一种塑料管道电熔焊接智能监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及塑料管道电熔焊接领域，旨在提供一种塑料管道电熔焊接智能监测装置与方法。该装置包括装置输入端口与装置输出端口，装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相接，装置输出端口与焊接元件相接；以及电压传感器、电流传感器、温度传感器、信号调理电路、数字控制器、EEPROM存储器和通信电路。本发明专利技术能适用于市面上不同型号规格的电熔焊机，而不需要调整电熔焊机本身。产品结构上兼容不同型号规格的电熔焊机，能够方便、直接地安装在电熔焊机上，使用便捷。采用通用器件，同时对输出电压为直流与交流的不同焊机进行检测，具备很好的通用性；体积小巧轻便，具有便捷性与安全性。对焊接热量计算更精准，能实现焊接全过程监测。

Intelligent monitoring device and method for electric welding of plastic pipes

The invention relates to the field of plastic pipe electrofusion welding, aiming at providing an intelligent monitoring device and method for plastic pipe electrofusion welding. The device includes the input port of the device and the output port of the device, the input port of the device is connected with the output port of the welding power source of the electric welding machine, and the output port of the device is connected with the welding element; and the voltage sensor, the current sensor, the temperature sensor, the signal conditioning circuit, the digital controller, the EEPROM memory and the communication circuit. The invention can be applied to different types of welding machines on the market without adjusting the welding machine itself. The product structure is compatible with different types of welding machine specifications, can be conveniently and directly installed on the welding machine, easy to use. It has good versatility, compact and portable size, convenience and safety by using general devices and testing different welding machines whose output voltage is DC and AC. The calculation of welding heat is more accurate, and the whole process of welding can be monitored.

【技术实现步骤摘要】
一种塑料管道电熔焊接智能监测装置与方法
本专利技术属于塑料管道电熔焊接领域，具体涉及一种塑料管道电熔焊接智能监测装置与方法。
技术介绍
塑料管道在世界各国燃气管道中的广泛应用，是管道领域“以塑代钢”最为引人注目的成就。近年来，我国塑料管道发展十分迅速，我国目前实施的“煤改气”项目中城镇燃气管道的使用率达95％以上，使用量巨大。电熔连接是塑料管道最主要的连接方法之一。通过对预埋设在电熔管件内的电热丝通电而使其发热，从而使管件的内表面及管材的外表面分别被熔化，由塑料焊管自身的热胀效应，在熔胀压力的作用下，使塑料管道与其连接件熔焊在一起。大量研究和实践证明，焊接输入热量对焊接质量具有重要影响。焊接输入热量不足，将使电熔接头产生冷焊缺陷；而焊接输入热量过大，将使接头产生过焊缺陷。对焊接输入热量进行精确控制与监测，对保证电熔焊接质量具有至关重要的作用。近年来许多学者开展了许多对电熔焊机设计开发的相关研究。如浙江大学李分秋提出一种逆变式的电熔焊机，为焊接提供稳定的焊接电压或电流；浙江大学徐玫提出一种恒温控制的电熔焊机系统；东南大学彭洋军等提出一种提高焊接质量和焊接效率智能电熔焊机；浙江大学施建峰等提出能够防止冷焊与过焊的电熔焊接方法与电熔焊机，并提出通过无线网络实现焊接质量监控的方法。