一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统的制作方法

专利名称：一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物熔体温度场的测量方法及系统，尤其涉及一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统。
背景技术：
从大飞机机身所用碳纤维到人工心脏搭桥所需支架，甚至到高铁、新能源汽车、海工装备等战略新兴产业，无不与现代聚合物成型机械制造产品紧密相连，聚合物成型机械未来发展前景十分广阔。研究表明，在聚合物加工过程中，聚合物熔体温度是否合适、稳定，不仅影响聚合物熔体流变性能、稳定性，还直接影响制品产量、质量、能效等。此外，其对制品最终产品性能，如尺寸精度、翘曲和残余应力等也具有重大影响，但是由于测量温度手段限制，只能测量机筒内壁温度或者机筒内某点熔体温度。目前还缺乏有效手段测量加工过程中聚合物熔体温度场，导致加工机械状态不稳定、制品尺寸精度低、壁厚均匀性差、废品率高，从而浪费大量原材料和能量。目前，国内外用于测量聚合物熔体温度的传感器有接触式和非接触式两种接触式温度传感器有热电偶和热电阻等，现有接触式测量温度方法难以测到聚合物熔体温度，如果将接触式温度传感器插入聚合物成型机械机筒内，会影响聚合物加工过程，使温度传感器寿命减短。非接触式温度传感器有红外测温仪、超声波温度传感器、光学温度计等，而光学温度计不适合测量加工过程中聚合物熔体温度，通常采用红外测温仪和超声波温度传感器。红外测温仪测量熔体表面温度，且为整体平均温度。该测量方法还与聚合物熔体透明度有关。此外需要根据特定材料对红外测温装置进行改造，测量温度精度受被测材料影响，温度标定难，这些缺点限制了红外测温仪在聚合物成型机械上的应用。超声波温度传感器具有非侵入、快速响应等优点，但超声波在熔体中的传播速度与聚合物熔体温度、压力、材料有关，因此需要根据它们之间关系事先标定，通过测量超声波传播速度、压力可以得到温度值。这种测量方法可测得截面平均温度，而不能提供截面温度分布，并且标定很复杂。英国学者Kelly A. L.等人研制出一种新型热电偶网测量挤出机熔体温度分布，并对热电偶网进行标定及参数优化，为螺杆设计、塑料挤出加工工艺提供技术支持，但这种热电偶网的采集电路设置在热电偶网上，若采集电路出现故障，更换和维修相当麻烦。此外，热电偶网是侵入式，必定会对聚合物熔体流动造成影响。
综上所述，现有温度测量方法难以测量聚合物熔体温度场，而如何精确非侵入式测量熔体温度场是亟待解决的难题。

发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统。所述技术方案如下—种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法，包括
A测量已标定的电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板间电容值；B根据电容层析图像重建算法； C将所测量电容值重构出聚合物熔体介电常数分布；D建立聚合物熔体介电常数与温度的关系模型；E根据关系模型将聚合物熔体介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量系统，包括电容式聚合物熔体温度场传感器，包括电极板、绝缘管道、屏蔽罩、信号线；聚合物熔体温度场数据采集系统，用于测量已标定的电容式聚合物熔体温度传感器电容极板间电容值；聚合物熔体温度场成像系统，用所测量电容值推算测量区域内聚合物熔体介电常数分布，并根据聚合物熔体介电常数与温度关系模型将介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。本发明提供的技术方案的有益效果是该测量方法可提供聚合物熔体温度空间分布状况，大大提高了人们对聚合物熔体温度获取能力，优于传统局部单点测量方式，解决现有测量温度方法难以测到聚合物熔体温度场难题，具有非侵入、响应速度快、结构简单、成本低等优点。


图I是基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法流程图；图2是基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量系统结构原理图；图3是基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量系统结构图；图4是基于电容层析成像的电容式聚合物熔体温度场传感器；图5是基于电容层析成像的聚合物熔体温度场数据采集系统结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述本实施例提供了一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法，其中，参见图1，所述方法包括以下步骤步骤10测量已标定的电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板间电容值；步骤20根据电容层析图像重建算法；步骤30将所测量电容值重构出聚合物熔体介电常数分布；步骤40建立聚合物熔体介电常数与温度的关系模型；步骤50根据关系模型将聚合物熔体介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。上述步骤30具体包括根据电磁场理论，任何电磁场都可用麦克斯韦方程组表示
权利要求
1.一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法，其特征在于，所述方法在于，所述方法包括 A测量已标定的电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板间电容值； B根据电容层析图像重建算法； C将所测量电容值重构出聚合物熔体介电常数分布； D建立聚合物熔体介电常数与温度的关系模型； E根据关系模型将聚合物熔体介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。
2.根据权利要求I所述的基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法，其特征在于，所述步骤C具体为通过测量电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板之间电容重构出聚合物熔体介电常数分布。
3.一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量系统，其特征在于，所述系统包括 电容式聚合物熔体温度场传感器，包括电极板、绝缘管道、屏蔽罩、信号线； 聚合物熔体温度场数据采集系统，用于测量已标定的电容式聚合物熔体温度传感器电容极板间电容值； 聚合物熔体温度场成像系统，用所测量电容值推算测量区域内聚合物熔体介电常数分布，并根据聚合物熔体介电常数与温度关系模型将介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。
4.根据权利要求3所述的基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量系统，其特征在于，所述聚合物熔体温度场数据采集系统包括C/V转换电路、放大电路、模数转换器ADC，所述 C/V转换电路，用于将测量电容转换为电压信号； 放大电路，用于将电压进行放大； 模数转换器ADC，用于将电压信号转换为数字电压信号并将数字电压信号发送至PC。
全文摘要
本发明公开了一种基于电容层析成像的聚合物熔体温度场测量方法及系统，所述方法包括测量已标定的电容式聚合物熔体温度场传感器电容极板间电容值；根据电容层析图像重建算法；将所测量电容值重构出聚合物熔体介电常数分布；建立聚合物熔体介电常数与温度的关系模型；根据关系模型将聚合物熔体介电常数分布转换为相对应的聚合物熔体温度场。本发明提高了人们对聚合物熔体温度获取能力，优于传统局部单点测量方式，解决现有测量温度方法难以测到聚合物熔体温度场难题，具有非侵入、响应速度快、结构简单等优点。
文档编号G01K7/34GK102620855SQ201210089479
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者凌鹏涛, 刘桂雄, 洪晓斌 申请人:华南理工大学