CN105806449B - 一种超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法 - Google Patents
一种超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，是通过在对照瓷套填充介电液体介质之前采集其上段、中段以及下段侧壁上的各检测点上的第一次界面回波波峰，绘制固/气界面距离‑波幅曲线，再在对照瓷套填充满介电液体介质后采集各检测点上的第一次界面回波波峰，绘制固/液界面距离‑波幅曲线，将待检瓷套上采集的第一次界面回波波峰与前述曲线对照，从而确定出介电液体的液位，本发明的方法保证在瓷套各个位置处都具有相同的检测灵敏度，检测灵敏度高，消除了探头耦合、瓷套外径变化、壁厚变化及探头非线性等造成的测量误差，检测可靠性、一致性高，既不泄漏液体，也不污染环境，适于各种密闭瓷套内液位的检测。
Description
技术领域
本发明属于密闭瓷套内介电液体液位检测技术领域，具体涉及一种用超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法。
背景技术
目前，各变电站的电缆终端很多都是用充油瓷套管进行绝缘。但瓷套管内绝缘油会因漏油而导致液位降低，过低的油位导致电场分布改变甚至发生击穿事故，因而必须经常在线监测油位。由于在线瓷套为密闭容器，一般的介入式液位计无法应用；非介入的外贴式液位计由于瓷套外大量伞群而无法安放。目前和本发明相关的、解决此问题的方法主要有两种：一是利用超声波在陶瓷/空气界面和陶瓷/油界面声阻抗差异对瓷套内油位进行检测(对比文件1：申请号为201310628787.1的已公布专利)，但这种差异易受表面耦合、瓷套壁厚变化、瓷套壁内余振波干涉、换能器非线性等影响使信号不稳定易出现误判，严重时甚至掩盖这种差异甚至无法实现。另一种方法(对比文件2，申请号201310473564.2的已公布专利)是利用双探头组成的检测系统进行反射率变化比对进而确定液位，这种方法缺点是要利用双探头，在线检测不易控制。
鉴于上面方法的不足，本专利提出一种利用基于第一次界面回波的距离-波幅曲线进行液位检测的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种检测结果准确、检测过程快速、便捷并且灵敏度高的超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法。
为解决上述问题，本发明的采取的技术方案如下：
该超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，由以下步骤组成：
(1)调整数字型超声探伤仪水平时基线比例和扫描范围，使时基线显示范围至少为瓷套管最大厚度，调整探伤仪的工作频率为1～7.5MHz；
(2)将未注入介电液体介质的对照瓷套分为上段、中段以及下段上并在每一段上分别取至少1个点作为检测点，将检测探头分别耦合在检测点上，调整探伤仪的衰减器，使各个检测点上的第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录各检测点所对应的衰减器读数ΔAi和距离瓷套上端面的距离Li，i为检测点数，拟合曲线，绘制固/气界面距离-波幅曲线；
(3)向步骤(2)的对照瓷套中注满介电液体介质，并按照步骤(2)的操作重新检测各检测点所对应的波幅Ti，重新拟合曲线，绘制固/液界面距离波幅曲线；
(4)在与对照瓷套型号相同的待检瓷套上选择待检点，将检测探头耦合在该待检点上，若该待检点上所得的第一次界面回波波峰落在固/气界面距离-波幅曲线上或在该曲线下方临近的位置，则对应位置处的待检瓷套内介质为气体介质，且待检瓷套内的介电液体的液位在该待检点之下，在该待检点之下重复检测；若该待检点所得到的第一次界面回波波峰落在固/液界面距离波幅曲线上或在该曲线下方临近位置，则在对应位置处瓷套内的介质为液体介质，则在该瓷套的相邻伞裙上方重复检测，直至确定出该瓷套内介电液体的液位。
上述探伤仪的检测探头是纵波探头,其工作频率为1.25～7.5MHz，晶片长度为4～8mm。
上述纵波探头包括纵波直探头和纵波小角度探头，纵波小角度探头的角度为6～8度。
上述瓷套壁材声速范围为5000～8000m/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明利用数字超声探伤仪测液位，无需企业增加成本，只需利用现有设备便可完成；若作业人员是无损检测专业人员，操作简单方便；