虽然各类新型电熔焊机不断被研制开发出来，目前市场上新型电熔焊机的使用率仍然很低，绝大多数仍采用传统的有效值为39.5V的交流电熔焊机。主要原因是传统电熔焊机成本较低，且与市面上多数电熔管件产品配套相容性较好。但传统电熔焊机往往无法采集焊接过程的电压、电流数据，或没有配备相应的数据接口输出相关焊接数据，导致近两年大量施工安装的塑料管道电熔接头焊接过程没有数据记录，也无法进行追溯与系统管理。此外，在实际塑料管道电熔焊接过程中存在着许多影响焊接质量的干扰因素。比如电熔焊机的负载电阻丝较长且是绕制的，因此往往存在一定的电感值，这会导致功率因数不为1，实际焊接有功功率下降。在实际工况下，焊接接口也可能会存在一定杂质，导致接触电阻上升，总电流和有功功率下降。实际焊接时的环境温度也会对焊接所需时间造成一定影响。这些实际情况都可能导致冷焊，过焊等焊接缺陷，然而市面上的电熔焊机并没有相应的监测方法和设备。虽然现在市场对具有实时监控与数据存储系统管理功能的智能电熔焊机有着巨大的需求。但是由于现有焊接工艺往往与电熔焊机有着密切联系，替换电熔焊机往往需要同时调整配套的焊接工艺，导致智能电熔焊机推广困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种塑料管道电熔焊接智能监测装置与方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种塑料管道电熔焊接智能监测装置，包括用于向装置内各设备或电路供电的供电电路；还包括：通过内部线缆相连的装置输入端口与装置输出端口，装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相接，装置输出端口与焊接元件相接；电压传感器，通过装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相连，用于采集电熔焊机的输出电压信号；电流传感器，套装在所述内部线缆上，用于采集电熔焊机的输出电流信号；温度传感器，用于采集电熔焊机的工作环境温度信号；信号调理电路，分别与所述电压传感器、电流传感器、温度传感器相连，用于将采集的信号进行电平转换与滤波，输入数字控制器中；数字控制器，与信号调理电路相连；数字控制器中内嵌采样信号处理模块，用于对输出电压、输出电流、工作环境温度的信号进行AD采样和处理，经计算得到实时的焊接热量；EEPROM存储器，与数字控制器相连；用于存储在电熔焊机工作过程中采集或计算得到的输出电压、输出电流、工作环境温度、焊接热量的数据；通信电路，与数字控制器相连；用于将所述输出电压、输出电流、环境温度、焊接热量的数据进行调制，并发送至终端通信设备。本专利技术中，所述供电电路与内部线缆相连，用于将电熔焊机的输出电压转换为装置内各设备或电路能够接受的工作电压；供电电路中包括桥式不控整流电路与Buck型DC-DC变换器。本专利技术中，该装置还包括外壳，用于容纳电压传感器、电流传感器、信号调理电路、数字控制器、EEPROM存储器与通信电路；所述温度传感器设置在外壳表面。本专利技术中，所述通信电路中包括蓝牙发射模块、RFID发射模块和GPS发射模块；所述终端通信设备是内置了蓝牙接收模块、RFID接收模块和GPS接收模块的电脑、手机或工装手持终端。本专利技术中，所述电压传感器是采样电阻，所述电流传感器是电流互感器。本专利技术中，所述装置输入端口通过焊接线缆或直接对接的方式连接至电熔焊机的焊接电源输出端，装置输出端口通过焊接线缆或直接对接的方式连接至焊接元件的焊接电源输入端。本专利技术中，所述装置输入端口具有与焊接线缆或电熔焊机的焊接电源输出端相匹配的公头结构或母头结构；所述装置输出端口具有与焊接线缆或焊接元件相匹配的公头结构或母头结构。本专利技术进一步提供了利用前述装置对塑料管道电熔焊接过程进行监测的方法，包括以下步骤：(1)将装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相连，装置输出端口与焊接元件的焊接电源输入端相连；(2)启动电熔焊机进行塑料管道的焊接操作；在焊接过程中，以电压传感器采集电熔焊机的输出电压信号，以电流传感器采集电熔焊机的输出电流信号，以温度传感器采集电熔焊机的工作环境温度信号；(3)信号调理电路将采集到的三种信号进行电平转换与滤波，输入内嵌于数字控制器的采样信号处理模块中，由其对采集信号进行AD采样和处理，经计算得到实时的焊接热量；(4)将电熔焊机工作过程中采集或计算得到的数据存储在EEPROM存储器中；由通信电路调制后，按设定的周期发送至终端通信设备。本专利技术中，所述焊接热量是通过下述方式计算获得的：Q＝ΣUtItΔt其中，Ut、It分别为各个时刻测量得到的电压和电流信号，Δt为电压和电流信号的采样时间间隔。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：(1)本专利技术中的装置具有独立的结构形体，能适用于市面上不同型号规格的电熔焊机，而不需要调整电熔焊机本身。