大管徑集中供熱管道應力遠程在線監(jiān)測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大管徑供熱管道應力測試裝置，尤其涉及大管徑集中供熱管道應 力遠程在線監(jiān)測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 由于城鎮(zhèn)直埋供熱對環(huán)境影響小、工程造價低、節(jié)能效果好、施工方便、使用壽命 長，在我國得到迅速發(fā)展。直埋供熱管道工程的設計原則是使預制保溫管系統(tǒng)中的管道、管 件在設計條件下均能滿足相應標準強度條件和穩(wěn)定性要求，從而確保供熱管道系統(tǒng)處于安 全狀態(tài)。而熱管道應力是強度條件和穩(wěn)定性要求的重要指標。為解決供熱管道由于熱脹冷 縮造成的管道形變，采取的主要措施是在供熱管道中增設補償器（又叫膨脹節(jié)或伸縮節(jié)）。 補償器的選擇與管道軸向應力有直接關系。目前，管道應力主要依據經驗公式來計算推得， 而這個計算結果與實際結果存在較大差異。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術中存在的不足，提供大管徑集中供熱管道應 力遠程在線監(jiān)測裝置及檢測方法，該裝置不僅能測出直埋式供熱管道的應力，而且無需人 工在管道井下進行現場監(jiān)測，能夠實現無線遠程在線測量，減少了人力物力，大大降低了測 試成本。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術方案為：
[0005] -種大管徑集中供熱管道應力遠程在線監(jiān)測裝置，包括用于測量供熱管道多點處 應變量的若干組相互并聯(lián)的應變片、每組應變片的輸出端串接的有應變儀、應變儀的輸出 端連接有的GPRS數據傳輸模塊、用于測量空氣溫度和管道表面溫度的溫度傳感器、用于測 量應變片電壓的供橋電壓；
[0006] 所述的溫度傳感器與溫度應變器相連，溫度應變器及供橋電壓與數據采集模塊連 接；
[0007] 所述的數據采集模塊與GPRS數據傳輸模塊相連，GPRS數據傳輸模塊與電源模塊 及數據監(jiān)測管理中心連接。
[0008] 所述的應變片采用全橋式應變片。
[0009] 所述的電源模塊包括蓄電池，與蓄電池串聯(lián)的逆變器及與逆變器串聯(lián)的電源適配 器，電源適配器的輸出端接GPRS數據傳輸單元。
[0010] 所述的應變儀的輸出端以Modbus通信協(xié)議方式與GPRS數據傳輸模塊相連；所述 的數據采集模塊通過485總線以Modbus協(xié)議通信與GPRS數據傳輸模塊相連。
[0011] 所述的數據監(jiān)測管理中心包括無線路由器及上位機；其中，無線路由器通過無線 通信網絡與GPRS數據傳輸模塊連接，無線路由器與上位機連接。
[0012] 所述的無線通信網絡包括GPRS網路或Internet網路；所述的上位機上嵌入有 LabVIEW軟件開發(fā)平臺。
[0013] 所述測量供熱管道上設置三個測點端面，第一個測點端面處于管道的活動端的補 償器處，第二和第三個測點端面處于管道的過渡段，每個測點端面上各布置了十個測點，每 測試斷面處七個應變片為單向應變片，沿管道軸向布置；另外三個應變片組成應變花，正交 的兩個分別沿軸向和環(huán)向布置。。
[0014] 一種大管徑集中供熱管道應力遠程在線檢測方法，包括以下步驟：
[0015] 用應變片測量管道多點處電壓信號；
[0016] 用溫度傳感器測量空氣溫度和管道表面溫度數據；
[0017] 用供橋電壓測量全橋式應變片供橋電壓；
[0018] 采集的以上數據信息經具有LabVIEW開發(fā)平臺的上位機進行分析處理后，繪制回 水應變-時間曲線及對應回水溫度-時間曲線，供水應變-時間曲線即對應供水溫度-時 間曲線，并進行存儲和實時顯示遠程測量直埋式供熱管道的應力；
[0019] 其中，應變與信號電壓的關系如下：
[0020]
[0021] K為應變儀靈敏度，e為應變，％為供橋電壓，可根據實驗要求進行配置。
[0022] 進一步，分析處理步驟包括以下步驟：
[0023] 1)測試得到應變值消除由于應變片熱輸出引入的附加應變步驟，附加應變 f(AT)按照如下公式計算：
[0024] f(AI\) =g(T)-g〇\) = 4. 3X1(T4 (T3-!^) -0? 097 (T2-!^) +7. 3 (T-TJ
[0025] 為管道的冷態(tài)溫度，T為實測溫度。
[0026] 進一步，分析處理步驟還包括：
[0027] 2)采集的應變量數據先進行濾波處理步驟，采用的濾波算法為加權平均值濾波 法，具體步驟如下：
[0028] 一個N項加權平均式為：
[0029]
)
[0030] 其中，濾波器的輸入為采樣X(N)，輸出為Y(N)，&均為加權系數，K= 0, 1，2…N， 且滿足下式：
[0031]
[0032] 此應變?yōu)V波算法中的加權系數&定義如下：
[0033] Ci= 1/A
[0034] C2=e-T/A
[0035] ......