2)第一次界面回波高度是对介质特性阻抗变化最为敏感的参数，本发明利用不同厚度处第一次界面回波峰值制作的距离-幅度曲线进行介质性质确定，保证在瓷套各个位置处都具有相同的检测灵敏度，所以检测灵敏度高；
3)由于距离-波幅曲线是在同规格瓷套管多位置上用同一探头制作，本质是一种曲线灵敏度，消除了探头耦合、瓷套外径变化、壁厚变化及探头非线性等造成的测量误差，所以该方法检测可靠性、一致性高；
4)由于测量探头和仪器都在容器外，无需在容器上开口，因此实施检测操作时不接触瓷套内的液体，是一种完全非介入式超声检测方法，非常安全，既不泄漏液体，也不污染环境。
附图说明
图1是实施例1中距离波幅曲线制作时探头放置位置示意图；
图2是实施例1的固/气界面距离-波幅曲线和固/液界面距离波幅曲线示意图；
图3是实施例1中待检点回波波峰与介质性质判定方法示意图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详述，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
本实施例以110KV瓷套充油式户外终端为例，壁材声速为6850m/s，检测该密闭瓷套内的石油液位高度的超声波非介入方法由以下步骤组成：
(1)调整数字型探伤仪水平时基线比例和扫描范围，使基线显示范围至少为瓷套管最大厚度，调整探伤仪的工作频率为5MHz。
本实施例中采用武汉中科生产的汉威HS620数字超声波探伤仪，工作频率(0.5-20MHz,)声速范围(100-20000)m/s，脉冲强度600V；衰减器精度<+1dB/12ddB；最大增益110dB。本实施例的探头选用7.5MHzΦ10的纵波直探头，晶片长度为6mm。
(2)将未注入介电液体介质的对照瓷套分为上段、中段以及下段三段，并且在每段上个取一个点作为检测点，参见图1，涂抹少量的耦合剂将探头耦合到瓷套外表面，由于瓷套外表面的伞裙形状的特殊性，伞裙表面接触面积过小，无法放置探头，所以探头放置到两个相邻的伞裙之间的凹陷进去的侧壁上；先将探头耦合在上段的检测点1处，耦合良好，探头向瓷套壁内发射超声波，在瓷套壁内传播的声波在固/气界面发生反射，反射回波被探头接收并在探伤仪显示屏上显示出来，调整探伤仪的衰减器，使第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录检测点1所对应的衰减器读数ΔA1和距离瓷套上端面的距离L1；然后调整探头至瓷套中段的检测点2，使第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录检测点2所对应的衰减器读数ΔA2和距离瓷套上端面的距离L2；最后在瓷套下段的检测点3处检测，使第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录检测点3所对应的衰减器读数ΔA3和距离瓷套上端面的距离L3，应用数字探伤仪制作距离波幅曲线功能将三个检测点所得数据连成一条曲线，此即固/气界面距离-波幅曲线，参见图2。
(3)向步骤(2)的对照瓷套中注满介电液体介质，并按照步骤(2)的操作重新检测3个检测点所对应的波幅T1、T2、T3，重新拟合曲线，绘制固/液界面距离波幅曲线，参见图2，将制作好的固/气界面距离-波幅曲线和固/液 界面距离波幅曲线存储在仪器中，作为基准线，应用时随时调用，调用两条距离波幅曲线，使其显示在探伤仪显示屏上。
(4)同时在与对照瓷套型号相同的待检瓷套上选择位置1作为待检点，将探伤仪的检测探头耦合在该待检点上，观察第一次界面回波峰值的位置，若该待检点上所得的第一次界面回波波峰落在固/气界面距离-波幅曲线上，则对应位置处的待检瓷套内腔介质为气体介质，参见图3的曲线1，待检瓷套内的介电液体的液位在该待检点之下，则探头下移至位置2处作为待检点，重复检测；该待检点所得到的第一次界面回波波峰落在固/液界面距离波幅曲线上，参见图3的曲线2，则在对应位置处瓷套内的介质为液体介质，则在该瓷套的相邻伞裙上方重复检测，直至确定出该瓷套内介电液体的液位。
实施例2
本实施例探头选用1.25MHzΦ10的纵波直探头，晶片长度为4mm，并且选用壁材声速为5960m/s的瓷套，其规格大小与实施例1的相同。
