基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具的制作方法

1.本发明属于压力计量校准技术领域，具体涉及基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具。


背景技术：

2.压力是工业生产中的重要工艺参数之一。随着经济的发展和社会进步，压力测量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。
3.传统的压力检测均为介入式，其特点是测压仪表(压力表、压力变送器)必须与被测介质充分接触。一般是在被测容器上开孔，在开孔位置先装入截止阀然后通过管道将被测介质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)大多数承载的介质为易燃、易爆和强腐蚀性压力容器不允许开孔，这就对压力测试带来了极大的难度。4)大型设备一旦装好开始运行，很难再随时停下来进行压力仪表的检测，整套设备仪表的拆装校准需要花费及大的人力、物力、财力、并且在拆装过程中存在螺纹暴死，接头处滑丝生锈等问题；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。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具，解决了基于传统管道压力测试必须在管道壁开孔加装截止阀，压力表紧随截止阀装配，其装配劳动强度高，危险系数高，效率低下的问题。
5.本发明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压力测量的夹具，包括夹具尺身，夹具尺身套接有数字刻度显示器，夹具尺身两端分别连接有与夹具尺身垂直的左侧纵向伸缩杆和右侧纵向伸缩杆。
6.本发明的特点还在于：
7.其中数字刻度显示器一侧连接有锁紧螺母，锁紧螺母伸入数字刻度显示器与夹具尺身相接；
8.其中左侧纵向伸缩杆和右侧纵向伸缩杆结构相同，左侧纵向伸缩杆和右侧纵向伸缩杆一侧分别伸入有锁紧螺母和锁紧螺母a，且左侧纵向伸缩杆和右侧纵向伸缩杆的伸缩段沿其伸缩方向均匀开设有多个与锁紧螺母和锁紧螺母a配合的孔；
9.其中左侧纵向伸缩杆和右侧纵向伸缩杆远离夹具尺身的端部分别连接有快速吸合磁铁，快速吸合磁铁用于吸合管道，快速吸合磁铁远离管道的一侧连接有超声换能器探头；
10.其中快速吸合磁铁上固定有探头固定座，超声换能器探头固定于探头固定座上；
11.其中快速吸合磁铁与管道相接的一面为弧面。
12.本发明的有益效果是：
13.本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具，本发明夹具适用与不同管径，固定方式快速简单，一分钟左右即可装载完成。本发明结构简单，适用范围广、实用性强、制作成本低。
附图说明
14.图1是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具与压力管道的装配示意图；
15.图2是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具中超声换能探头结构示意图；
16.图3是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具中超声换能器探头与压力管道贴合示意图；
17.图4是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具中夹具尺身结构示意图；
18.图5是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具中超声波在管路液体中的传播路径示意图；
19.图6是本发明的基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具中设备安装压力测量示意图。
20.图中，1.夹具尺身，2.数字刻度显示器，3.显示屏，4.刻度盘，5.锁紧螺母，6.锁紧螺母b，7.锁紧螺母a，8.左侧纵向伸缩杆，9.右侧纵向伸缩杆，10.超声换能器探头，11.探头固定座，12.快速吸合磁铁，13.压力管道。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
22.本发明提供了基于超声纵波反射技术的非介入式管道压力测量的夹具，如图1所示，目测法将左侧纵向伸缩杆8和右侧纵向伸缩杆9通过侧纵向伸缩锁紧螺母b6和锁紧螺母a7调节至大于压力管道13半径，左右两侧伸缩杆长度相对平齐；
23.如图2所示，超声换能器探头10上涂抹耦合剂，目的是超声传播必须有吻合剂作为媒介才不使信号损失严重，此步骤是不可或缺的；
24.数字刻度显示器2与夹具尺身1相连，通过移动数字刻度显示器2在夹具尺身1上的长度在显示屏3上显示出位移长度，将夹具穿过压力管道13直径位置快速吸合磁铁12将找到了压力管道最大径，随即用锁紧螺母5锁紧，即夹具固定完成；
25.如图3所示，超声换能器探头与压力管道贴合，如图2所示超声换能器探头10为了更好的吻合，要求与压力管道直径一至(或尺寸差别不予太大)；
26.如图4所示，数显卡尺示意图，此数字显示装置为了更直观的分辨压力管道13最大径尺寸，读取数值方便快捷，数字刻度显示器2的内部设置有锂电池，可以进行充电；
27.如图5所示，超声在管道中的传播路径，发送超声波换能器t垂直管壁发出入射波a1，在经过管道和液体交界处的时候会产生透射波a2和反射波a’，透射波a2在液体和管壁交界处产生透射波a3和反射波b1。透射波a3通过管壁传输到达接收换能器r，此时的时间记录为t0，在管壁与外界空气的交界处产生反射波b2，b2在管壁与液体的交界处产生b3，b3透过管壁传输到换能器的时间记录为t1。反射波b1经过液体与管壁产生反射波b5，b5通过液体介质传到管壁与液体交界处产生透射波b6，b6通过管壁传到接收换能器r的时间记录t2；反射波b2和b3的传输时间为t1-t2，反射波b1、b5、b6的传输时间为t3-t1，则超声波在液体中的准确传输时间为δt＝(t3-t1)-(t1-t2)/2；
28.超声的传播速度不仅和液体压力有关，液体温度对超声的传播速度影响比较大；故本系统用aa级的pt1000铂电阻用来测试液体温度，为了使测试温度更好的接近液体的真实温度，温度探头外部除与管道接触面外都做隔热处理。以超声传输时间和液体测量温度作为输入参数，压力为输出，用双线性插值法建立压力计算模型：
29.f(x,y)＝f(xf,yf)*(1-(x-xf))*(1-(y-yf))
30. f(xf 1,yf)*(x-xf)*(1-(y-yf))
31. f(xf,yf 1)*(1-(x-xf))*(y-yf)*(1)
32. f(xf 1,yf 1)*(x-xf)*(y-yf)
33.式中，f(x,y)为计算除的最终压力值，x为超声传输时间，y为测得的液体温度值，xf、yf分别为校验点对应的超声传输时间和液体温度，f(xf,yf)为校验点对应的压力值；
34.基于超声纵波回波-回波技术的管道液体压力测量系统，包含如下步骤:
35.1)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，当发射换能器激发出超声波，超声波纵波在管道内部发生多次透射和反射，记录有需要的时间节点，道内的各个透射和反射时间节点会随温度和压力的变化发生变化；
36.如图6所示，为超声压力测试实验室设备，需要加装自动压力泵为压力源，自动压力泵与压力管道13相连，超声换能器与压力管道13相贴合，温度传感器下同样需要涂抹耦合剂贴于管道，实时监测压力管道13温度变化，超声换能器和温度传感器通讯与超声压力计，经过转换将波形信号，波形传播时间差经软件处理转换为压力值，从而实现压力测量的目的。