产品结构上兼容不同型号规格的电熔焊机，能够方便、直接地安装在电熔焊机上，使用便捷。(2)本专利技术采用通用的电压传感器、电流传感器、温度传感器，可同时对输出电压为直流与交流的不同焊机进行检测，具备很好的通用性；且体积小巧轻便，具有很强的便捷性与安全性。(3)本专利技术集成多种传感器，对焊接热量计算更精准，能实现焊接全过程监测。(4)本专利技术可通过蓝牙、RFID、GPS与手机或电脑等终端设备进行通信，直接显示焊接过程的热量、平均电压、平均电流，具有很好的应用扩展性。附图说明图1为本专利技术所述装置结构原理示意框图。图2为本专利技术中供电电路的电路结构示意图。图3为本专利技术在电熔焊接过程中的连接关系示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。首先需要说明的是，在本专利技术的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本专利技术的实现原理和专利技术目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本专利技术。前述软件功能模块包括但不限于：采样信号处理模块等，凡本专利技术申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。如图1所示，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塑料管道电熔焊接智能监测装置，包括用于向装置内各设备或电路供电的供电电路；其特征在于，还包括：通过内部线缆相连的装置输入端口与装置输出端口，装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相接，装置输出端口与焊接元件相接；电压传感器，通过装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相连，用于采集电熔焊机的输出电压信号；电流传感器，套装在所述内部线缆上，用于采集电熔焊机的输出电流信号；温度传感器，用于采集电熔焊机的工作环境温度信号；信号调理电路，分别与所述电压传感器、电流传感器、温度传感器相连，用于将采集的信号进行电平转换与滤波，输入数字控制器中；数字控制器，与信号调理电路相连；数字控制器中内嵌采样信号处理模块，用于对输出电压、输出电流、工作环境温度的信号进行AD采样和处理，经计算得到实时的焊接热量；EEPROM存储器，与数字控制器相连；用于存储在电熔焊机工作过程中采集或计算得到的输出电压、输出电流、工作环境温度、焊接热量的数据；通信电路，与数字控制器相连；用于将所述输出电压、输出电流、环境温度、焊接热量的数据进行调制，并发送至终端通信设备。

【技术特征摘要】
1.一种塑料管道电熔焊接智能监测装置，包括用于向装置内各设备或电路供电的供电电路；其特征在于，还包括：通过内部线缆相连的装置输入端口与装置输出端口，装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相接，装置输出端口与焊接元件相接；电压传感器，通过装置输入端口与电熔焊机的焊接电源输出端相连，用于采集电熔焊机的输出电压信号；电流传感器，套装在所述内部线缆上，用于采集电熔焊机的输出电流信号；温度传感器，用于采集电熔焊机的工作环境温度信号；信号调理电路，分别与所述电压传感器、电流传感器、温度传感器相连，用于将采集的信号进行电平转换与滤波，输入数字控制器中；数字控制器，与信号调理电路相连；数字控制器中内嵌采样信号处理模块，用于对输出电压、输出电流、工作环境温度的信号进行AD采样和处理，经计算得到实时的焊接热量；EEPROM存储器，与数字控制器相连；用于存储在电熔焊机工作过程中采集或计算得到的输出电压、输出电流、工作环境温度、焊接热量的数据；通信电路，与数字控制器相连；用于将所述输出电压、输出电流、环境温度、焊接热量的数据进行调制，并发送至终端通信设备。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电电路与内部线缆相连，用于将电熔焊机的输出电压转换为装置内各设备或电路能够接受的工作电压；供电电路中包括桥式不控整流电路与Buck型DC-DC变换器。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括外壳，用于容纳电压传感器、电流传感器、信号调理电路、数字控制器、EEPROM存储器与通信电路；所述温度传感器设置在外壳表面。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信电路中包括蓝牙发射模块、RFID发射模块和GPS发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若琦，李俊英，
申请(专利权)人：诸暨市逍遥管道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33