CN105004385A - 一种膏体管道输送流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿膏体充填管道输送流量的测量技术领域，当膏体在管道中正常输送时，在需要测量的膏体管道的两个指定位置分别粘贴应变片，并且在该两个指定位置的上下左右四个方位分别粘贴应变片，待示数稳定后读出数据，得到该两个指定位置的各自的四个应变片读取数据的平均压力值，将计算后的两个平均压力值作为该两个指定位置所在管道截面的压力值，计算该两个指定位置的管道截面的压力值的差值即压降，然后通过压降计算流量。

Description

一种膏体管道输送流量测量方法

技术领域

本发明属于煤矿膏体充填管道输送流量的测量技术领域。

背景技术

目前正在应用的煤矿膏体充填管道输送流量测量方法有α射线测量法。该方法通过检测置入膏体输送管道内的放射性粒子从而获得管道输送流量。该方法测试结果相对准确，但放射性粒子应用受到限制，测试装置结构复杂，成本过高，操作困难，并不适合普遍的工业应用。

发明内容

现有技术中的测量管道输送流量的方法对检测现场的条件要求较高；测定仪器仪表有时难以按照规范和标准进行装设，从而使膏体充填管路输送流量测定准确度降低，不能满足检测的精确度要求；同时，它们的使用都具有局限性，通用性较差。

本方法在流量计法的基础上对测管道压力进行改进，具有很好的通用性，测量精度高，安装方便，易于操作。在应用流量计法测膏体充填管道输送流量时，所得的管道输送流量精确度较低，本方法通过应用应变片测输送管道的压力差，再根据压力差与流量的关系式，继而得到管道输送流量，使所得结果更为精确。

本方法中采用电阻式应变片，该电阻式应变片当金属电阻丝受拉或受压时，电阻丝的长度和横截面积将发生变化，且电阻丝的电阻率也发生变化，因此导线的电阻值发生变化，电阻值的计算公式为：

R＝ρ×L÷S    (1)

式中，ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)

S——导体的截面积(cm²)

L——导体的长度(m)

本方法中采用的电阻式应变片也可以选择为膜片式应变片，对于膜片式应变片，其中，膜片中心最大径向应变等于最大轴向应变，如下式所示：

${\mathrm{\ϵ}}_{r\max }={\mathrm{\ϵ}}_{t\max }=\frac{3p}{8h^{2}E}(1-{\mathrm{\μ}}^2){r_0}^2---\left(2\right)$

膜片边缘最小径向应变和最大轴向应变如下式所示：

${\mathrm{\ϵ}}_{r\min }=-\frac{3p}{4h^{2}E}(1-{\mathrm{\μ}}^2)r^2,{\mathrm{\ϵ}}_{t\max }=0---\left(3\right)$

在如公式(4)所示位置处，径向应变为0。

$x=a=\frac{r}{\sqrt{3}}\≈0.58r$ 处：εr＝0         (4)

式中：p——被测压力；

h——膜片厚度；

E——弹性模量；

μ——泊松比；

r₀——膜片半径。

应变片的温度补偿，温度变化引起应变片本身电阻的变化，计算公式如式(5)所示。

ΔRT＝Rγ_fΔT     (5)

式中：ΔR_T——温度变化引起的电阻变化值；

γ_f——金属应变片的电阻温度系数；

ΔT——温度变化度数。

由该电阻值的变化折算成应变值为：

${\mathrm{\ϵ}}_T=\frac{\mathrm{\Δ}{R}_T}{R}\·\frac{1}{S_g}=\frac{{\mathrm{\γ}}_f\mathrm{\ΔT}}{S_g}---\left(6\right)$

金属丝与衬底材料的线性膨胀系数不同，从而在温度变化时引起附加的应变。金属丝因温度变化引起的应变：

ε_g＝α_gΔT   (7)

衬底材料因温度变化而引起的应变：

ε_S＝α_SΔT   (8)

式中：α_g——金属丝的线膨胀系数；

α_S——衬底材料的线膨胀系数。

当α_g≠α_S时，ε_g和ε_S不等，从而造成应变误差

Δε＝ε_g-ε_S＝(α_g-α_S)ΔT   (9)

因此这两个温度因素造成的总附加应变为

${\mathrm{\ϵ}}_a={\mathrm{\ϵ}}_t+\mathrm{\Δ\ϵ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_f\mathrm{\ΔT}}{S_g}+({\mathrm{\α}}_g-{\mathrm{\α}}_s)\mathrm{\ΔT}---\left(10\right)$