为了保证拟合的对照曲线更精确，本实施例在步骤(2)中，将未注入介电液体介质的对照瓷套分为上段、中段以及下段上并在每一段上分别取2个点作为检测点，涂抹少量的耦合剂将探头耦合到瓷套外两个相邻的伞裙之间的凹陷进去的侧壁上；先将探头耦合在上段的检测点1处，探头向瓷套壁内发射超声波，在瓷套壁内传播的声波在固/气界面发生反射，反射回波被探头接收并在探伤仪显示屏上显示出来，调整探伤仪的衰减器，使第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录检测点1所对应的衰减器读数ΔA1和距离瓷套上端面的距离L1；再调整探头至瓷套上段的检测点2，使第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录检测点2所对应的衰减器读数ΔA2和距离瓷套上端面的距离L2；如此重复，直至获得6个检测点所对应的衰减器读数ΔAi和距离瓷套上端面的距离Li，i为 检测点数，i＝6，将6个检测点所得数据连成一条曲线，拟合出固/气界面距离-波幅曲线。
步骤(3)向步骤(2)的对照瓷套中注满介电液体介质，并按照步骤(2)的操作重新检测6个检测点所对应的波幅T1、T2、T3、T4、T5、T6，重新拟合曲线，绘制固/液界面距离波幅曲线。
其他的步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例的探头选用10MHzΦ10的纵波小角度探头，其角度为8度，晶片长度为8mm，并且选用壁材声速为7530m/s的瓷套，其规格大小与实施例1的相同。
其他的步骤与实施例1或2相同。
在实际检测过程中可能由于待检瓷套内的介电液体老化，在待检点上所得的第一次界面回波波峰可能会落在固/气界面距离-波幅曲线或固/液界面距离-波幅曲线下方临近的位置，其属于合理误差，不影响检测结果的判定。
本发明的瓷套可以选用壁材声速范围在5000～8000m/s的标准瓷套，规格大小可以根据实际使用调整，而且探伤仪的工作频率可以在1～7.5MHz之间调整，并且越小越好，检测探头的频率、晶片大小也可以根据所检测的瓷套的材料、规格进行适应性调整，此外对于检测点的选取，点越密，其结果更精确，不仅限于上述的实施情形。
Claims (4)
1.一种超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)调整数字型超声探伤仪水平时基线比例和扫描范围，使时基线显示范围至少为瓷套最大厚度，调整探伤仪的工作频率为1～7.5MHz；
(2)将未注入介电液体介质的对照瓷套分为上段、中段以及下段上并在每一段上分别取至少1个点作为检测点，将检测探头分别耦合在检测点上，调整探伤仪的衰减器，使各个检测点上的第一次界面回波波峰为80％满屏时，记录各检测点所对应的衰减器读数ΔAi和距离瓷套上端面的距离Li，i为检测点数，拟合曲线，绘制固/气界面距离-波幅曲线；
(3)向步骤(2)的对照瓷套中注满介电液体介质，并按照步骤(2)的操作重新检测各检测点所对应的波幅Ti，重新拟合曲线，绘制固/液界面距离波幅曲线；
(4)在与对照瓷套型号相同的待检瓷套上选择待检点，将检测探头耦合在该待检点上，若该待检点上所得的第一次界面回波波峰落在固/气界面距离-波幅曲线上或在该曲线下方临近的位置，则对应位置处的待检瓷套内介质为气体介质，且待检瓷套内的介电液体的液位在该待检点之下，在该待检点之下重复检测；若该待检点所得到的第一次界面回波波峰落在固/液界面距离波幅曲线上或在该曲线下方临近位置，则在对应位置处瓷套内的介质为液体介质，则在该瓷套的相邻伞裙上方重复检测，直至确定出该瓷套内介电液体的液位。
2.根据权利要求1所述的超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，其特征在于：所述探伤仪的检测探头是纵波探头,其工作频率为1.25～7.5MHz，晶片长度为4～8mm。
3.根据权利要求2所述的超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，其特征在于：所述纵波探头是纵波直探头或纵波小角度探头，纵波小角度探头的角度为6～8°。
4.根据权利要求1所述的超声波非介入法检测密闭瓷套内介电液体液位的方法，其特征在于：所述瓷套壁材声速范围为5000～8000m/s。
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