用于PSP管道的熔接处管道定位检测方法

用于psp管道的熔接处管道定位检测方法
技术领域
1.本发明属于psp管加工设备技术领域，涉及一种用于psp管道的熔接处管道定位检测方法。


背景技术：

2.随着城镇化的迅猛发展，psp钢塑复合管以其抗腐蚀性强、抗外压能力强、抗冲击性能好等显著优点已成为供水管网的首选。管道电磁热熔焊机作为psp钢塑复合管连接的配套设备也影响着psp管道的发展与应用。电磁式熔接技术凭借效率高、绿色节能等优点现已成为最具发展潜力的技术。目前市场上传统熔接设备不具有熔接检测功能，对工人操作要求高培训时间长，操作误差大导致管道耐水压强度弱，难以满足当前psp管道熔接的精细化需求。工人对熔接设备的熟悉程度严重影响psp管道的熔接精度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于psp管道的熔接处管道定位检测方法，该方法能够实时监测熔接时管道的实际承插深度，判断其相对于承插口的承插深度是达到管道熔接的最佳标准，解决了传统人工管道对接导致的熔接处精度不佳，耐水压强度弱的问题。
4.本发明所采用的技术方案是，用于psp管道的熔接处管道定位检测方法，具体包括如下步骤：
5.步骤1，获取psp管道的标准阻抗；
6.步骤2，获取psp管道的实际测量阻抗；
7.步骤3，将步骤1获取的标准阻抗和步骤2获取的测量阻抗进行对比，根据对比结果调整psp管道位置。
8.本发明的特点还在于：
9.步骤1的具体过程为：
10.假设空气间隙中磁链分布均匀，空气间隙中磁场强度为被加热物体外径处磁场强度将psp管道和psp管道承插口看作一个整体的空心圆柱负载，并设psp管道内径为r1、psp管道外径为r2、psp管道插入psp管道承插口的深度为h
l
，感应器的线圈匝数为n，流过线圈电流有效值为频率为ω，流过感应线圈的交变电流在线圈周围产生交变磁链穿过管径的磁链该磁通在管道中涡流加热；
11.根据坡印廷定理有：
[0012][0013]
其中，s是坡印廷矢量，为表面功率密度表示能量的流动，e是电场强度，h是磁场强度，k＝1/δ,δ为透入承接口管径深度，ω为流过线圈的电流频率，σ为电导
率，μ＝μ0μr，其中μ0为真空导磁率，μ0＝4π
×
10-7
h/m,μr为管材相对导磁率；
[0014]
结合公式：
[0015][0016]
可得：
[0017][0018]
式中，i0：第一种零阶变形贝塞尔函数，k0：第二种零阶变形贝塞尔函数,i1：第一种一阶变形贝塞尔函数，k1：第二种一阶变形贝塞尔函数；
[0019]
被加热等效负载即psp管道等效电阻rb和等效电抗xb分别为
[0020][0021][0022]
步骤2的具体过程为：将感应器接入电源并检测psp管道承插方位在承插过程中感应器测量psp管道电压电流利用如下公式计算psp管道的实际电抗x
′b和实际电阻r
′b：
[0023][0024]
步骤3的具体过程为：将psp管道的标准阻抗和实际阻抗大小进行比较，当二者大小不一致时，即需要调节psp管道的承接深度。
[0025]
当psp管道的实际阻抗大于标准阻抗时，则表明psp管道的承接深度较深，则需将psp管道向外拉；当psp管道的实际阻抗小于标准阻抗时，则则表明psp管道的承接深度较浅，则需将psp管道向深处插接。
[0026]
本发明的有益效果是，本发明在通过获得等效负载的阻抗可实时监测管道相对于承插口的位置并提醒对接差，有效提升了管道熔接精度，提高了熔接处耐水压强度，极大降低因工人操作失误导致熔接工艺不佳的概率。
附图说明
[0027]
图1是本发明用于psp管道的熔接处管道定位检测方法中采用的电磁热熔焊机原理框图；
[0028]
图2是本发明用于psp管道的熔接处管道定位检测方法采用的psp管道承插电磁热熔焊机感应器示意图；
[0029]
图3是本发明用于psp管道的熔接处管道定位检测方法的设计流程图。
[0030]
图中，1.市网电源，2.整流电路，3.滤波电路，4.igbt模块，5.电压互感器，6.电流互感器，7.负载，8.控制器，9.psp管道，10.感应器，11.psp管道承插口，12.供电线，13.电磁
热熔焊机。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0032]
本发明用于psp管道的熔接处管道定位检测方法，采用了数字化电磁热熔焊机，其结构如图1所示，包括市网电源1、整流电路2、滤波电路3、igbt模块4、电压互感器5、电流互感器6、负载(管道等效阻抗)7、控制器8。
