大管徑集中供熱管道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種大管徑供熱管道應(yīng)力測(cè)試裝置，尤其涉及大管徑集中供熱管 道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于城鎮(zhèn)直埋供熱對(duì)環(huán)境影響小、工程造價(jià)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(shè)計(jì)原則是使預(yù)制保溫管系統(tǒng)中的管道、管 件在設(shè)計(jì)條件下均能滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(yīng)力是強(qiáng)度條件和穩(wěn)定性要求的重要指標(biāo)。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(shè)補(bǔ)償器（又叫膨脹節(jié)或伸縮節(jié)）。 補(bǔ)償器的選擇與管道軸向應(yīng)力有直接關(guān)系。目前，管道應(yīng)力主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算推得， 而這個(gè)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在較大差異。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供大管徑集中供熱 管道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置，該裝置不僅能測(cè)出直埋式供熱管道的應(yīng)力，而且無需人工在 管道井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線遠(yuǎn)程在線測(cè)量，減少了人力物力，大大降低了測(cè)試成 本。
[0004] 為解決上述問題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：
[0005] -種大管徑集中供熱管道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置，包括用于測(cè)量供熱管道多點(diǎn)處 應(yīng)變量的若干組相互并聯(lián)的應(yīng)變片、每組應(yīng)變片的輸出端串接的有應(yīng)變儀和應(yīng)變儀的輸 出端連接有的GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊與電源模塊及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理中 心連接。
[0006] 所述的應(yīng)變片采用全橋式應(yīng)變片。
[0007] 還包括用于測(cè)量空氣溫度和管道表面溫度的溫度傳感器和用于測(cè)量應(yīng)變片電壓 的供橋電壓；所述的溫度傳感器與溫度應(yīng)變器相連，溫度應(yīng)變器及供橋電壓與數(shù)據(jù)采集模 塊連接；所述的數(shù)據(jù)采集模塊與GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。
[0008] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊通過485總線以Modbus協(xié)議通信與GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊相 連。
[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(shù)據(jù)傳輸單元。
[0010] 所述的應(yīng)變儀的輸出端以Modbus通信協(xié)議方式與GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊相連。
[0011] 所述的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理中心包括無線路由器及上位機(jī)；其中，無線路由器通過無線 通信網(wǎng)絡(luò)與GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，無線路由器與上位機(jī)連接。
[0012] 所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)包括GPRS網(wǎng)路或Internet網(wǎng)路。
[0013] 所述的上位機(jī)上嵌入有LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)。
[0014] 所述測(cè)量供熱管道上設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)端面，第一個(gè)測(cè)點(diǎn)端面處于管道的活動(dòng)端的補(bǔ) 償器處，第二和第三個(gè)測(cè)點(diǎn)端面處于管道的過渡段，每個(gè)測(cè)點(diǎn)端面上各布置了十個(gè)測(cè)點(diǎn)，每 測(cè)試斷面處七個(gè)應(yīng)變片為單向應(yīng)變片，沿管道軸向布置；另外三個(gè)應(yīng)變片組成應(yīng)變花，正交 的兩個(gè)分別沿軸向和環(huán)向布置。
[0015] -種大管徑集中供熱管道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0016] 用應(yīng)變片測(cè)量管道多點(diǎn)處電壓信號(hào)；
[0017] 用溫度傳感器測(cè)量空氣溫度和管道表面溫度數(shù)據(jù)；
[0018] 用供橋電壓測(cè)量全橋式應(yīng)變片供橋電壓；
[0019] 采集的以上數(shù)據(jù)信息經(jīng)具有LabVIEW開發(fā)平臺(tái)的上位機(jī)進(jìn)行分析處理后，繪制回 水應(yīng)變-時(shí)間曲線及對(duì)應(yīng)回水溫度-時(shí)間曲線，供水應(yīng)變-時(shí)間曲線即對(duì)應(yīng)供水溫度-時(shí) 間曲線，并進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程測(cè)量直埋式供熱管道的應(yīng)力；
[0020] 其中，應(yīng)變與信號(hào)電壓的關(guān)系如下：
[0022] K為應(yīng)變儀靈敏度，ε為應(yīng)變，U。為供橋電壓，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行配置。
[0023] 進(jìn)一步，分析處理步驟包括以下步驟：
[0024] 1)測(cè)試得到應(yīng)變值消除由于應(yīng)變片熱輸出引入的附加應(yīng)變步驟，附加應(yīng)變 f( AT)按照如下公式計(jì)算：
[0026] T1為管道的冷態(tài)溫度，T為實(shí)測(cè)溫度。
[0027] 進(jìn)一步，分析處理步驟還包括：
[0028] 2)采集的應(yīng)變量數(shù)據(jù)先進(jìn)行濾波處理步驟，采用的濾波算法為加權(quán)平均值濾波 法，具體步驟如下：
[0029] -個(gè)N項(xiàng)加權(quán)平均式為：
[0031] 其中，濾波器的輸入為采樣X(N)，輸出為Y(N)，（^均為加權(quán)系數(shù)，K = 0, 1，2…N， 且滿足下式：
[0033] 此應(yīng)變?yōu)V波算法中的加權(quán)系數(shù)Ck定義如下：
[0034] C1= 1/Δ
[0035] C2= e V Δ
[0036] ......
