基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法技术

本发明专利技术公开了基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法；该方法利用管壁内液体在不同压力、温度下声速不同，来间接测量管道液体的压力值；用超声在管壁内的纵波反射时间来消除了超声换能器安装、耦合剂、电路延时造成的测量误差，实现了对管道内液体传输时间的精确测量，并建立管道内液体传输时间和液体温度与管道内液体压力值的对应数学模型。该测量装置采用MS1030时间数字转换芯片为主，高速ADC数据采集为辅的电路设计结构进行超声传输时间测量，以微处理器为核心，通过控制超声的发送与接收信号的时间与温度的测量，经过相应的数学计算转换为压力值并予以显示，有效的解决特殊场合要求的非介入式压力测量问题。的解决特殊场合要求的非介入式压力测量问题。的解决特殊场合要求的非介入式压力测量问题。

【技术实现步骤摘要】
基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法


[0001]本专利技术属于压力计量校准
，具体涉及基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法。

技术介绍

[0002]压力容器式指盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设备。睡着经济的发展和社会进步，压力容器已经深入融合到人们的生产和生活中，如冶金、医药行业的各种过程和反应设备；电力和能源领域的锅炉和煤气液化设施；核工业中的反应堆力壳；日常生活中的高压锅、液化气罐等。一般而言，压力容器都安装在高压、高温等恶劣环境中，承载的介质也多为易燃、易爆和强腐蚀性的物质。一旦在运行过程中由于种种原因发生泄漏、损坏或失效，将会造成人员伤亡和经济损失，直接威胁到广大群众的生命财产安全。因此，压力检测在生产活动中具有特殊的价值和意义，在实际应用中必须实时监测并动态控制压力容器的内部压力，不仅可以及时消除可能出现的安全隐患，而且有利于提高企业生产效益。
[0003]传统的压力检测方法均为介入式，其特点式测压元件必须与被测介质充分接触。一般是在被测对象上开孔，然后通过管道将被测的压力引至压力检测仪表的敏感元件处。介入式测压因其可靠、精度高、价格低廉的特得到广泛应用，但存在以下弊端：1)开孔处易产生应力集中，应力峰值可达到薄膜应力的3～6倍，降低容器使用寿命。2)不便于增加额外测试点。3)大多数压力容器不允许开孔。对于上述弊端，非介入式压力检测方法在一定程度上得到了改善。
[0004]非介入式测压根据工作原理的不同可分为应变式测压方法、光纤式测压方法、电容式测压方法和超声波测压方法。应变式测压方法的原理是直接把应变片粘贴在压力容器管壁上，其电阻率会随着容器内压变化引起的机械变形而发生相应的变化，从而实现压力测量。该方法态特性好，机械滞后小，可测微小应变，但抗干扰能力交叉，存在塑性变形和零漂、非线性严重、测量准确低。光纤式测压方法的原理是在压力变化的作用下，施加在光纤上垂直于轴线方向的应力会使光纤微弯曲变形，从而改变光的幅值，在光纤的输出端面采用光电检测光强度的变化。该方法不受电磁干扰、响应速度快、耐热等特点，但由于其造价过于昂贵、对安装技术要求高，应用范围十分有限。电容式测压方法的原理是当压力改变时，介电常数也会发生相应变化，然后代入两者之间的关系模型中即可获得压力值。介电常数容易受到介质成分和温度的影响，且容易受电磁环境影响，一般用于小管径对象。基于幅值衰减的超声波法压力检测，由于超声波在介质内传播，容易受到介质性质和温度的影响。此外，换能器的安装方式和耦合剂会引入较大干扰，当容器壁较薄时，入射信号会与反射信号重叠，无法辨别真实的接收信号。基于波速变化的超声波压力检测克服了介质带来的影响，但换能器安装、温度以及耦合剂等因素依然会对压力检测精度带来一定影响。
[0005]基于超声波测压方法已经受到了国内外学者的高度重视，不同波形(临界折射纵波、反射纵波、瑞利波等)被用于进行压力检测和应力分析，也取得了丰硕的科研成果，如下:
[0006]CN201810113906.2基于相邻纵波间时延间隔的非介入式压力检测方法；
[0007]吴英思.基于超声导波声弹性效应的非介入式管道压力检测机理研究[D].内蒙古农业大学,2019。
[0008]以上方法和探索分别采用不同类型的超声波实现了非介入式压力检测，改善了温度的影响。但仍然存在着一些亟待改善的不足之处。首先，压力容器的声弹性效应非常弱且容易受干扰，压力所引起的渡越时间的变化量非常小，压力的准确测量依赖于渡越时间的高精度测量。但温度、超声波换能器的性质、换能器的安装、超声波激发和接收电路以及耦合剂等都会对渡越时间有较大影响，如何减小或消除这些因素的影响成为迫切需要解决的问题。采用两波参比的测量方式虽然能降低温度的影响，但不能完全消除，而且需要多个超声换能器，测量装置复杂。基于多波融合的建模的方法综合了各个波形的信息，较大程度的提高了测量精度，但耦合剂、换能器的安装、换能器的起振等工作特性、超声波激发和接收电路等对超声波渡越时间都会有较大的影响。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法，提出了精确测量管道液体超声波纵波传播速度的方法，基于声速会随液体压力的变化的原理间接测量金属管道液体的压力值。