此外，应变片的灵敏度系数S_g也随温度变化而变化，可能也引起应变值的变化。但一般情况下S_g变化甚小，由这一因素引起的应变值的变化可以予以忽略。

对于温度效应采取如下方式进行补偿。其中采用一补偿应变片，它与工作应变片一起被配置在一电桥的两相邻壁上，两应变片为完全一样的应变片，且使他们感受相同的温度。这样由电阻的温度系数和差动热膨胀而引起的阻值变化将对电桥的输出电压无影响，而因正常的输入载荷引起的阻值变化仍将使电桥失去平衡，从而产生输出。

膏体充填管道输送流量计算，膏体在管路中运动时，压降与流量之间的关系为：

$\mathrm{\Δp}=\mathrm{\λ\ρ}\frac{l}{d}\frac{Q}{2}\frac{1}{A^2}Q---\left(11\right)$

测量管路的设计，由于在应用应变片测管道压力的过程中，对于测量管路的要求较之正常管路要高，尤其是在膏体流经测量管路时必须保证管路拥有足够的强度和韧性，因此，该段管路需要应用特殊材料，使其在能够保证较好的弹性变形和强度的情况下有着更薄的壁厚。

本方法具有很好的通用性，可以应用到所有煤矿膏体充填管道输送流量测量，测量精度高，安装方便，易于操作。运用应变片法测煤矿膏体充填管道输送流量，可以得到更为精确和稳定的流量值。

附图说明

图1膜片式应变片

图2膜片式应变片原理图

图3应变片温度补偿

图4测量管道测试点位置

图5S1截面应变片位置

图6S2截面应变片位置

具体实施方式

随着人类对煤矿的大量开采，地表以下大多成中空状态，膏体充填工艺随之而生。而对于煤矿膏体充填管道输送流量的测定，其测定结果的准确与否，关系到充填能否正常运行，在保证膏体充填正常运行方面起着重要的作用。

随着现代科学技术的发展，企业对生产系统自动化控制程度的要求不断提高，控制过程要求更加安全可靠，功能更加齐全，需要对生产过程信息集中监控、实时存取、自动分析，以便于实施最佳运行方案。

由于需要检测输送管道两个截面的压力差，因此需要在测量管路的两个位置分别粘贴应变片，并且分别在这两个位置的上下左右四个方位粘贴，得到的数据取平均值，作为该截面的压力值。

当膏体正常输送时，将应变片粘贴在指定位置，待示数稳定后读出数据，然后根据上述公式算出膏体运输管路中膏体的流量。

在测试过程中其测试点S1、S2的选取方法，即测点S1压力源取距管路交叉口50m处，测点S2取距管路交叉口100m处。

在管道测试点上下左右分别粘贴应变片，该处的压力值取各点(P1，P2，P3，P4，P1′，P2′，P3′，P4′)的平均压力。

对压力值进行的低通数字滤波算法和程序，以消除噪声的影响。

本方法具有很好的通用性，可以应用到所有煤矿膏体充填管道输送流量测量，测量精度高，安装方便，易于操作。运用应变片法测煤矿膏体充填管道输送流量，可以得到更为精确和稳定的流量值。

Claims (5)

1.一种膏体管道输送流量测量方法，其特征在于包括如下步骤：当膏体在管道中正常输送时，在需要测量的膏体管道的两个指定位置分别粘贴应变片，并且在该两个指定位置的上下左右四个方位分别粘贴应变片，待示数稳定后读出数据，得到该两个指定位置的各自的四个应变片读取数据的平均压力值，将计算后的两个平均压力值作为该两个指定位置所在管道截面的压力值，计算该两个指定位置的管道截面的压力值的差值即压降，然后通过公式

计算出膏体运输管路中膏体的流量，其中Δp为压力值的差值，ρ为金属导体的电阻率。

2.如权利要求1所述的膏体管道输送流量测量方法，其中膏体管道具有足够的强度和韧性，并且在管道的测量段使用与其他部分不同的材料，该材料可以保证管道的测量段在具有较好的弹性变形和强度的情况下具有更薄的壁厚。

3.如权利要求1所述的膏体管道输送流量测量方法，其中两个指定位置分别位于距管路交叉口50m处和距管路交叉口100m处。

4.如权利要求1所述的膏体管道输送流量测量方法，还包括对在两个指定位置所测得的压力值进行低通数字滤波，以消除噪声影响。

5.如权利要求1所述的膏体管道输送流量测量方法，其中所使用的应变片为膜片是应变片。