[發明專利]一種非介入式管道內流體壓力測量方法

有效

• 申請號: 201610068880.5
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105738028B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 徐春廣;呂卓;李煥新;潘勤學;田海兵;宋劍鋒;王俊峰;張翰明;徐栗穎
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01L11/06
• 分類號: G01L11/06;G01L11/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

本發明公開了一種非介入式管道內流體壓力測量方法，解決了在不破壞管路結構的前提下對管道內部流體壓力的監測問題，該方法基于選取的拉伸試塊和零應力試塊獲得應力系數K和對應的超聲臨界折射縱波傳播的時間；記數據采集卡采集超聲收發卡的聲時差數據發送給主控機，主控機通過計算獲得被測管道的超聲臨界折射縱波傳播的時間；并獲得管道外表面測量位置的服役應力；利用管道試件進行打水壓應力測量實驗，獲得非介入式管道內流體壓力測量系數和管道外表面應力與管道內流體壓力之間的定量關系模型；最終得管道內流體壓力的測量值。該方法試驗裝置不僅結構簡單且該方法測量精確度和可靠性均高。

技術領域

本發明屬于流體力學技術領域，具體涉及一種非介入式管道內流體壓力測量方法。

背景技術

對液壓系統、氣體或流體的輸送管道內部進行壓力測量，是監測管道系統運行狀態和管道故障診斷的主要方法和手段。目前液壓測量主要采用介入式測量，常用的介入式測量有機械壓力表或應變式、壓阻式、振弦式等壓力測量方法，但所述方法的缺點是它們均屬于介入式測量，不但破壞管路結構的整體性即需預留壓力的測量接口，且具有可靠性差、故障定位困難等缺點，尤其在高壓條件下，容易留下安全隱患，因此急需研究一種可靠的非介入式測量方法。

目前，國內外的非介入式壓力測量研究尚處于不成熟、探索階段，對液壓系統的非接觸測量的研究方法主要集中在超聲波法、熱學法、應變法和電容法四個方向。熱學法由于加熱較困難、測量時間較長，因此現已很少被使用；應變法是基于管路的彈性變形，利用流體對金屬管道產生壓力，從而使管道徑向產生彈性形變的基本原理，通過檢測管路外徑的微小變形量即可算出管路內部壓力。應變法由于應變片安裝的夾具安裝操作較麻煩，且管道的變形量極其微小，所以導致該測量方法的靈敏度和精度均較低；電容法是根據流體的介電常數會隨流體的壓力和溫度變化而產生變化的原理來進行測量的，該方法由于電容本身的結構限制，所以一般用來測量管徑在15mm以下的管道內流體壓力，使用范圍較小；超聲法由于具有無活動感應部件、不破壞流體流場、無機械慣性、動態測量能力強、安裝使用方便等優點，因此具有更大的研究價值。

近年來國內外學者雖在超聲非介入式測量方面的研究取得了一定的進展，但依然處于不成熟的階段。上海交通大學彭丹提出的超聲非介入式測量方法是將超聲波的收發兼用探頭布置在管道外表面上，發射超聲波穿過上管壁再進入流體，經下管壁反射再次經過流體和上管壁而被探頭接收，根據測得的時間可以計算得出超聲波的波速，進而根據波速變化確定管道中流體的壓力值。由于該方法中超聲波在管道與流體之間多次進行反射和折射，所以聲衰減大，可靠性較低。

因此，研究一種更為可靠的非介入式管道內流體壓力測量的理論和方法具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種非介入式管道內流體壓力測量方法，能夠解決在不破壞管路結構的前提下對管道內部流體壓力的監測問題，而且該測量方法具有可重復性。

基于一種非介入式管道內流體壓力測量的試驗裝置，進行該測量所利用的試驗裝置包括超聲發射探頭、超聲接收探頭、工控機和溫度變送器；所述超聲發射探頭和超聲接收探頭均與工控機連接，工控機包括超聲收發卡、數據采集卡和主控機；其特征在于，一種非介入式管道內流體壓力測量方法的步驟如下：

步驟一，選取與被測管道的金相組織狀態和表面粗糙度均相同的材料作為拉伸試塊和零應力試塊；

步驟二，基于拉伸試塊，對其進行拉伸試驗，并獲得應力系數K；

步驟三，針對零應力試塊，在其上選一區域作為服役應力超聲測量區域，并對零應力試塊進行校準，超聲發射探頭和超聲接收探頭均布置在零應力試塊的服役應力超聲測量區域的兩端，主控機激勵超聲收發卡產生超聲波，并通過超聲發射探頭發射和超聲接收探頭接收，數據采集卡采集超聲收發卡的聲時差數據發送給主控機，主控機通過計算獲得零應力試塊的零應力所對應的超聲臨界折射縱波傳播的時間t₀；