[0010]本专利技术所采用的技术方案是，基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法，通过压力测量装置实现测量过程，所述装置包括全自动压力校验仪、一对超声换能器、温度传感器、高低温箱和超声时间测量装置，高低温箱和全自动压力校验仪分别用于超声时间测量装置标定时控制管道液体的温度和压力值，超声换能器和温度传感器安装在管道表面，超声时间测量用于激发超声并接收记录多次反射纵波的时间值，并反算出压力值。
[0011]本专利技术的特点还在于：
[0012]其中基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法，具体按以下步骤实施：
[0013]步骤1，将一对超声波发射、接收换能器和温度传感器布置在压力容器外表面，当超声波发射换能器激发出一次超声波，超声波纵波在管道内部发生多次透射和反射，通过分别测量反射波在管壁内的反射传播时间和管壁与液体的总反射传播时间，计算出反射波在管道液体中的传播时间，同时测量温度值；
[0014]步骤2，在同一管道、液体介质下，并在同一温度下，记录不同压力下超声在管道中传输的透射和反射的各个时间节点，并将压力值与温度值一同保存；
[0015]步骤3，在同一管道、液体介质下，并在同一压力下，记录不同温度下超声在管道中传输的透射和反射的各个时间节点，并将压力值与温度值一同保存；
[0016]步骤4，根据步骤2和步骤3中获取的数据，建立对应的压力测量模型；
[0017]步骤5，根据步骤4建立的压力测量模型和待测压力管道液体的传输时间与温度，计算待测管道内的压力值；
[0018]其中步骤4中压力预测模型为：用线性插值法计算在温度T下，每个压力对应校准时间点t
j
：
[0019]t
j
＝t
i
+(T
‑
T
i
)*((t
i+1
‑
t
i
)/(T
i+1
‑
T
i
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0020]通过时间点t
j
，使用线性插值法计算出压力值：
[0021]P＝P
j
+(t
‑
t
j
)*((P
j+1
‑
P
j
)/(t
j+1
‑
t
j
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0022]其中步骤1中所测最终超声传播时间为在管道内液体中管道内壁来回反射的时间；
[0023]其中温度传感器紧贴管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法，其特征在于，通过压力测量装置实现测量过程，所述装置包括全自动压力校验仪、一对超声换能器、温度传感器、高低温箱和超声时间测量装置，高低温箱和全自动压力校验仪分别用于超声时间测量装置标定时控制管道液体的温度和压力值，超声换能器和温度传感器安装在管道表面，超声时间测量用于激发超声并接收记录多次反射纵波的时间值，并反算出压力值。2.根据权利要求1所述的基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测量方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，将一对超声波发射、接收换能器和温度传感器布置在压力容器外表面，当超声波发射换能器激发出一次超声波，超声波纵波在管道内部发生多次透射和反射，通过分别测量反射波在管壁内的反射传播时间和管壁与液体的总反射传播时间，计算出反射波在管道液体中的传播时间，同时测量温度值；步骤2，在同一管道、液体介质下，并在同一温度下，记录不同压力下超声在管道中传输的透射和反射的各个时间节点，并将压力值与温度值一同保存；步骤3，在同一管道、液体介质下，并在同一压力下，记录不同温度下超声在管道中传输的透射和反射的各个时间节点，并将压力值与温度值一同保存；步骤4，根据步骤2和步骤3中获取的数据，建立对应的压力测量模型；步骤5，根据步骤4建立的压力测量模型和待测压力管道液体的传输时间与温度，计算待测管道内的压力值。3.根据权利要求2所述的基于超声纵波反射技术的非介入式管道液体压力测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，
申请(专利权)人：陕西创威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：