一种密闭容器内液体压力监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测压技术领域，具体涉及一种密闭容器内液体压力监测系统。
【背景技术】
[0002] 对密闭容器内液体的测量有介入式测压法和非介入式测压法两种。其中，介入式 测压法需要在被测密闭容器上开口，使感压元件与密闭容器内的液体直接接触，从而可直 接读出压力值，这类技术比较成熟，设备成本相对较低，但是压力测量的精确性和可靠性不 可预知；此外，若密闭容器内为高压、易燃易爆的液体，用介入式测压法的危险性相当大。传 统的非介入式测压法主要是将电阻应变片或压电式应变片贴于容器外壁，根据外壁的弹性 变形量间接换算出压力变化。这类方法只能测量小管径（十几到几十毫米左右）、薄壁（壁 厚小于5毫米），且外壁因内部液体压力变化的弹性变形量在微米级以上的容器。大直径或 者厚壁刚性容器在内部液体压力变化时，外壁几乎为零弹性变形量，无法用传统的非介入 式测压方法测量。目前，也出现了一些通过超声波管外测压的仪器，但都仅仅是单独的测压 仪器，每次测量都需人工安装仪器，效率低，耗费大量的人力物力，测量成本高。
[0003] 而且以上方法均是在需要时进行人工测量，无法做到实时监测和长期监测。对于 一些恶劣环境或某些特殊环境，不适合工作人员长期监测，不能满足某些特殊环境中的液 体需要实时或长期监测的要求。因此，有必要开发一种可以长期实时监测密闭容器内液体 实时压力的系统，从而实现长期、实时或根据需要定时监测密闭容器内液体压力。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种密闭容器内液体压力监测系统。该系统可实时、长期或 根据需要定时监测密闭容器内液体的压力变化情况，测量结果精确、可靠；且该系统降低了 工作人员的工作强度，提高了液体压力监测的智能化和监测的工作效率，尤其可用于密封 罐体内易燃易爆液体压力的动态监测。
[0005] 本发明实现其发明目的采取的技术方案是：一种密闭容器内液体压力监测系统， 包括前端检测模块，所述前端检测模块由贴装于每个密闭容器外壁上的检测子模块组成， 其结构特点是：所述每个检测子模块的具体结构是：
[0006] 超声波传感器：包括贴合于密闭容器外壁上的发射探头和接收探头，用于检测密 闭容器内液体的实时压力；
[0007] 与超声波传感器电连接的射频标签和微控制器一：缓冲储存所述超声波传感器 测得的密闭容器内液体的实时压力数据，并将所述压力数据以射频形式传输给信息中转模 块；
[0008] 所述信息中转模块由多个中转子模块组成，所述每个中转子模块的具体结构是：
[0009] 射频读写器：读取一定距离范围内多个检测子模块的射频标签的实时压力数据； [0010] 与所述射频读写器电连接的微控制器二：将所述射频读写器读取的压力数据无线 发送至监测控制终端；
[0011] 所述监测控制终端与信息中转模块近程无线连接，用于控制信息中转模块的每个 中转子模块工作，接收、存储所述中转子模块发送来的实时压力数据，并对所述压力数据信 息处理分析，判断密闭容器的压力状态。
[0012] 本发明中超声波传感器的测压原理如下：
[0013] 以透射型超声波传感器为例，如图2所示，发射探头和接收探头分别贴合于密闭 容器相对的外壁上的对应位置。工作时，超声波传感器的发射探头发射超声纵波，经耦合进 入密闭容器的器壁与液体介质，经过不同介质传播后被接收探头接收。
[0014] 图中，D、d分别为密闭容器外径与内径；δ为器壁厚度，满足关系式
[0015] δ = (D-d)/2 (I)
[0016] 超声波在器壁和液体介质传播的时间可表示为
[0017] t = ts+tn (2)
[0018] 式中，分别表示超声波在器壁、液体介质传播时间。t Atni可由式（3)、 (4)得到，t通过超声传感器可以检测得到。
