計算關系式：
[0036]
(12)
[0037]其中，/j,-深度損失表示的沖蝕速率，m/s;Pt-目標材料密度，kg/m3;At-目標 材料沖蝕面積，m2;
[0038] 選擇沖蝕理論模型式（12)，當確定顆粒入射速度、入射角與材料的性質時，令
*1進而確定實時出砂量:
[0039]
[0040] 而At=HXL，將式（13)進一步化簡為：
[0041]
[0042] 已知入射角（沖蝕角）a為45°，則F(a)值為0.98,取K= 2.0X10_9，m= 2.6， 且傳感元件的長度、密度、電阻率、供電電壓等參數(shù)為常數(shù)，根據(jù)I^I與顆粒速度Vp求得 實時出砂量',。
[0043] 本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳 感元件和支撐殼體，四個傳感元件分別固定在支撐殼體的四個側面，且四個傳感元件組成 平衡電橋，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集平衡電橋的輸出信號，計算機根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的電信 號與攜砂量的定量關系，可監(jiān)測油氣海管的攜砂量，從而指導含砂油氣海管的生產和輸送。 2、本發(fā)明包括四傳感元件，為了增大各傳感元件電阻值，降低數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，同時利 于電橋平衡法的實現(xiàn)，將四個傳感元件適當增加長度和厚度，對稱且等長分布于四個沖蝕 面，因此可以增加傳感元件的有效沖蝕截面積和使用壽命，提高監(jiān)測裝置的靈敏度。3、本發(fā) 明的傳感元件采用阻值基本不受溫度影響，且具有較強耐磨性的鎳銅合金制備而成，因此 可以為降低溫度變化對監(jiān)測精度的干擾。4、本發(fā)明監(jiān)測精度隨現(xiàn)場條件的變化起伏較小， 采用的電橋法使傳感元件對低濃度砂沖蝕監(jiān)測反應更靈敏，適用于中、低濃度的攜砂量監(jiān) 測。5、本發(fā)明由于不需要安裝參比電阻，因此電路相對簡單，加工成本低。6、本發(fā)明可以通 過調節(jié)叫的大小控制出砂量的監(jiān)測精度，u^值越小，則出砂量監(jiān)測精度越高，但消耗的電能 越高。本發(fā)明可以廣泛應用于油氣海管攜砂量在線監(jiān)測過程中。
【附圖說明】
[0044]圖1是現(xiàn)有技術中出砂量監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖，其中，（a)是安裝在管道內的探 測器的結構示意圖，（b)是探測器傳感元件結構示意圖；
[0045] 圖2是本發(fā)明的結構示意圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明的傳感元件組成電橋的結構示意圖，其中，"一"表示電流方向。
【具體實施方式】
[0047] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0048] 如圖2所示，本發(fā)明提供的基于電橋平衡的油氣海管攜砂量在線監(jiān)測裝置，包括 一第一支管1、一第二支管2、一電動旋轉裝置3、一傳動軸4、一支撐殼體5、四傳感元件6、 一恒壓供電系統(tǒng)7、一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8、一單片機9和一計算機，每一傳感元件6采用電阻值 相同的電阻元件。
[0049] 實驗用管道10上設置一通孔，支撐殼體5穿設過通孔垂直插設到管道10內部，通 孔上焊接有第一支管1，第一支管1內部設置有內螺紋；第二支管2外部設置有與第一支管 1的內螺紋配合使用的外螺紋，第一支管1和第二支管2通過螺紋連接，起到密封的作用。 第二支管2的頂部設置用于固定電動旋轉裝置3的固定座（圖中未示出），電動旋轉裝置3 的輸出軸連接傳動軸4的一端，傳動軸4的另一端固定連接支撐殼體5的頂部。支撐殼體 5為長方體結構，支撐殼體5的四個側面依次為沖蝕面a、b、c、d，每一沖蝕面上均設置有一 用于固定安裝傳感元件6的凹槽，支撐殼體5與傳感元件6之間設置有絕緣物質。a、b、c、 d四個沖蝕面上的傳感元件6的阻值分別為^^，且Ra=Rb=Re=Rd=R，組成平 衡電橋。如圖3所示，&、凡、1?。、心連成四邊形，四邊形的一個對角線麗為平衡電橋的電源 輸入端，另一個對角線PQ為平衡電橋的輸出端。相鄰沖蝕面上的傳感元件6之間通過導線 對立連接，即a、d沖蝕面和b、c沖蝕面上的傳感元件6分別作為一組測試面，相鄰安裝在 支撐殼體5上，且a、d沖蝕面和b、c沖蝕面上的傳感元件6分別位于平衡電橋的對位。