。