CN206930606U - 一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳（1），设在保护外壳（1）内部的红外温度传感器（2）、内部温度计（3）和数据存储器（4），设在保护外壳（1）外部的外部温度计（5）以及设在保护外壳（1）上的固定器，固定器用于将该检测装置固定在热管（9）上；保护外壳（1）上与红外温度传感器（2）探测方向正对的位置开设有检测孔（6）。本实用新型建立了半开放、半封闭式的检测环境和采用了自动化检测技术，其应用能够保证检测结果的精确度，提高检测的工作效率，进而破解输电线路热管的检测关键难题，维护工程安全稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及冻土工程设备检测技术领域，尤其涉及一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置。
背景技术
冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，我国冻土面积主要分布在青藏高原，东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山等地区。随着国家经济建设的不断加快，这些特殊地区在不断兴建各种交通设施，如青藏公路、青藏铁路等国家重大项目。
由于多年冻土和厚层地下冰的存在，使得多年冻土区输电线路塔基基础稳定性具有极大的不确定性：随着外界环境的变化，冻土中冰体的融化会导致塔基基础的快速弱化，对塔基的安全运营和长期稳定性产生重要影响。为避免该种影响，通常会在塔基周围布设一定数量的热管从而维护塔基的稳定性。
热管一种汽、液两相对流循环的导热系统，它是一根密封真空的钢管，里面充填了极易挥发的液态和气态工作介质（如氮、氟里昂、丙烷、CO2等），上端为安装有散热片的散热段，下端为吸热段。应用时，将热管的吸热段插入需要降温的冻土。当环境温度即散热段的温度低于地下吸热段温度的时候，热管开始工作处于导热状态，将地基土中的热量不断散发出去而使土体冷却。
可见，热管在制作、安装和使用过程中的任何微小瑕疵或受损都会导致内部工质泄漏，进而影响热管的工作效能甚至报废。因此，检测热管工作状况是否正常是一项重要工作。现有的检测手段中，通常都需要检测人员拿着仪器到正在工作的热管跟前采集后期分析所需数据，而热管的工作时段一般为冬季的夜晚低温环境，白天受太阳辐射、热管散热段吸热升温而停止工作。即：要想获得有效的工况数据，检测时段局限在冬季的夜晚，而不论是冬季的低温还是夜晚的黑暗都不利于检测工作的展开；另外，受环境温度、风速、太阳热辐射等诸多条件的影响和干扰，加上不同热管工作性能和状态的不同，热管表面温度、辐射温度的稳定性以及与环境温度的差值都会发生较大程度的变化。这些都对热管热学参数、工作状况的测量造成较大的困难，使得后期分析得到的检测结果误差大、精度低。
比如，对于输电线路塔基的热管来说，其工况数据检测工作的展开存在以下困难：1、与公路、铁路等线性工程相比，输电线路塔基一般架设在距离公路一定距离或是比较偏远人迹罕至的位置，在青藏高原等极端寒区条件下，道路通行困难，特别是夜晚更是难以到达，费时费力。2、夜晚视线受限不利于准确寻找到热管：（1）输电线路铁塔、热管均为金属材料，且热管埋设紧邻塔基基础，与输电线路杆塔在观测视线范围内相互重叠，造成严重干扰；（2）在半夜温度过低条件下，塔材、热管金属材料均表现为相同热红外性质，无法使用现有方法进行检测。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置，实现在自动化测量热管工况数据的同时保证测量数据的准确度，进而提高检测效率和检测结果的精确度。
为解决现有问题，本实用新型所述的一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳，设在所述保护外壳内部的红外温度传感器、内部温度计和数据存储器，设在所述保护外壳外部的外部温度计以及设在所述保护外壳上的固定器，所述固定器用于将该检测装置固定在热管上；所述数据存储器与所述红外温度传感器、内部温度计和所述外部温度计均相连，用于记录和存储来自它们的测量数据；所述保护外壳上与所述红外温度传感器探测方向正对的位置开设有检测孔，以使所述红外温度传感器直接测量所述热管的管壁温度。
优选地，所述保护外壳两侧上部开设有散热孔。
优选地，所述固定器具体为设在所述保护外壳内侧靠近所述热管一侧的磁性体。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、检测结果的精确度高
（1）建立了一种新型检测模式
热管为金属圆管，其曲面、金属热良导性质等，在寒区极端自然条件下，都对其表面温度、热流等热学参数的准确测试带来诸多困难。本实用新型利用保护外壳建立了半开放、半封闭式的检测环境，使得检测不受外界环境干扰（外部温度计除外），通过高精度、热红外温度的观测，较好解决了金属表面的温度检测问题，保证了测量数据的准确度；同时，保护外壳间接起到了热流检测的功效，通过后期对内外温度的对比分析，即可获知热管在不同环境条件下的散热强度。
（2）保证检测结果的完整准确
本实用新型设有红外温度传感器和内外温度计，其不仅能对热管管壁温度进行检测，还能检测壳体内外环境温度，这样便于后期通过对比分析热管表面相对环境温度的高低判断热管工作状态，进一步提高了后期分析得到的检测结果的准确性和可信度。
、自动化检测突破现有检测时段的局限，提高了工作效率
（1）改变了热管检测工作条件
本实用新型设有固定器和数据存储器，可以在白天将检测装置固定在热管上，检测装置能进行自动化测量并将测量数据记录起来，之后再来取上即可。相较现有技术中夜间人工亲自检测，在保证检测人员安全的同时节省了人力和物力。
（2）破解输电线路热管的检测关键难题，维护工程安全稳定
