利用应变片检测金属管道内压的方法、设备及存储介质

1.本发明涉及一种金属管道内压的检测方法，特别涉及一种利用应变片检测金属管道内压的方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，随着实验检测领域的逐步发展，对金属管道内压实验检测精度有了更高的要求，部分检测标准要求采用两种以上的检测方法进行内压压力检测，并对检测结果进行相互校核，保证实验检测的准确性。
3.同时随着金属压力输送管道逐渐增多，输送有毒、有害、腐蚀流体的金属管道越来越多，普通压力传感器不能长时间接触该类介质，因此通过非接触内部流体的方法检测金属管道压力的需求越来越多。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用应变片检测金属管道内压的方法、设备及存储介质。
5.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种利用应变片检测金属管道内压的方法，在金属管道外壁粘贴应变片来检知金属管道因金属管道内压产生的变形；根据金属管道内压检测需求选取适合的应变片粘贴位置，确定应变片的粘贴数量和粘贴方向；获取金属管道应变片粘贴位置处的各项性能参数，包括金属管道的外径d、壁厚t、弹性模量e及泊松比v；将检测得到的应变片的应变值，和上述获取的参数代入下式来得到金属管道的内压值：
[0006][0007]
pi为金属管道的内压值；
[0008]
e为金属管管体弹性模量；
[0009]
ε
σ
为应变片沿管道轴向的应变值；
[0010]
v为金属管管体泊松比；
[0011]
d为金属管道外径；
[0012]
t为金属管道壁厚。
[0013]
进一步地，应变片的粘贴方向与管道轴线方向相同。
[0014]
进一步地，在圆形金属管道外壁沿周向均布n个应变片；ε
σ
取值为n个应变片沿管道轴向的应变值的平均值。
[0015]
进一步地，n为2到8个。
[0016]
进一步地，n为6个。
[0017]
进一步地，应变片采用电阻应变片。
[0018]
进一步地，应变片采用半导体应变片。
[0019]
进一步地，应变片采用光学应变片。
[0020]
本发明还提供了一种利用应变片检测金属管道内压的设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现上述的利用应变片检测金属管道内压的方法步骤。
[0021]
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的利用应变片检测金属管道内压的方法步骤。
[0022]
本发明具有的优点和积极效果是：当前应用最广泛的圆形金属管道内压的检测方法主要采用压力传感器进行检测，而采用本发明的检测方法进行检测有以下有益效果：
[0023]
可以获取管道内的内压压力。
[0024]
可以在金属管道外壁进行检测，避免接触内压介质。
[0025]
检测位置可以自由选择，检测位置不受接口限制。
[0026]
同时本发明的内压计算方法，在广义胡克定律的基础上，结合实物实验验证，对计算方法进行修正与调整，通过本方法计算出的金属管道内压检测结果精度更高。
附图说明
[0027]
图1是本发明的一种利用应变片检测金属管道内压的方法的应变片粘贴结构示意图。
[0028]
图中：1、金属管道；2、应变片。
[0029]
箭头方向表示金属管道内压方向。
具体实施方式
[0030]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0031]
请参见图1，一种利用应变片检测金属管道内压的方法，在金属管道外壁粘贴应变片来检知金属管道因金属管道内压产生的变形；根据金属管道内压检测需求选取适合的应变片粘贴位置，确定应变片的粘贴数量和粘贴方向；获取金属管道应变片粘贴位置处的各项性能参数，包括金属管道的外径d、壁厚t、弹性模量e及泊松比v；将检测得到的应变片的应变值，和上述获取的参数代入下式来得到金属管道的内压值：
[0032][0033]
pi为金属管道的内压值；
[0034]
e为金属管管体弹性模量；
[0035]
ε
σ
为应变片沿管道轴向的应变值；
[0036]
v为金属管管体泊松比；
[0037]
d为金属管道外径；
[0038]
t为金属管道壁厚。
[0039]
上述计算公式在广义胡克定律的基础上，结合实际测量数据并进行优化后得到的。本计算公式适用于无任何其他轴向载荷情况下的金属管道内压检测；内压检测范围宜为金属管道的承受的内压极限范围以内，并根据管道的承受的内压极限选择对应量程的应变片。
[0040]
应变片的量程选择可依据上式，给定管道的承受内压极限，得到应变片的应变极大值，也就是应变片的最大量程。
[0041]
