CN109540223B - 用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法，所述装置包括流体输入腔、导电液体腔、温度测量腔、压力测量腔、第一滑块、第二滑块、活塞、弹性件，导电液体腔和流体输入腔之间通过活塞隔开；压力测量腔中通过第一滑块分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室与导电液体腔连通，弹性件位于第二腔室，驱使第一滑块复位；温度测量腔中通过第二滑块分隔为第三腔室和第四腔室，第三腔室位于流体输入腔中；压力测量腔连接有用于测量第一腔室中导电液体的电阻值的第一电阻测量电路，温度测量腔连接有用于测量第三腔室中导电液体的电阻值的第二电阻测量电路。本发明结构简单、成本低，可实时监测管道内流体的温度、压力及压力脉动。

Description

用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法

技术领域

本发明涉及流体压力、温度的监测技术，特别是涉及一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法。

背景技术

管道广泛应用于气体、液体输送中，如给水、排水、供热、供煤气、输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置及各类液压系统中。

在多数情况下，需要及时获取管道内流体的压力、温度等信息，以便根据实际情况来进行管道维护、管道流体压力调控及管道系统中各部件的工作状态的调整，从而保证管道系统的安全性、可靠性，延长管道系统中相关元器件的寿命等。对于液压系统而言，工作油液的温度和压力超过一定范围，将导致系统中的液压元件等综合性能下降甚至失效、寿命耐久性降低。因此有必要在工作过程中，对液压系工作油液的压力、温度变化情况进行实时监测，以提升系统的耐久性、安全性和可靠性。

目前大部分研究和发明都只针对管道内流体温度或压力的单独测量，不能对多种管内流体特征进行实现同时测量。

中国专利CN 204679181 U利用特制的光纤光栅传感器实现了管道内流体压力与温度的同时测量，但其容易受周围环境温度的影响，导致测量结果出现较大偏差，且测量精度和大小可调性差、制备费用高，同时也无法监测管内流体的压力脉动。

发明内容

本发明提供了一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法，目的在于针对现有技术对管道内流体压力、温度和压力脉动监测存在的不足，提供一种简单、低成本、测量精度和大小可调、稳定性好并可实时监测管道内流体温度、压力及压力脉动的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，包括流体输入腔、填充有导电液体的导电液体腔、可导热的温度测量腔、压力测量腔、第一滑块、第二滑块、活塞、弹性件，导电液体腔和流体输入腔之间通过滑动设置的活塞隔开；压力测量腔中通过滑动设置的第一滑块分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室中填充有导电液体，并与导电液体腔连通，弹性件位于第二腔室，用于驱使第一滑块朝第一腔室的方向滑动复位；温度测量腔中通过滑动设置的第二滑块分隔为第三腔室和第四腔室，第三腔室中填充有导电液体，并位于流体输入腔中；压力测量腔连接有用于测量其第一腔室中导电液体的电阻值的第一电阻测量电路，温度测量腔连接有用于测量其第三腔室中导电液体的电阻值的第二电阻测量电路。

进一步的，所述第一腔室、第二腔室的相对外端分别设有电接触端，所述第一滑块、弹性件均为导电材质，弹性件抵设在第一滑块和第二腔室的电接触端之间，所述第一电阻测量电路连接在第一腔室的电接触端和第二腔室的电接触端之间。

进一步的，所述第三腔室和第四腔室的相对外端分别设有电接触端，所述第二滑块为导电材质，该第二滑块通过导线与所述第四腔室的电接触端电性连接，所述第二电阻测量电路连接在所述第三腔室的电接触端和第四腔室的电接触端之间。

进一步的，所述温度测量腔穿过所述活塞、导电液体腔和第一腔室，所述第三腔室的电接触端位于所述流体输入腔所在的壁体上，且可视，所述第四腔室的电接触端位于所述压力测量腔所在的壁体上，且可视。

进一步的，所述流体输入腔的开口端设置有开关阀。

进一步的，所述导电液体腔与所述压力测量腔相接的一端和与所述流体输入腔相接的一端相对设置，并分别设置有挡圈，所述活塞位于该两挡圈之间。

进一步的，所述弹性件为弹簧。

进一步的，所述导电液体为氯化钠溶液或液体金属。

进一步的，所述压力测量腔的直径小于所述导电液体腔的直径，所述温度测量腔的直径小于所述压力测量腔的直径。

本发明另提供一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的方法，采用上述本发明所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置进行监测，包括如下步骤：