本实用新型采用接触式传感器，能在保持热管原状态下，做到不损坏热管快速检测，检测时只需将检测装置固定在热管表面即可。并且由于本实用新型设备体积小、重量轻，可以大量携带，因此，可以同时检测多个热管，从根本上解决了热管一旦布设好，就无法对其进行精确和大规模检测的技术难题。
、本实用新型集红外、温度检测为一体，对热管准确、自动化的检测保证了后期能够快速准确地判断热管是否出现异常，使得能够及时对出现异常的热管进行维护或更换，进一步对热管保护的输电线路塔基等处于冻土地区的工程设施的安全运营提供保障。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的横断面结构示意图。
图2为本实用新型在应用时与被测热管的相对位置示意图。
图3为本实用新型的外观立体示意图
图中：1—保护外壳，2—红外温度传感器，3—内部温度计，4—数据存储器，5—外部温度计，6—检测孔，7—散热孔，8—磁性体，9—热管。
具体实施方式
如图1~3所示，一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳1，设在保护外壳1内部的红外温度传感器2、内部温度计3和数据存储器4，设在保护外壳1外部的外部温度计5以及设在保护外壳1上的固定器，用于将该检测装置固定在热管9上。红外温度传感器2、内部温度计3和外部温度计5均通过传输电缆与数据存储器4连接，它们会将各自测量到的数据周期性地传输给数据存储器4，由该数据存储器4记录并保存起来。
使用时，可以在白天将检测装置固定在热管9上，让其自行执行检测工作，经过一段时间后的自动观测后比如在第二天白天，检测人员将存储的数据取出，用于后期室内分析并判断热管的工作状况。这里可以理解的是，本领域技术人员通过观察取出的测量数据能够判断出其中哪些是有效的工况数据，即热管9处于工作导热状态下测量到的数据。
保护外壳1靠近热管9的一侧开设有检测孔6，供红外温度传感器2探测热管9的管壁温度用，使用时热管9的管壁是处于该检测孔6位置处的；保护外壳1两侧上部开设有散热孔7，使得整个装置可以通风散热。在实际制作过程中，保护外壳1可以由PVC、不透明的有机玻璃或者金属等能够遮风挡雨挡太阳材料制成，比如将厚度为0.3mm的PVC板制成10cm×5cm×3cm的长方体作为保护外壳1，在10cm×5cm的一面中部靠上位置开设边长1.5mm×1.5mm正方形孔作为检测孔6，在保护外壳1其余两侧开设多个圆形小孔作为散热孔7。
红外温度传感器2设在保护外壳1内部远离热管9一侧、正对检测孔6的位置处，其探头的探测方向面向热管9，工作时通过照射方式直接探测热管9的管壁温度。
固定器具体可以为设在保护外壳1内侧靠近热管9一侧的磁性体8，可以将检测装置整体吸附在热管9的管壁上，具体可以为分设在保护外壳1内侧上下左右四个角的四块磁铁。当然，也可以是分设在保护外壳1两边的捆绑条或是其它能将检测装置整体固定在热管9上的固定物件。
在实际的装配过程中，可以将内部温度计3布设于保护外壳1内部靠上的位置，一般在红外温度传感器2上方；将外部温度计5布设于保护外壳1外部的下方；最后将数据存储器4布设于保护外壳1内部的最下部分，并将其通过传输电缆与红外温度传感器2、内部温度计3和外部温度计5 相连。
可见，本实用新型检测装置集红外、温度检测为一体，具备操作简便、快速收放、各项检测参数连续、自动观测等功效，（1）通过半开放、气流相对稳定、避光检测环境即检测室的构建，能够对金属管外表面热红外温度进行高精度的准确测定；（2）通过同时检测保护外壳1内部温度、外部温度，可以为不同热管在不同环境温度条件下的放热效能、工作状况的分析提供关键数据；（3）本实用新型具有检测数据的自动记录效能，可以根据设定，进行不同时间间隔的长期观测记录；（4）根据现场总体、实测大数据的系统分析，就可以建立不同热管工作性状的判定模式的建立，以及依据不同热管的连续记录数据完成对不同热管工作状态的识别和判定，从而对热管的修复和替换提供数据支持。
Claims (3)
1.一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置，其特征在于：该检测装置包括保护外壳（1），设在所述保护外壳（1）内部的红外温度传感器（2）、内部温度计（3）和数据存储器（4），设在所述保护外壳（1）外部的外部温度计（5）以及设在所述保护外壳（1）上的固定器，所述固定器用于将该检测装置固定在热管（9）上；
所述数据存储器（4）与所述红外温度传感器（2）、内部温度计（3）和所述外部温度计（5）均相连，用于记录和存储来自它们的测量数据；所述保护外壳（1）上与所述红外温度传感器（2）探测方向正对的位置开设有检测孔（6），以使所述红外温度传感器（2）直接测量所述热管（9）的管壁温度。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述保护外壳（1）两侧上部开设有散热孔（7）。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述固定器具体为设在所述保护外壳（1）内侧靠近所述热管（9）一侧的磁性体（8）。
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2017
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| CN107389727B (zh) * | 2017-07-19 | 2023-09-01 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种基于温差法的冻土地区热管工况数据检测装置 |
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