發(fā)布時間：2020-08-31 10:13

　　 壓力容器應(yīng)用廣泛,數(shù)量龐大,它涉及到工業(yè)生產(chǎn)和生活的眾多領(lǐng)域。作為承壓設(shè)備的典型代表,此類設(shè)備往往承載著易燃、易爆、劇毒或腐蝕性介質(zhì),一旦出現(xiàn)意外事故往往會造成嚴重的安全事故和經(jīng)濟損失。過壓是引起壓力容器安全事故的主要原因,因此,實時對該類設(shè)備的壓力參數(shù)進行檢測和控制就顯得非常重要。傳統(tǒng)的壓力檢測方法分為介入式和非介入式兩種,本文在研究了國內(nèi)外非介入式壓力檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對目前測量方法存在的設(shè)備成本高,無法在線測量等不足,設(shè)計了一套在線壓力測量裝置。同時,針對低壓段壓力與超聲波傳播時延之間非線性嚴重的問題,提出了一種基于響應(yīng)曲面法的測量模型建模方法;針對檢測系統(tǒng)容易受到探頭安裝、溫度、耦合劑以及信號處理電路等因素影響,提出了一種基于相鄰縱波時延間隔的壓力測量方法。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括:(1)提出了一種基于響應(yīng)曲面法的壓力測量模型。由于殘余應(yīng)力和溫度的影響,壓力與時延之間在低壓段呈現(xiàn)局部非線性關(guān)系。為提高壓力檢測的精度,本文采用響應(yīng)曲面法和多波融合的思想,建立了基于響應(yīng)曲面法的多元非線性壓力測量模型,并根據(jù)變量和模型的顯著性,優(yōu)化了模型結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明,該模型可以實現(xiàn)較高的檢測精度,調(diào)整的擬合優(yōu)度達到0.998,均方根誤差達到0.1MPa,平均相對誤差達到3.3%。(2)提出了一種基于相鄰縱波時延間隔的測量方法。利用TDC在單個測量周期可同時進行三個時間信號測量的能力,可以采集同一個激發(fā)信號所產(chǎn)生的多個縱波(臨界折射縱波或反射縱波),該方法可以克服超聲波探頭起振時間不一致、耦合劑、超聲波激發(fā)和接收電路、探頭固定特性等不一致所帶來的影響,提高壓力測量精度。實驗結(jié)果表明,采用該方法獲得的時延數(shù)據(jù)具有較好的重復(fù)性,壓力測量均方根誤差達到0.165MPa,平均相對誤差達到3.61%。(3)設(shè)計了一套基于TDC-GP22的超聲波在線壓力檢測設(shè)備。根據(jù)對聲彈性理論和薄殼理論的研究,壓力容器內(nèi)的壓力可通過對超聲波渡越時間的測量來確定。本文采用MSP430F149為MCU,以TDC-GP22時間數(shù)字芯片為計時單元設(shè)計了一套高精度、高分辨率、低成本、可在線測量的壓力檢測設(shè)備。該設(shè)備主要包括:電源模塊、系統(tǒng)控制模塊、探頭驅(qū)動模塊、超聲波信號調(diào)理模塊以及數(shù)據(jù)處理與顯示模塊。(4)搭建了壓力檢測實驗系統(tǒng),以水壓力容器為測試對象,對設(shè)計的壓力檢測裝置和建模方法進行實驗驗證。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計的壓力檢測設(shè)備具有較好的實用價值,本文所提出的模型優(yōu)化方法和基于相鄰縱波間時延間隔的測量方法能夠有效提高壓力檢測精度,簡化測量裝置。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH49;TB559
【部分圖文】：

并著重分析了非介入式方法的特點和優(yōu)點。最后，引出本文研逡逑容，即基于聲時差法的超聲波非介入式壓力檢測技術(shù)研究，對該方法逡逑術(shù)發(fā)展歷程進行了介紹，并以此為基礎(chǔ)闡述了文章的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。逡逑背景及意義逡逑備（鍋爐、壓力容器、氣瓶、壓力管道等）作為一個涉及多行業(yè)，多逡逑設(shè)備，在石油化工、醫(yī)藥、航空航天、核工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)逡逑家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布的關(guān)于２０１６年全國特種設(shè)備安全狀況逡逑示，截止２０１６年底全國特種設(shè)備總量超過１１９７．０２萬臺，相比２０１５逡逑％，其中包含鍋爐５３．４４萬臺，壓力容器３５９．９７萬臺。此外，與壓力逡逑中，有氣瓶超過１４２３５萬只，壓力管道超過４７．７９萬公里［１］。在實際逡逑于承壓設(shè)備一般與易燃、易爆或者有毒物質(zhì)相關(guān)聯(lián)，由于過壓等原因逡逑者產(chǎn)生的二次危害，例如污染物泄露，輻射等會對工廠、環(huán)境以及人逡逑較大的危害，造成重大經(jīng)濟損失，是安全生產(chǎn)中的重要危險源。逡逑