[0037] CN=e (Ν1)τ/Δ
[0038] 其中，Δ =l+e Ve2V…+?^Ν1)?，τ為應(yīng)變采集的純滯后時(shí)間，這里取值為I秒。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0040] 本實(shí)用新型通過應(yīng)變片測(cè)量供熱管道的應(yīng)變量，將應(yīng)變片測(cè)量的數(shù)據(jù)通過應(yīng)變儀 轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并將應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸給GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元；通過溫度傳感器測(cè)量空氣溫 度和管道表面溫度，供橋電壓測(cè)量全橋式應(yīng)變片供橋電壓，數(shù)據(jù)采集模塊將溫度傳感變送 器測(cè)量的空氣溫度和管道表面溫度、供橋電壓測(cè)量出來的全橋式應(yīng)變片供橋電壓轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集模塊與GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元相互傳輸數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)路傳輸給監(jiān)控中 心，通過監(jiān)控中心處理分析，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅能測(cè)出直埋式供熱管道的應(yīng)力，而 且無需人工在管道井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線遠(yuǎn)程在線測(cè)量。減少了人力物力，大大 降低了測(cè)試成本。
[0041] 進(jìn)一步，設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)端面并測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確和接近實(shí) 際情況。
[0042] 本實(shí)用新型在線檢測(cè)方法，直埋式供熱管道進(jìn)行測(cè)試應(yīng)力，并通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴?位機(jī)，不僅能測(cè)出直埋式供熱管道的應(yīng)力，而且無需人工在管道井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)?現(xiàn)無線遠(yuǎn)程在線測(cè)量。并且考慮應(yīng)變片電阻受熱力管道溫度影響，及測(cè)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。
[0043] 進(jìn)一步，應(yīng)變片設(shè)置在供熱管道的上、下、內(nèi)、外四處，更能真實(shí)反應(yīng)供熱管道不同 位置的應(yīng)變，測(cè)試數(shù)據(jù)反饋真實(shí)，與實(shí)際接近。
[0044] 進(jìn)一步，通過濾波處理的數(shù)據(jù)，減少了噪值，曲線更加真實(shí)。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0046] 圖2為本實(shí)用新型的應(yīng)變片電橋不意圖；
[0047] 圖3為本實(shí)用新型的應(yīng)變片性能參數(shù)擬合曲線
[0048] 圖4A為沿測(cè)試管段應(yīng)變測(cè)試斷面布置圖；
[0049] 圖4B為測(cè)試管段溝槽斷面圖；
[0050] 圖5A測(cè)試斷面1供水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0051] 圖5B測(cè)試斷面1回水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0052] 圖5C測(cè)試斷面2供水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0053] 圖測(cè)試斷面1回水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0054] 圖5E測(cè)試斷面3供水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0055] 圖5F測(cè)試斷面3回水管測(cè)點(diǎn)布置；
[0056] 圖6A-1測(cè)點(diǎn)12測(cè)試應(yīng)變曲線；
[0057] 圖6A-2測(cè)點(diǎn)12測(cè)試溫度曲線；
[0058] 圖6B-1測(cè)點(diǎn)18測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0059] 圖6B-2測(cè)點(diǎn)18測(cè)試溫度曲線圖；
[0060] 圖6C-1測(cè)點(diǎn)20測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0061] 圖6C-2測(cè)點(diǎn)20測(cè)試溫度曲線圖；
[0062] 圖6D-1測(cè)點(diǎn)27測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0063] 圖6D-2測(cè)點(diǎn)27測(cè)試溫度曲線圖；
[0064] 圖6E-1測(cè)點(diǎn)53測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0065] 圖6E-2測(cè)點(diǎn)53測(cè)試溫度曲線圖；
