[发明专利]一种非介入式管道内流体压力测量方法

说明书

本发明公开了一种非介入式管道内流体压力测量方法，解决了在不破坏管路结构的前提下对管道内部流体压力的监测问题，该方法基于选取的拉伸试块和零应力试块获得应力系数K和对应的超声临界折射纵波传播的时间；记数据采集卡采集超声收发卡的声时差数据发送给主控机，主控机通过计算获得被测管道的超声临界折射纵波传播的时间；并获得管道外表面测量位置的服役应力；利用管道试件进行打水压应力测量实验，获得非介入式管道内流体压力测量系数和管道外表面应力与管道内流体压力之间的定量关系模型；最终得管道内流体压力的测量值。该方法试验装置不仅结构简单且该方法测量精确度和可靠性均高。

技术领域

本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种非介入式管道内流体压力测量方法。

背景技术

对液压系统、气体或流体的输送管道内部进行压力测量，是监测管道系统运行状态和管道故障诊断的主要方法和手段。目前液压测量主要采用介入式测量，常用的介入式测量有机械压力表或应变式、压阻式、振弦式等压力测量方法，但所述方法的缺点是它们均属于介入式测量，不但破坏管路结构的整体性即需预留压力的测量接口，且具有可靠性差、故障定位困难等缺点，尤其在高压条件下，容易留下安全隐患，因此急需研究一种可靠的非介入式测量方法。

目前，国内外的非介入式压力测量研究尚处于不成熟、探索阶段，对液压系统的非接触测量的研究方法主要集中在超声波法、热学法、应变法和电容法四个方向。热学法由于加热较困难、测量时间较长，因此现已很少被使用；应变法是基于管路的弹性变形，利用流体对金属管道产生压力，从而使管道径向产生弹性形变的基本原理，通过检测管路外径的微小变形量即可算出管路内部压力。应变法由于应变片安装的夹具安装操作较麻烦，且管道的变形量极其微小，所以导致该测量方法的灵敏度和精度均较低；电容法是根据流体的介电常数会随流体的压力和温度变化而产生变化的原理来进行测量的，该方法由于电容本身的结构限制，所以一般用来测量管径在15mm以下的管道内流体压力，使用范围较小；超声法由于具有无活动感应部件、不破坏流体流场、无机械惯性、动态测量能力强、安装使用方便等优点，因此具有更大的研究价值。

近年来国内外学者虽在超声非介入式测量方面的研究取得了一定的进展，但依然处于不成熟的阶段。上海交通大学彭丹提出的超声非介入式测量方法是将超声波的收发兼用探头布置在管道外表面上，发射超声波穿过上管壁再进入流体，经下管壁反射再次经过流体和上管壁而被探头接收，根据测得的时间可以计算得出超声波的波速，进而根据波速变化确定管道中流体的压力值。由于该方法中超声波在管道与流体之间多次进行反射和折射，所以声衰减大，可靠性较低。

因此，研究一种更为可靠的非介入式管道内流体压力测量的理论和方法具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种非介入式管道内流体压力测量方法，能够解决在不破坏管路结构的前提下对管道内部流体压力的监测问题，而且该测量方法具有可重复性。

基于一种非介入式管道内流体压力测量的试验装置，进行该测量所利用的试验装置包括超声发射探头、超声接收探头、工控机和温度变送器；所述超声发射探头和超声接收探头均与工控机连接，工控机包括超声收发卡、数据采集卡和主控机；其特征在于，一种非介入式管道内流体压力测量方法的步骤如下：

步骤一，选取与被测管道的金相组织状态和表面粗糙度均相同的材料作为拉伸试块和零应力试块；

步骤二，基于拉伸试块，对其进行拉伸试验，并获得应力系数K；

步骤三，针对零应力试块，在其上选一区域作为服役应力超声测量区域，并对零应力试块进行校准，超声发射探头和超声接收探头均布置在零应力试块的服役应力超声测量区域的两端，主控机激励超声收发卡产生超声波，并通过超声发射探头发射和超声接收探头接收，数据采集卡采集超声收发卡的声时差数据发送给主控机，主控机通过计算获得零应力试块的零应力所对应的超声临界折射纵波传播的时间t₀；