[0033]
市网电源1为220v/50hz的单相交流电源，整流电路2为整流电二极管组成整流桥，滤波电路3为rc电流构成的滤波电路，控制器8采用stm32数字信号处理器，和电压互感器5和电流互感器直接连接，采集母线电压电流和负载电压电流，完成对输出电压和电流的调节、管道等效阻抗的判断及匹配，通过和igbt模块的连接采用pwm技术控制等传输电能，进而控制电磁热熔焊机对负载7的功率调节。
[0034]
本发明提供的用于psp管道的熔接处管道定位检测方法采用的psp管道承插电磁热熔焊机感应器，如图2所示，焊接时，将psp管道9插入psp管道承插口11，确保两个要求：psp管道9需插入至psp管道承插口11最佳位置；psp管道9和psp管道承插口11的轴线相互重合。因此，熔接过程对于管道的承插深度有极高的要求。
[0035]
psp管道承插口11安装在感应器10的中心处，感应器10通过供电线12连接电磁热熔焊机13。
[0036]
将psp管道9和psp管道承插口11视作一个整体的空心圆柱体负载，管道和承插口的承插深度不同，负载阻抗相应会发生改变。基于此，进行模型仿真，可以得到不同型号管道达到承插口承插深度时的负载阻抗。以承插深度作为自变量，标准负载阻抗作为因变量可以拟合出工艺曲线，根据标准曲线可以得到不同型号的psp管道相对承插口的最佳承插深度，以最佳承插深度的负载阻抗作为该型号管道熔接时的标准。熔接过程中，已知感应器测量的负载阻抗，结合工艺曲线可以得到此时管道和管道承插口的相对位置，将实际负载阻抗和该型号管道标准进行对比即可判断出管道的下一步的调整方向，实现管道精确对接。
[0037]
本发明用于psp管道的熔接处管道定位检测方法，流程如图3所示，具体按照以下步骤实施：
[0038]
步骤1：获取psp管道9标准阻抗；
[0039]
根据图2，假设空气间隙中磁链分布均匀，空气间隙中磁场强度为被加热物体外径处磁场强度将psp管道9和psp管道承插口11看作一个整体的空心圆柱负载，并设psp管道9内径为r1、psp管道9外径为r2，psp管道9插入psp管道承插口11的深度为h
l
，感应器线圈匝数为n，流过线圈电流有效值为频率为ω，流过感应线圈的交变电流在线圈周围产生交变磁链穿过管径的磁链该磁通在管道中涡流加热：
[0040]
根据坡印廷定理有：
[0041][0042]
其中，s是坡印廷矢量，为表面功率密度表示能量的流动，e是电场强度，h是磁场强
度，k＝1/δ,δ为透入承接口管径深度，ω为流过线圈的电流频率，σ为电导率，μ＝μ0μr，其中μ0为真空导磁率，μ0＝4π
×
10-7
h/m,μr为管材相对导磁率。
[0043]
结合公式：
[0044][0045]
可得：
[0046][0047]
式中，i0：第一种零阶变形贝塞尔函数，k0：第二种零阶变形贝塞尔函数,i1：第一种一阶变形贝塞尔函数，k1：第二种一阶变形贝塞尔函数。
[0048]
被加热负载等效电阻rb和等效电抗xb分别为
[0049][0050][0051]
将式(3)求得的f和g代入等效阻抗(等效阻抗包括等效电阻rb和等效电抗xb)公式可见，该结果包含内径r1，外径r2，高度h
l
；当psp管道9未至psp管道承插口11最佳承插深度时(当测量的psp管道9的阻抗值与实际计算的psp管道9的阻抗值一致时，为最佳承插深度)，负载的内径、外径和高度会相应改变，从而导致整体负载阻抗的变化。依据不同的承插深度和对应负载阻抗可拟合出工艺曲线，得出承接处不同型号的加热负载高度为h
l
的阻抗值。
[0052]
步骤2：将感应器10接入电源并检测psp管道9承插方位在承插过程中感应器10测量负载端(psp管道9)电压电流利用
[0053]
计算当前阻抗，与该管道对应的标准负载阻抗进行对比，若实际阻抗和标准阻抗一致，则说明安装管道已达到最佳承插深度；若实际阻抗和标准阻抗不一致，则将实际阻抗作为工艺曲线的自变量输入值可算得管道和管道承插口当前的相对承插深度，提示工作人员调整管道位置。
[0054]
通过当前阻抗与标准阻抗的差距，根据公式(4)和公式(5)计算出需要调整的管道插入感应器的深度。
[0055]
步骤3，管道承插检测结果反馈：
[0056]
根据调整需要调整的psp管道9插入感应器的深度提醒操作者调节psp管道9承插情况；当需调整的深度大于误差标准0.5mm时，电磁热熔焊机13故障指示灯亮并拒绝上电熔接，直至操作者调整管道位置处于误差标准范围内，故障解除，电磁热熔焊机开始熔接管道。