CN102661827A - 一种管道内流体压力测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道内流体压力测量方法，该方法获取管道侧壁受压产生的变形量，并根据所述变形量确定管道内流体的压力。优选地，所述变形量具体为管道外周表面的周向变形量。优选地，根据下式确定管道内流体的压力q_a：

式中：σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，a——管道内径，b——管道外径。应用该方法进行压力检测无需在管道上预留测量接口，可有效规避传统测压技术存在的上述缺陷。在此基础上，本发明还提供一种管道内流体压力测量装置。

Description

一种管道内流体压力测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及压力检测技术领域，具体涉及一种管道内流体压力测量方法及测量装置。

背景技术

现有技术中，用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的管道，在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程、工程机械液压管路及各种工业装置中得以广泛应用。通常情况下，管道流动的流体通常具有一定的工作压力，例如，经鼓风机、压缩机、泵或者锅炉等设备增压后输出至相应管道，并自管道的高压处流向低压处。

众所周知，为确保压力系统能够安全、可靠的运行，需要针对管道内的流体压力进行检测。传统的压力测量方法需要在管道表面预留（加工）测压接口，通过连接在该测压接口处的压力表进行管道内压力的测量，压力表可以根据实际需要长期连接在测压接口处，或者需要测压时将压力表临时安装在测压接口处。

然而，受其自身结构的限制，传统的测压技术存在以下几个方面的缺陷。

（1）加工（焊接）工序多、成本高。由于需在被测管道上预留出测压口，增加了加工和焊接的工序，提高了成本。对于压力表不需要固定安装在测压接口处的情况，需要在进行测压时采用螺塞封堵测压接口，即增加了加工工序又增加了装配工序，同时还增加了零件数量。

（2）设计时难度大。需充分考虑测压的需要，才能在准确位置预留测压接口，增加了设计难度。

（3）灵活性差。对于压力表不需要固定安装在测压接口处的情况，频繁进行压力表或者螺塞与测压接口的切换配合，操作较为复杂，灵活性差。并且，无法对没有预留压力口的位置进行测压。

（4）存在泄漏隐患。对于内部流动压力流体的管道而言，测压接口的设置必然增加一处可能出现泄漏的隐患。特别是，反复的拆装螺塞和压力表，对螺塞、压力表和管道的螺纹都会有磨损影响密封，这更加增大了泄漏的可能。

（5）测压接口处的管路强度低。测压接口形成于管道侧壁，会导致测压口处应力集中，而使得测压接口成为强度危险点。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有管道内流体压力的测量技术进行优化设计，以有效解决现有技术存在的上述缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种管道内流体压力测量方法，应用该方法进行压力检测无需在管道上预留测量接口，可有效规避传统测压技术存在的上述缺陷。在此基础上，本发明还提供一种管道内流体压力测量装置。

本发明提供的管道内流体压力测量方法，该方法获取管道侧壁受压产生的变形量，并根据所述变形量确定管道内流体的压力。

优选地，所述变形量具体为管道外周表面的周向变形量。

优选地，所述变形量具体为管道外周表面的径向变形量。

优选地，采用应变片传感器获取管道侧壁受压产生的变形量。

优选地，实时根据所述变形量确定管道内流体的压力，并以图表形式显示。

优选地，根据下式确定管道内流体的压力q_a：

$q_a=\frac{b^2-a^2}{{2a}^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径。

本发明提供的管道内流体压力测量装置，包括采集单元、控制单元和输出单元；其中，所述采集单元用于获取管道侧壁受压产生的变形量，所述控制单元用于根据所述变形量确定管道内流体的压力，所述输出单元用于输出所述管道内流体的压力值。

优选地，所述采集装置用于获取管道外周表面的周向变形量。

优选地，所述采集装置具体为应变片传感器，且所述控制单元根据下式确定管道内流体的压力q_a：

$q_a=\frac{b^2-a^2}{{2a}^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径。

优选地，所述输出单元具体为显示器，所述显示器以图表形式显示压力曲线。

本发明通过所获取的管道侧壁受压产生的变形量确定管道内流体的压力。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

首先，本发明无需在被测管道上预留出测压口，减少了加工和焊接的工序，不需要使用螺塞，减少了零件数量和装配工序，降低了成本。

其次，设计管道时，设计者无需考虑测压的需要，可大大降低设计难度。

再次，具有较好的灵活性、通用性。在本发明的优选方案中，采用应变片传感器获取管道侧壁受压产生的变形量；如此设置，对于需要长期测压的位置，应变片可以长期贴装在管道外表面；对于临时测压可以现场贴装应变片，操纵简单，灵活性通用性好。此外，可以对任意位置进行测压。

最后，由于无需在管道上加工出测压孔，这样管道除接头、拐角和阀门处其余全部为完整管道，彻底消除了测压接口的加工、密封以及压力表和螺塞反复拆装所带来的泄漏。

附图说明

图1是具体实施方式所述管道内流体压力测量方法的流程框图；

图2示出了管道在内部压力作用下的力学简图；

图3是具体实施方式所述管道内液体压力测量装置的示意图。

图中：

采集单元1、控制单元2、输出单元3。

具体实施方式

本发明的核心是提供管道内流体压力测量技术，以使得待测管道无需预留测量接口，具有较好的灵活性、通用性且成本可控，可完全规避传统测压存在的泄漏隐患，同时可降低待测系统的设计难度。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本文以压力管道为待测主体进行说明。