金属管道应变片粘贴位置处的各项性能参数应一致，满足api标准对金属管道的公差规定要求；上述计算公式不适用于复合金属管道、外涂层类型金属管道。
[0042]
优选地，应变片的粘贴方向可与管道轴线方向相同。如果与管道轴线方向成一角度，则取应变片沿管道轴向的应变值分量。
[0043]
优选地，在圆形金属管道外壁可沿周向均布n个应变片，ε
σ
取值为n个应变片沿管道轴向的应变值的平均值。
[0044]
n可以选取1至16个。
[0045]
优选地，n为2到8个。n可为3个、4个、5个、6个、7个。
[0046]
优选地，应变片可采用电阻应变片。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。
[0047]
电阻应变片有多种，比如半导体应变片、金属丝式电阻应变片和金属箔式电阻应变片等。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。
[0048]
优选地，应变片可采用半导体应变片。半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，这为它的应用提供了有利条件。另外，还具有机械滞后小、横向效应小以及它本身体积小等特点。
[0049]
优选地，应变片可采用光学应变片。比如可选基于布拉格光栅的光学应变片；基于布拉格光栅的光学应变片具有如下特点：
[0050]
1.对电磁场不敏感；
[0051]
2.可以用于可能爆炸的环境；
[0052]
3.高震动负载情况下，材料不会产生故障；
[0053]
4.可以测量更大的应变，一般电阻应变片的最大应变为数百微应变，而光学应变片的可测量的最大应变为7000微应变；
[0054]
5.更少的连接线，因此会对测试物体产生更少的干扰；
[0055]
6.不同的布拉格波长可以集成在一个光纤中。
[0056]
本发明还提供了一种利用应变片检测金属管道内压的设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现上述的利用应变片检测金属管道内压的方法步骤。
[0057]
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的利用应变片检测金属管道内压的方法步骤。
[0058]
下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的工作原理：
[0059]
一种利用应变片检测金属管道内压的方法，在金属管道外壁粘贴应变片来检知金属管道因金属管道内压产生的变形；应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而
使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。
[0060]
根据金属管道内压检测需求选取适合的应变片粘贴位置，应变片的粘贴数量为6个，6个应变片在圆形金属管道外壁沿周向均布，粘贴方向与管道轴线方向相同；应变片选用半导体应变片。
[0061]
获取金属管道应变片粘贴位置处的各项性能参数：钢制金属管道外径298.45mm，壁厚11.05mm，弹性模量203gpa，泊松比0.3。
[0062]
在压力加载过程中，通过检测应变片应变数值来检测压力变化；将检测得到的应变片的应变值，和上述获取的参数代入下式来得到管道的内压值：
[0063][0064]
pi为金属管道的内压值；
[0065]
e为金属管管体弹性模量；
[0066]
ε
σ
为应变片沿管道轴向的应变值；
[0067]
v为金属管管体泊松比；
[0068]
d为金属管道外径；
[0069]
t为金属管道壁厚。
[0070]
ε
σ
取值为6个应变片沿管道轴向的应变值的平均值。
[0071]
为了验证本方法检测压力数值的准确性，在管道一端连接压力传感器，通过传感器数据检测数据与应变片检测数值进行对比。
[0072]
应变片在不同时间节点t1至t4检测的应变数据如下：
[0073]
编号应变数据(μ∈)t113t225t351t4101
[0074]
将上表检测到的应变数据代入公式，计算得到如下对应内压数据：
[0075]
编号计算获得内压值(mpa)t11.01t21.95t33.98t47.88
[0076]
通过将采用本方法计算得到的内压数值与同时间节点读取的内压传感器内压数值进行对比获得如下对比表格：
[0077]
编号计算获得内压值(mpa)压力传感器数据(mpa)检查差距百分比t11.011.01.0％t21.952.02.5％t33.984.00.5％t47.888.01.5％
[0078]
通过对比发现两种检测方法的最大误差2.5％，在可以接受的范围之内。
[0079]
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。