1)用不同压力、具有同等温度的同一种试验流体先后充入流体输入腔中，试验若干次，建立所述第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系；用不同温度、具有同等压力的同一种试验流体先后充入流体输入腔中，试验若干次，建立所述第三腔室中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系；

2)将管道内的待测流体充入流体输入腔中，测量第一腔室中导电液体的电阻值和第三腔室中导电液体的电阻值；

3)根据已建立的第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系计算得到待测流体的实际压力值，根据已建立的第三腔室中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系计算得到待测流体的实际温度值；若待测液体存在压力脉动，则根据已建立的第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系，由不同时刻测量得到的第一腔室中导电液体的电阻值变化来表征压力脉动大小。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用所述流体输入腔、填充有导电液体的导电液体腔、可导热的温度测量腔、压力测量腔、第一滑块、第二滑块、活塞、弹性件构成的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，不仅结构简单、成本低、测量精度和大小可调，还可实时监测管道内流体的温度、压力及压力脉动，可适用于不同环境及应用工况下管道内流体的压力、温度及压力脉动监测。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的装置的剖面示意图；

图2是本发明的第一腔室中导电流体的电阻值与流体压力值的关系示意图；

图3是本发明的第三腔室中导电流体的电阻值与流体温度值的关系示意图；

图4是本发明的第一腔室中导电流体的电阻值与流体压力脉动的关系示意图。

具体实施方式

实施例，请参见图1-图4所示，本发明的一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，包括流体输入腔1、填充有导电液体F1的导电液体腔2、可导热的温度测量腔3、压力测量腔4、第一滑块E2、第二滑块E5、活塞B、弹性件，导电液体腔2和流体输入腔1之间通过滑动设置的活塞B隔开；压力测量腔4中通过滑动设置的第一滑块E2分隔为第一腔室41和第二腔室42，第一腔室41中填充有导电液体，并与导电液体腔2连通，弹性件位于第二腔室42，用于驱使第一滑块E2朝第一腔室41的方向滑动复位；温度测量腔3中通过滑动设置的第二滑块E5分隔为第三腔室31和第四腔室32，第三腔室31为封闭腔，并填充有体积受温度影响大的导电液体F2，该第三腔室31位于流体输入腔1中；压力测量腔4连接有用于测量其第一腔室41中导电液体的电阻值的第一电阻测量电路(即外接电路5)，温度测量腔3连接有用于测量其第三腔室31中导电液体的电阻值的第二电阻测量电路(即外接电路6)。

本实施例中，所述第一腔室41、第二腔室42沿压力测量腔4的长度方向分布，所述第一腔室41、第二腔室42的相对外端分别设有电接触端E1、E3，所述第一滑块E2、弹性件均为导电材质，弹性件具体为弹簧K，其抵设在第一滑块E2和第二腔室42的电接触端E3之间，所述第一电阻测量电路(即外接电路5)连接在第一腔室41的电接触端E1和第二腔室42的电接触端E3之间。

本实施例中，所述第三腔室31和第四腔室32沿温度测量腔3的长度方向分布，所述第三腔室31和第四腔室32的相对外端分别设有电接触端E4、E6，所述第二滑块E5为导电材质，该第二滑块E5通过导线C与所述第四腔室32的电接触端E6电性连接，所述第二电阻测量电路(即外接电路6)连接在所述第三腔室31的电接触端E4和第四腔室32的电接触端E6之间。

本实施例中，所述压力测量腔4的长度方向、流体输入腔1的长度方向均与所述导电液体腔2的长度方向垂直，所述导电液体腔2位于压力测量腔4和流体输入腔1之间。所述温度测量腔3位于所述导电液体腔2的长度方向上，且温度测量腔3穿过所述活塞B、导电液体腔2和第一腔室41，所述第三腔室31的电接触端E4位于所述流体输入腔1所在的壁体上，且可视，所述第四腔室32的电接触端E6位于所述压力测量腔4所在的壁体上，且可视。如此，使温度测量腔3便于与第二电阻测量电路(即外接电路6)电性连接。