请参见图1，图1是本实施方式所述管道内流体压力测量方法的流程框图。如图所示，本发明提供的管道内流体压力测量方法主要按照以下步骤进行：

S1、获取管道侧壁受压产生的变形量；工作过程中，内部压力流体作用于管道并使得管壁产生形变，也就是说，内部流体压力与管壁形变直接相关。其中，该变形量可以为管道外周表面的周向变形量，也可以为管道外周表面的径向变形量。

S2、根据所述变形量确定管道内流体的压力；

S3、输出所确定的管道内流体的压力。一方面可以输出某一特定时刻的内部压力值，也可以实时根据变形量确定管道内流体的压力，并以图表形式显示，例如，压力曲线。

该方法可以采用接触式采集装置或者非接触式采集装置，例如，根据实际需要选用游标卡尺、千分尺或者应变片传感器等接触式采集装置，或者选择光学设备等非接触式采集装置，只要能够获取管道侧壁受压后产生的变形量均在本申请请求保护的范围内。

下面以应变片传感器为例简要说明本发明的工作原理。请一并参见图2，该图示出了管道在内部压力作用下的力学简图。

根据弹性力学相关理论得：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=\frac{\frac{b^2}{r^2}+1}{\frac{b^2}{a^2}-1}{q}_a,$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径

r——任一点半径，

q_a——管道内部压力。

应变片传感器贴与管道的外表面，故r=b，进而上式可演变为：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=\frac{2}{\frac{b^2}{a^2}-1}{q}_a=\frac{{2a}^2}{b^2-a^2}{q}_a,$ 即：

$q_a=\frac{{b^2-a}^2}{{2a}^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}.$

式中a、b均为常数，应变σ_θ与管道内压力q_a成正比。由此，通过获取应变σ_θ，就可以得到管道内部压力q_a的数值。需要说明的是，应变测量方法可以采用现有技术中较为成熟的技术和产品，只要满足获取管道表面受压后变形量的使用需要均可。

除前述管道内流体压力测量方法外，本发明还提供一种管道内流体压力测量装置，请参见图3，该图为本实施方式所述管道内液体压力测量装置的示意图。

该测量装置包括采集单元1、控制单元2和输出单元3；其中，采集单元1用于获取管道侧壁受压产生的变形量，控制单元2用于根据变形量确定管道内流体的压力，输出单元3用于输出管道内流体的压力值。

其中，采集装置1用于获取管道外周表面的周向变形量，根据不同需要也可以选择获取管外周表面径向变形量的采集装置，如前所述的游标卡尺、千分尺。当然优选采用应变片传感器。

其中，控制单元2根据下式确定管道内流体的压力q_a：

$q_a=\frac{b^2-a^2}{{2a}^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径。

其中，输出单元3具体为显示器，显示器以图表形式显示压力曲线。由于显示器本身的具体结构及工作原理并非本申请的核心设计，本领域技术人员可以基于现有技术选用相甜酸的显示器，故本文不再赘述。

特别说明的是，利用本发明的设计思想可以在技术进行应用，例如：

（1）测量压力容器压力

本发明还可用于测量压力容器内部压力。在压力容器的外表面贴装应变片，通过测量表面应变可计算出压力容器内部压力。避免在压力容器上加工测压孔，减少了加工和焊接工序。并且避免了通过压力孔测量可能带来泄露的问题。

（2）轮胎气压的测量

目前轮胎气压的测量均采用压力表通过气嘴与轮胎内气体接通的方式。采用本发明也可以对轮胎的压力进行检测。

（3）在内部测量外部压力

对于某些设备或管路，其外部不便于测量而内部便于测量，如海底观光隧道、潜艇、航天设备等。这样可以在设备（容器）内表面贴装应变片，通过测量内表面的应变计算出设备（容器）外部的压力。

显然，在上述应用情境下应用本发明提出的压力测量方法，均在本申请请求保护的范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道内流体压力测量方法，其特征在于，获取管道侧壁受压产生的变形量，并根据所述变形量确定管道内流体的压力。

2.根据权利要求1所述的管道内流体压力测量方法，其特征在于，所述变形量具体为管道外周表面的周向变形量。

3.根据权利要求1所述的管道内流体压力测量方法，其特征在于，所述变形量具体为管道外周表面的径向变形量。

4.根据权利要求2或3所述的管道内流体压力测量方法，其特征在于，采用应变片传感器获取管道侧壁受压产生的变形量。

5.根据权利要求1所述的管道内流体压力测量方法，其特征在于，实时根据所述变形量确定管道内流体的压力，并以图表形式显示。

6.根据权利要求2所述的管道内流体压力测量方法，其特征在于，根据下式确定管道内流体的压力q_a：

$q_a=\frac{b^2-a^2}{2a^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径。

7.管道内流体压力测量装置，其特征在于，包括：

采集单元，用于获取管道侧壁受压产生的变形量；

控制单元，用于根据所述变形量确定管道内流体的压力；和

输出单元，用于输出所述管道内流体的压力值。

8.根据权利要求7所述的管道内流体压力测量装置，其特征在于，所述采集装置用于获取管道外周表面的周向变形量。

9.根据权利要求8所述的管道内流体压力测量装置，其特征在于，所述采集装置具体为应变片传感器，且所述控制单元根据下式确定管道内流体的压力q_a：

$q_a=\frac{b^2-a^2}{2a^2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$ 式中：

σ_θ——管道任一点沿圆周方向的应变，

a——管道内径，

b——管道外径。

10.根据权利要求9所述的管道内流体压力测量装置，其特征在于，所述输出单元具体为显示器，所述显示器以图表显示压力曲线。

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