[0021] 其中，^表示超声波在外壁的传播速度，为已知量；Vni表示超声波在液体介质的传 播速度可用（4)计算得到。
[0022] 当超声波脉冲发射电路发射第一次脉冲时，传播总时间为t1;第二次发射脉冲传 播的总时间为t2。若液体介质的压力发生变化，必将导致Vni的变化，从而形成同一超声波 传播路径内的延时时间差At。
[0023] At = t!~t2 (5)
[0024] 因此，压力变化导致的声速变化量可表示为
[0026] 式中的^ t2, ts，d均为已知量，U表示超声波脉冲发射电路发射第一次脉冲时， 超声波在液体介质中传播的时间，t"2表示超声波脉冲发射电路发射第二次脉冲时，超声波 在液体介质中传播的时间。
[0027] 另外，超声波纵波的传播速度为
[0029] 式中：K为介质的弹性模量，与液体介质压力有关；P为液体介质密度；γ为与压 力有关的系数。显然，由式（7)知，超声波在介质中的传播速度与液体介质的密度和弹性模 量有关。压力与声速变化的关系可表示为
[0031 ] 式中，v。为超声波恒压液体中的初始声速，通过标定得出；系数a 1可以对被测液体 的标定确定。
[0032] 超声波传感器可以检测出密闭容器内压力变化前后两次超声脉冲传播的时间，由 式（5)可推算出两次超声脉冲传播的时间差△ t，进而由式（6)导出两次超声脉冲传播的速 度差ν-ν。= Δν，最终由式（8)推算出液体压力值。
[0033] 使用本发明对密闭容器内液体压力进行监测的步骤是：
[0034] Α、根据对与待测液体相同的液体进行标定，得到待测液体的压力-超声波速度的 关系曲线，进而根据压力-超声波速度的关系曲线，设定超声波传感器的测量参数；
[0035] Β、操控监测控制终端，在监测控制终端控制下，所述信息中转模块的中转子模块 的控制器二触发射频读写器发出激励信号；
[0036] C、所述前端检测模块的检测子模块的射频标签受激励后，通过微控制器一启动超 声波传感器工作，测得密闭容器内液体的实时压力；然后微控制器一将所述超声波传感器 测得的实时压力数据存储于射频标签中；射频标签再将所述实时压力数据以射频形式传给 中转子模块的射频读写器；
[0037] D、所述中转子模块的微控制器二将所述射频读写器读取的压力数据无线发送至 监测控制终端；
[0038] Ε、监测控制终端接收、存储所述中转子模块传递来的实时压力数据，并对所述压 力数据处理分析，判断密闭容器的压力状态。
[0039] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040] -、采用非介入式方式测量密闭容器内液体压力，利用贴合于密闭容器外壁上的 超声波传感器测量密闭容器内液体的实时压力数据，测量方式简单，安全，监测精度高，成 本低。
[0041] 二、通过在每个密闭容器表面布置超声波传感器，再依次经过射频读取和近程无 线传输，可同时通过监测控制终端监测一批密闭容器内液体的压力。
[0042] 三、本发明采用无线射频技术传输密闭容器内液体实时压力数据，成本低，耗能 少，每个射频标签都拥有唯一序列号，这样，只要记录下射频标签的序列号就可以很容易确 定射频标签所对应的密闭容器内的液体压力。
[0043] 四、系统安装完成以后，所有的操作都通过监测控制终端完成，无需每次测量都经 过人工安装，降低了工作人员的工作强度，降低了成本，提高了工作效率。
[0044] 五、在不需要采集数据时，前端检测模块、信息中转模块均处于"休眠"状态，不会 造成电能的浪费，可保证系统长期运行，而不用频繁花费人力物力进行维护。
[0045] 进一步，本发明所述超声波传感器的发射探头和接收探头是通过耦合剂贴合于密 闭容器外壁上的。
[0046] 耦合剂不仅可以将发射探头和接收探头贴合于密闭容器外壁上，还可排除探头和 容器外箱壁之间的空气，使超声波能有效地穿入密闭容器内，降低超声波噪声，提高检测精 度。
[0047] 进一步，本发明所述超声波传感器为透射型超声波