本实施例中，所述流体输入腔1的开口端设置有开关阀，该开关阀优选采用电动开关阀S。

本实施例中，所述导电液体腔2与所述压力测量腔4相接的一端和与所述流体输入腔1相接的一端相对设置，且均位于导电液体腔2的长度方向上，并分别设置有挡圈A，所述活塞B位于该两挡圈A之间，通过挡圈A限制活塞B的活动范围。

本实施例中，所述第一腔室41中和导电液体腔2中填充同一种导电液体F1，所述第三腔室31中的导电液体类型与导电液体腔2中的导电液体类型可以相同，也可以不同。所述导电液体F1、F2可以是氯化钠溶液或液体金属等。

本实施例中，所述压力测量腔4的直径d3小于所述导电液体腔2的直径d1，所述温度测量腔3的直径d2小于所述压力测量腔4的直径d3。压力测量腔4的长度L2和导电液体腔2的长度L3根据实际测量管道内流体压力范围设定，若管道流体压力范围较大，则可将压力测量腔4的长度L2和导电液体腔2的长度L3做得较长，这是因为导体电阻值大小与导体长度成正比，与导体横截面积大小成反比；流体输入腔1的直径d4和长度L1视具体管道情况而定，若管道直径较大，流体压力小，则流体输入腔的直径d4可以相应做得较大，反之，若管道直径较小，流体压力较大，则流体输入腔的直径d4可以相应做得较小。实际应用时，也可以通过改变导电液体使电阻率改变，和/或更换不同刚度的弹簧，使得所能测量的流体压力范围较大。

本实施例中，所述压力测量腔4、流体输入腔1、导电液体腔2所在的壁体选用钢材即可，壁厚根据实际监测管道内的流体压力范围来确定；温度测量腔3所在的壁体需用导热材料制成；压力测量腔4内弹簧K可根据实际监测管道内流体的压力大小进行调整。

本发明的一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的方法，采用上述本发明所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置进行监测，包括如下步骤：

1)依据实际测量的管道系统压力范围区间，选择刚度适合的弹簧K，选择适合的导电液体F1、F2，

2)用不同压力、具有同等温度的同一种试验流体先后充入流体输入腔1中，试验数次，建立所述第一腔室41中导电液体F1的电阻值变化与流体的压力变化的关系，即f(PR)～P，PR表示在压力变化下相应的电阻值变化量；用不同温度、具有同等压力的同一种试验流体先后充入流体输入腔1中，试验数次，建立所述第三腔室31中导电液体F2的电阻值变化与流体的温度变化的关系，即f(TR)～T，TR表示在温度变化下相应的电阻值变化量；

3)将待测管道与流体输入腔1的开口端对接，开启电动开关阀S，将管道内的待测流体充入流体输入腔1中，测量第一腔室41中导电液体F1的电阻值和第三腔室31中导电液体F2的电阻值；

4)根据已建立的第一腔室41中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系计算得到待测流体的实际压力值，根据已建立的第三腔室31中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系计算得到待测流体的实际温度值；若待测液体存在压力脉动，则根据已建立的第一腔室41中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系，由不同时刻测量得到的第一腔室41中导电液体的电阻值变化来表征压力脉动大小。

本实施例中，所述试验液体可以是水或油等，对第一腔室41中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系进行试验时，可以试验6次(试验次数不局限于此)，每三次取一次平均值，并用两次的平均值建立第一腔室41中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系f(PR)～P，具体，第一腔室41中导电液体的电阻值与流体的压力值呈线性变化的关系，如图2所示。

本实施例中，对第三腔室31中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系进行试验时，可以试验6次(试验次数不局限于此)，每三次取一次平均值，并用两次的平均值建立第三腔室31中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系f(TR)～T，具体，第三腔室31中导电液体的电阻值与流体的温度值呈线性变化的关系，如图3所示。

本实施例中，管道内的流体进入流体输入腔1时，流体推动活塞B向上移动，使得压力测量腔4的第一腔室41中的导电液体F1推动第一滑块E2左移，使得E1-E2间导电液体长度发生改变，从而改变测量得到的PR值，再根据已建立的函数关系f(PR)～P得出流体此时的压力值P。管道内的流体进入流体输入腔1时，流体温度传递到温度测量腔3内，使得第三腔室31中的导电液体F1受热膨胀或受冷收缩，根据电阻定律，E4-E5间导电液体F2的横截面积不变，而长度发生了改变，从而改变了测得的电阻TR，通过已建立的函数关系f(TR)～T，由TR值得到流体的温度值T。如果流体存在压力脉动，则根据函数关系f(PR)～P，由不同时刻连续测量得到的PR值的变化情况来表征压力脉动大小，如图4所示。

