大管径集中供热管道应力远程在线监测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大管径供热管道应力测试装置，尤其涉及大管径集中供热管道应 力远程在线监测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 由于城镇直埋供热对环境影响小、工程造价低、节能效果好、施工方便、使用寿命 长，在我国得到迅速发展。直埋供热管道工程的设计原则是使预制保温管系统中的管道、管 件在设计条件下均能满足相应标准强度条件和稳定性要求，从而确保供热管道系统处于安 全状态。而热管道应力是强度条件和稳定性要求的重要指标。为解决供热管道由于热胀冷 缩造成的管道形变，采取的主要措施是在供热管道中增设补偿器（又叫膨胀节或伸缩节）。 补偿器的选择与管道轴向应力有直接关系。目前，管道应力主要依据经验公式来计算推得， 而这个计算结果与实际结果存在较大差异。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供大管径集中供热管道应 力远程在线监测装置及检测方法，该装置不仅能测出直埋式供热管道的应力，而且无需人 工在管道井下进行现场监测，能够实现无线远程在线测量，减少了人力物力，大大降低了测 试成本。
[0004] 为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，包括用于测量供热管道多点处 应变量的若干组相互并联的应变片、每组应变片的输出端串接的有应变仪、应变仪的输出 端连接有的GPRS数据传输模块、用于测量空气温度和管道表面温度的温度传感器、用于测 量应变片电压的供桥电压；
[0006] 所述的温度传感器与温度应变器相连，温度应变器及供桥电压与数据采集模块连 接；
[0007] 所述的数据采集模块与GPRS数据传输模块相连，GPRS数据传输模块与电源模块 及数据监测管理中心连接。
[0008] 所述的应变片采用全桥式应变片。
[0009] 所述的电源模块包括蓄电池，与蓄电池串联的逆变器及与逆变器串联的电源适配 器，电源适配器的输出端接GPRS数据传输单元。
[0010] 所述的应变仪的输出端以Modbus通信协议方式与GPRS数据传输模块相连；所述 的数据采集模块通过485总线以Modbus协议通信与GPRS数据传输模块相连。
[0011] 所述的数据监测管理中心包括无线路由器及上位机；其中，无线路由器通过无线 通信网络与GPRS数据传输模块连接，无线路由器与上位机连接。
[0012] 所述的无线通信网络包括GPRS网路或Internet网路；所述的上位机上嵌入有 LabVIEW软件开发平台。
[0013] 所述测量供热管道上设置三个测点端面，第一个测点端面处于管道的活动端的补 偿器处，第二和第三个测点端面处于管道的过渡段，每个测点端面上各布置了十个测点，每 测试断面处七个应变片为单向应变片，沿管道轴向布置；另外三个应变片组成应变花，正交 的两个分别沿轴向和环向布置。。
[0014] 一种大管径集中供热管道应力远程在线检测方法，包括以下步骤：
[0015] 用应变片测量管道多点处电压信号；
[0016] 用温度传感器测量空气温度和管道表面温度数据；
[0017] 用供桥电压测量全桥式应变片供桥电压；
[0018] 采集的以上数据信息经具有LabVIEW开发平台的上位机进行分析处理后，绘制回 水应变-时间曲线及对应回水温度-时间曲线，供水应变-时间曲线即对应供水温度-时 间曲线，并进行存储和实时显示远程测量直埋式供热管道的应力；
[0019] 其中，应变与信号电压的关系如下：
[0020]
[0021] K为应变仪灵敏度，e为应变，％为供桥电压，可根据实验要求进行配置。
[0022] 进一步，分析处理步骤包括以下步骤：
[0023] 1)测试得到应变值消除由于应变片热输出引入的附加应变步骤，附加应变 f(AT)按照如下公式计算：
[0024] f(AI\) =g(T)-g〇\) = 4. 3X1(T4 (T3-!^) -0? 097 (T2-!^) +7. 3 (T-TJ
[0025] 为管道的冷态温度，T为实测温度。
[0026] 进一步，分析处理步骤还包括：
[0027] 2)采集的应变量数据先进行滤波处理步骤，采用的滤波算法为加权平均值滤波 法，具体步骤如下：
[0028] 一个N项加权平均式为：
[0029]
)
[0030] 其中，滤波器的输入为采样X(N)，输出为Y(N)，&均为加权系数，K= 0, 1，2…N， 且满足下式：
[0031]
[0032] 此应变滤波算法中的加权系数&定义如下：
[0033] Ci= 1/A
[0034] C2=e-T/A
[0035] ......
[0036] CN= e夸1) T / A
[0037] 其中，A = …+e^)T，t为应变采集的纯滞后时间，这里取值为1秒。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0039] 本发明通过应变片测量供热管道的应变量，将应变片测量的数据通过应变仪转化 成数字信号，并将应变数据传输给GPRS数据传输单元；通过温度传感器测量空气温度和 管道表面温度，供桥电压测量全桥式应变片供桥电压，数据采集模块将温度传感变送器测 量的空气温度和管道表面温度、供桥电压测量出来的全桥式应变片供桥电压转换为数字信 号，数据采集模块与GPRS数据传输单元相互传输数据，并通过无线网路传输给监控中心， 通过监控中心处理分析，本发明结构简单，不仅能测出直埋式供热管道的应力，而且无需人 工在管道井下进行现场监测，能够实现无线远程在线测量。减少了人力物力，大大降低了测 试成本。
[0040] 进一步，设置三个测点端面并测量多个点的数据，使测试结果更加准确和接近实 际情况。
[0041] 本发明在线检测方法，直埋式供热管道进行测试应力，并通过数据传输到上位机， 不仅能测出直埋式供热管道的应力，而且无需人工在管道井下进行现场监测，能够实现无 线远程在线测量。并且考虑应变片电阻受热力管道温度影响，及测量电桥电压变化等因素， 以图表的形式反馈给观察人员，清楚直观。
[0042] 进一步，应变片设置在供热管道的上、下、内、外四处，更能真实反应供热管道不同 位置的应变，测试数据反馈真实，与实际接近。
[0043] 进一步，通过滤波处理的数据，减少了噪值，曲线更加真实。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明的结构原理示意图；
[0045] 图2为本发明的应变片电桥示意图；
[0046] 图3为本发明的应变片性能参数拟合曲线
[0047] 图4A为沿测试管段应变测试断面布置图；
[0048] 图4B为测试管段沟槽断面图；
[0049] 图5A测试断面1供水管测点布置；
[0050] 图5B测试断面1回水管测点布置；
[0051] 图5C测试断面2供水管测点布置；
[0052] 图?测试断面1回水管测点布置；
[0053] 图5E测试断面3供水管测点布置；
[0054] 图5F测试断面3回水管测点布置；
[0055] 图6A测点12测试曲线；
[0056] 图6B测点18测试曲线图；
[0057] 图6C测点20测试曲线图；
[0058] 图6D测点27测试曲线图；
[0059] 图6E测点53测试曲线图；
[0060] 图6F测点56测试曲线；
[0061] 图7A测点30测试曲线图；
[0062] 图7B测点38测试曲线图；<