恒 壓供電系統(tǒng)7用于為單片機9和電動旋轉裝置3進行供電，且通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8 以恒壓U向平衡電橋的電源輸入進行供電，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8用于采集平衡電橋的輸出端信 號u(t)，并將采集的信號u(t)實時發(fā)送給單片機9和計算機。當采集的信號u(t)等于設 定的電壓叫時，完成其中一組測試面的沖蝕測試，此時單片機9控制電動旋轉裝置3旋轉 180°，同時帶動支撐殼體5旋轉180°，完成另一組測試面的沖蝕測試，反復進行，直至實 驗結束。計算機根據(jù)接收到的信號u(t)的變化通過沖蝕模型轉換成出砂信號，從而監(jiān)測出 管道出砂量。
[0050]在一個優(yōu)選的實施例中，傳感元件6為采用阻值基本不受溫度影響，且具有較強 耐磨性的鎳銅合金材料制備而成的橫截面為矩形的長方體結構。例如，將厚度為0. 1mm、長 1. 1mm、寬3mm的傳感元件6置入支撐殼體5的沖蝕面上深為3. 1mm的凹槽中，并用優(yōu)質陶 瓷絕緣〇? 1mm的間隔。
[0051]在一個優(yōu)選的實施例中，支撐殼體5可以采用304不銹鋼材料制備而成。
[0052]在一個優(yōu)選的實施例中，恒源電流供電系統(tǒng)3的內部裝有穩(wěn)壓MIC芯片，為數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)8進行供電時，可以采用脈沖方式供電，例如，可以每隔2min供一次電，供電時長為 20ms。
[0053] 在一個優(yōu)選的實施例中，電動旋轉裝置3可以采用電機。
[0054] 基于本發(fā)明提供的基于電橋平衡的油氣海管攜砂量在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包 括以下步驟：
[0055] 1)將支撐殼體5垂直插入實驗用管道10內部，且支撐殼體5的一組測試面與管
[0057] 而傳感元件6的電阻增大值R(t)遠遠小于Rn，則將式（1)變形為： 道10內的顆粒流動方向的夾角為45°，并保證Ra=Rd=Rb=Re=Rd，即此時平衡電橋達 到平衡狀態(tài)，具有穩(wěn)壓MIC芯片的恒壓供電系統(tǒng)7以恒壓U向平衡電路供電，平衡電橋輸出 電壓為u(t)。以支撐殼體5的a、d面為起始測試面，當均勻濃度的顆粒以45°角撞擊支撐 殼體5時，支撐殼體5的a、d面上的傳感元件6產生材料磨蝕，假設傳感元件6長為L、寬 為W、厚為H，材料磨蝕使a、d面上傳感元件6的寬度W損失W(t)，a、d面上傳感元件6的 阻值Ra、Rd增大R(t)，使平衡電橋逐漸失衡，假設顆粒沖蝕一段時間t后，支撐殼體5的a、 d面的寬庠同時損生了 枏據(jù)電橋平衡原理：
[0056] 1)
[0058]
[0059]假設傳感元件6電阻率為P，顆粒沖蝕一段時間前后傳感元件6的寬度分別為^Before'' ^After?由歐姆定律得：
[0062] 其中，RBefOT、1^"分別表示顆粒沖蝕前后傳感元件6的阻值；[0063]則式（3)、⑷經變形后相減得：
[0060]
[0061]
[0064]
[0065] 由于沖蝕引起的傳感元件6的電阻變化R(t)較小，即!?(〇〈〈&，則：
[0066]
[0067] 聯(lián)立（2)、（6)式得出a、d面上的傳感元件6在該過程中的寬度損失W(t)為：
[0068]
[0069] 2)當失衡狀態(tài)達到電橋輸出電壓為uQ時，單片機9控制電動旋轉裝置3旋轉 180°，同時帶動支撐殼體5旋轉180°，使均勾顆粒繼續(xù)沖蝕b、c面上的傳感元件6,該過 程中b、c面上的傳感元件6的寬度損失W(t)為：
[0070]
[0071] 其中，&為傳感元件6在第一次旋轉時的電阻值；
[0072] 隨著顆粒沖蝕的進行，直至電橋輸出電壓為_U(I，此時-180°旋轉支撐殼體5,繼而 沖蝕a、d面上的傳感元件6,以此類推反復進行，傳感元件6在第n次旋轉時的電阻值增大 為：
[0073]
[0074] 其中，Rn為傳感元件6第n次旋轉時的電阻值，Rn_i為傳感元件6在第n-1次旋轉 時的電阻值；
[0075]3)由（7)、⑶、（9)式推得傳感元件6在第n次旋轉時，由顆粒沖蝕造成的寬度損 失：
[0076]
[0077] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8將采集的信號u(t)發(fā)送給計算機，計算機采用現(xiàn)有的適用于現(xiàn)場 沖蝕磨損管道系統(tǒng)的方程，這為增高傳感元件6的測量出砂量精度提供了理論基礎：<