本发明还可以在外接电路5、6上连接反馈控制系统，根据实时测得的流体压力值、温度值及压力脉动来调控管道上相应部件的工作状态，从而实现管道内流体压力、温度值测量及压力脉动的一体化监测与管道内流体状态的调控。

本发明的一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法，不仅结构简单、成本低、测量精度和大小可调(采用刚度的弹簧，如较软弹簧和稍硬的弹簧，使得测量灵敏度不同，测量精度不同；不改变测量装置，通过更换弹簧、导电液体来实现不同需求下的压力、温度测量，由于装置尺寸已定，如果增大弹簧刚度，相同的伸长量，所测量的压力大小、温度大小就会不同)，还可实时监测管道内流体的温度、压力及压力脉动，可适用于不同环境及应用工况下管道内流体的压力、温度及压力脉动监测。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置及方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：包括流体输入腔、填充有导电液体的导电液体腔、可导热的温度测量腔、压力测量腔、第一滑块、第二滑块、活塞、弹性件，导电液体腔和流体输入腔之间通过滑动设置的活塞隔开；压力测量腔中通过滑动设置的第一滑块分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室中填充有导电液体，并与导电液体腔连通，弹性件位于第二腔室，用于驱使第一滑块朝第一腔室的方向滑动复位；温度测量腔中通过滑动设置的第二滑块分隔为第三腔室和第四腔室，第三腔室中填充有导电液体，并位于流体输入腔中；压力测量腔连接有用于测量其第一腔室中导电液体的电阻值的第一电阻测量电路，温度测量腔连接有用于测量其第三腔室中导电液体的电阻值的第二电阻测量电路；所述第三腔室和第四腔室的相对外端分别设有电接触端；所述温度测量腔穿过所述活塞、导电液体腔和第一腔室，所述第三腔室的电接触端位于所述流体输入腔所在的壁体上，且可视，所述第四腔室的电接触端位于所述压力测量腔所在的壁体上，且可视；

所述导电液体腔与所述压力测量腔相接的一端和与所述流体输入腔相接的一端相对设置，并分别设置有挡圈，所述活塞位于该两挡圈之间；

所述压力测量腔的长度方向、流体输入腔的长度方向与所述导电液体腔的长度方向垂直，所述导电液体腔位于压力测量腔和流体输入腔之间，所述温度测量腔位于所述导电液体腔的长度方向上。

2.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述第一腔室、第二腔室的相对外端分别设有电接触端，所述第一滑块、弹性件均为导电材质，弹性件抵设在第一滑块和第二腔室的电接触端之间，所述第一电阻测量电路连接在第一腔室的电接触端和第二腔室的电接触端之间。

3.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述第二滑块为导电材质，该第二滑块通过导线与所述第四腔室的电接触端电性连接，所述第二电阻测量电路连接在所述第三腔室的电接触端和第四腔室的电接触端之间。

4.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述流体输入腔的开口端设置有开关阀。

5.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述弹性件为弹簧。

6.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述导电液体为氯化钠溶液或液体金属。

7.根据权利要求1所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置，其特征在于：所述压力测量腔的直径小于所述导电液体腔的直径，所述温度测量腔的直径小于所述压力测量腔的直径。

8.用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的方法，其特征在于：采用如权利要求1-7中任一项所述的用于管道内流体压力、温度、压力脉动监测的装置进行监测，包括如下步骤：

1）用不同压力、具有同等温度的同一种试验流体先后充入流体输入腔中，试验若干次，建立所述第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系；用不同温度、具有同等压力的同一种试验流体先后充入流体输入腔中，试验若干次，建立所述第三腔室中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系；

2）将管道内的待测流体充入流体输入腔中，测量第一腔室中导电液体的电阻值和第三腔室中导电液体的电阻值；

3）根据已建立的第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系计算得到待测流体的实际压力值，根据已建立的第三腔室中导电液体的电阻值变化与流体的温度变化的关系计算得到待测流体的实际温度值；若待测液体存在压力脉动，则根据已建立的第一腔室中导电液体的电阻值变化与流体的压力变化的关系，由不同时刻测量得到的第一腔室中导电液体的电阻值变化来表征压力脉动大小。