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(lèi)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(huì)造成嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。過(guò)壓是引起壓力容器安全事故的主要原因,因此,實(shí)時(shí)對(duì)該類(lèi)設(shè)備的壓力參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制就顯得非常重要。傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)方法分為介入式和非介入式兩種,本文在研究了國(guó)內(nèi)外非介入式壓力檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)目前測(cè)量方法存在的設(shè)備成本高,無(wú)法在線(xiàn)測(cè)量等不足,設(shè)計(jì)了一套在線(xiàn)壓力測(cè)量裝置。同時(shí),針對(duì)低壓段壓力與超聲波傳播時(shí)延之間非線(xiàn)性嚴(yán)重的問(wèn)題,提出了一種基于響應(yīng)曲面法的測(cè)量模型建模方法;針對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)容易受到探頭安裝、溫度、耦合劑以及信號(hào)處理電路等因素影響,提出了一種基于相鄰縱波時(shí)延間隔的壓力測(cè)量方法。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)提出了一種基于響應(yīng)曲面法的壓力測(cè)量模型。由于殘余應(yīng)力和溫度的影響,壓力與時(shí)延之間在低壓段呈現(xiàn)局部非線(xiàn)性關(guān)系。為提高壓力檢測(cè)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(xiàn)性壓力測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該模型可以實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度,調(diào)整的擬合優(yōu)度達(dá)到0.998,均方根誤差達(dá)到0.1MPa,平均相對(duì)誤差達(dá)到3.3%。(2)提出了一種基于相鄰縱波時(shí)延間隔的測(cè)量方法。利用TDC在單個(gè)測(cè)量周期可同時(shí)進(jìn)行三個(gè)時(shí)間信號(hào)測(cè)量的能力,可以采集同一個(gè)激發(fā)信號(hào)所產(chǎn)生的多個(gè)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(shí)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(lái)的影響,提高壓力測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用該方法獲得的時(shí)延數(shù)據(jù)具有較好的重復(fù)性,壓力測(cè)量均方根誤差達(dá)到0.165MPa,平均相對(duì)誤差達(dá)到3.61%。(3)設(shè)計(jì)了一套基于TDC-GP22的超聲波在線(xiàn)壓力檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)對(duì)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(guò)對(duì)超聲波渡越時(shí)間的測(cè)量來(lái)確定。本文采用MSP430F149為MCU,以TDC-GP22時(shí)間數(shù)字芯片為計(jì)時(shí)單元設(shè)計(jì)了一套高精度、高分辨率、低成本、可在線(xiàn)測(cè)量的壓力檢測(cè)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(dòng)模塊、超聲波信號(hào)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(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以水壓力容器為測(cè)試對(duì)象,對(duì)設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)裝置和建模方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的壓力檢測(cè)設(shè)備具有較好的實(shí)用價(jià)值,本文所提出的模型優(yōu)化方法和基于相鄰縱波間時(shí)延間隔的測(cè)量方法能夠有效提高壓力檢測(cè)精度,簡(jiǎn)化測(cè)量裝置。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH49;TB559
【部分圖文】：

并著重分析了非介入式方法的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。最后，引出本文研逡逑容，即基于聲時(shí)差法的超聲波非介入式壓力檢測(cè)技術(shù)研究，對(duì)該方法逡逑術(shù)發(fā)展歷程進(jìn)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(gè)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(yàn)檢疫總局發(fā)布的關(guān)于２０１６年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況逡逑示，截止２０１６年底全國(guó)特種設(shè)備總量超過(guò)１１９７．０２萬(wàn)臺(tái)，相比２０１５逡逑％，其中包含鍋爐５３．４４萬(wàn)臺(tái)，壓力容器３５９．９７萬(wàn)臺(tái)。此外，與壓力逡逑中，有氣瓶超過(guò)１４２３５萬(wàn)只，壓力管道超過(guò)４７．７９萬(wàn)公里［１］。在實(shí)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(guò)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(huì)對(duì)工廠(chǎng)、環(huán)境以及人逡逑較大的危害，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，是安全生產(chǎn)中的重要危險(xiǎn)源。逡逑

貼工藝和環(huán)境溫濕度影響大，測(cè)量精度不高。此外，這種方法對(duì)應(yīng)變片的安裝要逡逑求很高，在低壓測(cè)量階段，導(dǎo)線(xiàn)電阻對(duì)壓力測(cè)量會(huì)帶來(lái)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(xiàn)／邐／邐…／邋電阻絲式敏感柵逡逑圖１．４應(yīng)變式壓力檢測(cè)示意圖逡逑（２）電容式壓力檢測(cè)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(gè)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(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)間接檢測(cè)容器或管道內(nèi)部壓力。作為一種逡逑非介入式檢測(cè)方法，電容式壓力檢測(cè)技術(shù)在理論上具備一定的可行性，并且近年逡逑來(lái)也取得了充分的研究，在實(shí)際應(yīng)用中，電容式壓力檢測(cè)仍有很多問(wèn)題需要解決：逡逑ａ．被測(cè)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(yán)重，隨著管逡逑徑的增大，電容會(huì)變得比較小，測(cè)量的準(zhǔn)確度難以保證；ｃ．電容絕對(duì)值較小時(shí)，逡逑裝置的寄生電容和雜散電容對(duì)測(cè)量帶來(lái)一定的干擾。采用電容法進(jìn)行壓力檢測(cè)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(cè)量精度不高。此外，這種方法對(duì)應(yīng)變片的安裝要逡逑求很高，在低壓測(cè)量階段，導(dǎo)線(xiàn)電阻對(duì)壓力測(cè)量會(huì)帶來(lái)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(xiàn)／邐／邐…／邋電阻絲式敏感柵逡逑圖１．４應(yīng)變式壓力檢測(cè)示意圖逡逑（２）電容式壓力檢測(cè)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(gè)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(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)間接檢測(cè)容器或管道內(nèi)部壓力。作為一種逡逑非介入式檢測(cè)方法，電容式壓力檢測(cè)技術(shù)在理論上具備一定的可行性，并且近年逡逑來(lái)也取得了充分的研究，在實(shí)際應(yīng)用中，電容式壓力檢測(cè)仍有很多問(wèn)題需要解決：逡逑ａ．被測(cè)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(yán)重，隨著管逡逑徑的增大，電容會(huì)變得比較小，測(cè)量的準(zhǔn)確度難以保證；ｃ．電容絕對(duì)值較小時(shí)，逡逑裝置的寄生電容和雜散電容對(duì)測(cè)量帶來(lái)一定的干擾。采用電容法進(jìn)行壓力檢測(cè)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2808663