[0036] CN= e夸1) T / A
[0037] 其中，A = …+e^)T，t為應變采集的純滯后時間，這里取值為1秒。
[0038] 與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0039] 本發(fā)明通過應變片測量供熱管道的應變量，將應變片測量的數據通過應變儀轉化 成數字信號，并將應變數據傳輸給GPRS數據傳輸單元；通過溫度傳感器測量空氣溫度和 管道表面溫度，供橋電壓測量全橋式應變片供橋電壓，數據采集模塊將溫度傳感變送器測 量的空氣溫度和管道表面溫度、供橋電壓測量出來的全橋式應變片供橋電壓轉換為數字信 號，數據采集模塊與GPRS數據傳輸單元相互傳輸數據，并通過無線網路傳輸給監(jiān)控中心， 通過監(jiān)控中心處理分析，本發(fā)明結構簡單，不僅能測出直埋式供熱管道的應力，而且無需人 工在管道井下進行現場監(jiān)測，能夠實現無線遠程在線測量。減少了人力物力，大大降低了測 試成本。
[0040] 進一步，設置三個測點端面并測量多個點的數據，使測試結果更加準確和接近實 際情況。
[0041] 本發(fā)明在線檢測方法，直埋式供熱管道進行測試應力，并通過數據傳輸到上位機， 不僅能測出直埋式供熱管道的應力，而且無需人工在管道井下進行現場監(jiān)測，能夠實現無 線遠程在線測量。并且考慮應變片電阻受熱力管道溫度影響，及測量電橋電壓變化等因素， 以圖表的形式反饋給觀察人員，清楚直觀。
[0042] 進一步，應變片設置在供熱管道的上、下、內、外四處，更能真實反應供熱管道不同 位置的應變，測試數據反饋真實，與實際接近。
[0043] 進一步，通過濾波處理的數據，減少了噪值，曲線更加真實。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明的結構原理示意圖；
[0045] 圖2為本發(fā)明的應變片電橋示意圖；
[0046] 圖3為本發(fā)明的應變片性能參數擬合曲線
[0047] 圖4A為沿測試管段應變測試斷面布置圖；
[0048] 圖4B為測試管段溝槽斷面圖；
[0049] 圖5A測試斷面1供水管測點布置；
[0050] 圖5B測試斷面1回水管測點布置；
[0051] 圖5C測試斷面2供水管測點布置；
[0052] 圖?測試斷面1回水管測點布置；
[0053] 圖5E測試斷面3供水管測點布置；
[0054] 圖5F測試斷面3回水管測點布置；
[0055] 圖6A測點12測試曲線；
[0056] 圖6B測點18測試曲線圖；
[0057] 圖6C測點20測試曲線圖；
[0058] 圖6D測點27測試曲線圖；
[0059] 圖6E測點53測試曲線圖；
[0060] 圖6F測點56測試曲線；
[0061] 圖7A測點30測試曲線圖；
[0062] 圖7B測點38測試曲線圖；<