貼工藝和環(huán)境溫濕度影響大，測量精度不高。此外，這種方法對應(yīng)變片的安裝要逡逑求很高，在低壓測量階段，導(dǎo)線電阻對壓力測量會帶來較大干擾。應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及逡逑其粘貼方式如圖１．４所示：逡逑覆蓋層邋基片逡逑桯ｆ—逡逑引線／邐／邐…／邋電阻絲式敏感柵逡逑圖１．４應(yīng)變式壓力檢測示意圖逡逑（２）電容式壓力檢測法。壓力容器或壓力管道內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)容易受很逡逑多因素影響，溫度和壓力是兩個主要的影響因素［９’１＜）］。根據(jù)介電常數(shù)與壓力的關(guān)逡逑系，理論上可以通過測量電容的變化來間接檢測容器或管道內(nèi)部壓力。作為一種逡逑非介入式檢測方法，電容式壓力檢測技術(shù)在理論上具備一定的可行性，并且近年逡逑來也取得了充分的研究，在實際應(yīng)用中，電容式壓力檢測仍有很多問題需要解決：逡逑ａ．被測電容容易受到介質(zhì)組分和雜質(zhì)的干擾；ｂ．受管徑的限制比較嚴重，隨著管逡逑徑的增大，電容會變得比較小，測量的準確度難以保證；ｃ．電容絕對值較小時，逡逑裝置的寄生電容和雜散電容對測量帶來一定的干擾。采用電容法進行壓力檢測原逡逑理圖如圖１．５所示：逡逑邐■邋由極１逡逑邐邐Ｖ邋■邐ｘ邋邐逡逑ｆ邐ｉｐ－邋＊ｔｐ邐？？邋＾￣￣ｊｒ—邋－ｗ邋——邋ｔｐ邋■邐－ｖ—邋ｙ逡逑／邋匕－＋抑」／邋＼逡逑ｉ邐電容式傳感器逡逑＼邋＇邐，８＊ｓｓｎｎ？ｘ？？？ｅｓ＊？邐ｌ邋／逡逑ｌ邋Ｉ邋？？邋１■—ｉ？－ｉ

貼工藝和環(huán)境溫濕度影響大，測量精度不高。此外，這種方法對應(yīng)變片的安裝要逡逑求很高，在低壓測量階段，導(dǎo)線電阻對壓力測量會帶來較大干擾。應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及逡逑其粘貼方式如圖１．４所示：逡逑覆蓋層邋基片逡逑桯ｆ—逡逑引線／邐／邐…／邋電阻絲式敏感柵逡逑圖１．４應(yīng)變式壓力檢測示意圖逡逑（２）電容式壓力檢測法。壓力容器或壓力管道內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)容易受很逡逑多因素影響，溫度和壓力是兩個主要的影響因素［９’１＜）］。根據(jù)介電常數(shù)與壓力的關(guān)逡逑系，理論上可以通過測量電容的變化來間接檢測容器或管道內(nèi)部壓力。作為一種逡逑非介入式檢測方法，電容式壓力檢測技術(shù)在理論上具備一定的可行性，并且近年逡逑來也取得了充分的研究，在實際應(yīng)用中，電容式壓力檢測仍有很多問題需要解決：逡逑ａ．被測電容容易受到介質(zhì)組分和雜質(zhì)的干擾；ｂ．受管徑的限制比較嚴重，隨著管逡逑徑的增大，電容會變得比較小，測量的準確度難以保證；ｃ．電容絕對值較小時，逡逑裝置的寄生電容和雜散電容對測量帶來一定的干擾。采用電容法進行壓力檢測原逡逑理圖如圖１．５所示：逡逑邐■邋由極１逡逑邐邐Ｖ邋■邐ｘ邋邐逡逑ｆ邐ｉｐ－邋＊ｔｐ邐？？邋＾￣￣ｊｒ—邋－ｗ邋——邋ｔｐ邋■邐－ｖ—邋ｙ逡逑／邋匕－＋抑」／邋＼逡逑ｉ邐電容式傳感器逡逑＼邋＇邐，８＊ｓｓｎｎ？ｘ？？？ｅｓ＊？邐ｌ邋／逡逑ｌ邋Ｉ邋？？邋１■—ｉ？－ｉ

【參考文獻】

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本文編號：2808663