[0066] 圖6F-1測(cè)點(diǎn)56測(cè)試應(yīng)變曲線；
[0067] 圖6F-2測(cè)點(diǎn)56測(cè)試溫度曲線；
[0068] 圖7A-1測(cè)點(diǎn)30測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0069] 圖7A-2測(cè)點(diǎn)30測(cè)試溫度曲線圖；
[0070] 圖7B-1測(cè)點(diǎn)38測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0071] 圖7B-2測(cè)點(diǎn)38測(cè)試溫度曲線圖；
[0072] 圖7C-1測(cè)點(diǎn)48測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0073] 圖7C-2測(cè)點(diǎn)48測(cè)試溫度曲線圖；
[0074] 圖7D-1測(cè)點(diǎn)44測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0075] 圖7D-2測(cè)點(diǎn)44測(cè)試溫度曲線圖；
[0076] 圖7E-1測(cè)點(diǎn)7測(cè)試應(yīng)變曲線圖；
[0077] 圖7E-2測(cè)點(diǎn)7測(cè)試溫度曲線圖；
[0078] 圖7F-1測(cè)點(diǎn)2測(cè)試應(yīng)變曲線；
[0079] 圖7F-2測(cè)點(diǎn)2測(cè)試溫度曲線。
[0080] 其中，1、應(yīng)變片；2、應(yīng)變儀；3、溫度傳感器；4、供橋電壓；5、數(shù)據(jù)采集模塊；6、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊；7、電源適配器；8、逆變器；9、蓄電池；10、電源模塊；11、無線通信網(wǎng)絡(luò)；12、 無線路由器；13、上位機(jī)；14、用戶電腦。
【具體實(shí)施方式】
[0081] 以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0082] 參見圖1，本實(shí)用新型包括用于測(cè)量管道多點(diǎn)處應(yīng)變的若干組相互并聯(lián)的應(yīng)變片 1、每組應(yīng)變片1的輸出端串接的有應(yīng)變儀2、應(yīng)變儀2的輸出端連接有的GPRS數(shù)據(jù)傳輸模 塊6、用于測(cè)量空氣溫度和管道表面溫度的溫度傳感器3、用于測(cè)量應(yīng)變片1電壓的供橋電 壓4,本實(shí)用新型采用全橋應(yīng)變片；
[0083] 在現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)變片1與應(yīng)變儀2連接組成應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，應(yīng)變片1可輸出毫伏電壓信 號(hào)，應(yīng)變儀2的作用將此毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，應(yīng)變儀2帶有485 口，以Modbus通信協(xié) 議方式與GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元6通信，將全橋應(yīng)變片1測(cè)量出來的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸給GPRS數(shù) 據(jù)傳輸單元6。溫度傳感器3可測(cè)量空氣溫度和管道表面溫度。供橋電壓4可測(cè)量全橋式 應(yīng)變片供橋電壓。溫度傳感變送器和拱橋電壓4與數(shù)據(jù)采集模塊5連接。數(shù)據(jù)采集模塊5 將溫度傳感變送器測(cè)量的空氣溫度和管道表面溫度、供橋電壓測(cè)量出來的全橋式應(yīng)變片供 橋電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊5與GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元6通過485總線以Modbus 協(xié)議通信，相互傳輸數(shù)據(jù)。GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元6由電源模塊10供電，該電源模塊10包括蓄 電池9、逆變器8和電源適配器7 ;GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元6將接收到的所有數(shù)據(jù)：應(yīng)變、溫度、電 壓全部通過GPRS網(wǎng)路與Internet網(wǎng)路無線傳輸給遠(yuǎn)端上位機(jī)13的無線路由器12。上位 機(jī)由無線路由器和用戶電腦14組成。無線路由器12將接收到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸給用戶 電腦14。用戶電腦14上運(yùn)行有上位人機(jī)界面，本實(shí)用新型的上位機(jī)13上嵌入有LabVIEW 軟件開發(fā)平臺(tái)。
[0084] 應(yīng)變測(cè)量過程中需要完成以下操作步驟。
[0085] 1將S頂卡放入無線路由器12、通過網(wǎng)線與上位機(jī)13連接、供電；
[0086] 2打開動(dòng)態(tài)域名軟件；動(dòng)態(tài)域名連接成功；
[0087] 3打開測(cè)試軟件，DTU成功連接至電腦；
[0088] 4運(yùn)行LabVIEW程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如需記錄數(shù)據(jù)，請(qǐng)啟動(dòng)記錄。部分測(cè)量結(jié)果如 圖6A及圖6B所示。
[0089] -種大管徑集中供熱管道應(yīng)力遠(yuǎn)程在線檢測(cè)方法，包括以下