大管径集中供热管道应力远程在线监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。
【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。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型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，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，本实用新型采取的技术方案为：
[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和应变仪的输 出端连接有的GPRS数据传输模块；所述GPRS数据传输模块与电源模块及数据监测管理中 心连接。
[0006] 所述的应变片采用全桥式应变片。
[0007] 还包括用于测量空气温度和管道表面温度的温度传感器和用于测量应变片电压 的供桥电压；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；所述的数据采集模块与GPRS数据传输模块相连。
[0008] 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。
[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。
[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。
[0013] 所述的上位机上嵌入有LabVIEW软件开发平台。
[0014] 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。
[0015] -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：
[0016] 用应变片测量管道多点处电压信号；
[0017] 用温度传感器测量空气温度和管道表面温度数据；
[0018] 用供桥电压测量全桥式应变片供桥电压；
[0019] 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；
[0020] 其中，应变与信号电压的关系如下：
[0022] K为应变仪灵敏度，ε为应变，U。为供桥电压，可根据实验要求进行配置。
[0023] 进一步，分析处理步骤包括以下步骤：
[0024] 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：
[0026] T1为管道的冷态温度，T为实测温度。
[0027] 进一步，分析处理步骤还包括：
[0028] 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：
[0029] -个N项加权平均式为：
[0031] 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：
[0033] 此应变滤波算法中的加权系数Ck定义如下：
[0034] C1= 1/Δ
[0035] C2= e V Δ
[0036] ......
[0037] CN=e (Ν1)τ/Δ
[0038] 其中，Δ =l+e Ve2V…+?^Ν1)?，τ为应变采集的纯滞后时间，这里取值为I秒。
[0039] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0040] 本实用新型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，本实用新型结构简单，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。
[0041] 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。
[0042] 本实用新型在线检测方法，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。
[0043] 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。
[0044] 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】
[0045] 图1为本实用新型的结构原理示意图；
[0046] 图2为本实用新型的应变片电桥不意图；
[0047] 图3为本实用新型的应变片性能参数拟合曲线
[0048] 图4A为沿测试管段应变测试断面布置图；
[0049] 图4B为测试管段沟槽断面图；
[0050] 图5A测试断面1供水管测点布置；
[0051] 图5B测试断面1回水管测点布置；
[0052] 图5C测试断面2供水管测点布置；
[0053] 图测试断面1回水管测点布置；
[0054] 图5E测试断面3供水管测点布置；
[0055] 图5F测试断面3回水管测点布置；
[0056] 图6A-1测点12测试应变曲线；
[0057] 图6A-2测点12测试温度曲线；
[0058] 图6B-1测点18测试应变曲线图；
[0059] 图6B-2测点18测试温度曲线图；
[0060] 图6C-1测点20测试应变曲线图；
[0061] 图6C-2测点20测试温度曲线图；
[0062] 图6D-1测点27测试应变曲线图；
[0063] 图6D-2测点27测试温度曲线图；
[0064] 图6E-1测点53测试应变曲线图；
[0065] 图6E-2测点53测试温度曲线图；
[0066] 图6F-1测点56测试应变曲线；
[0067] 图6F-2测点56测试温度曲线；
[0068] 图7A-1测点30测试应变曲线图；
[0069] 图7A-2测点30测试温度曲线图；
[0070] 图7B-1测点38测试应变曲线图；
[0071] 图7B-2测点38测试温度曲线图；
[0072] 图7C-1测点48测试应变曲线图；
[0073] 图7C-2测点48测试温度曲线图；
[0074] 图7D-1测点44测试应变曲线图；
[0075] 图7D-2测点44测试温度曲线图；
[0076] 图7E-1测点7测试应变曲线图；
[0077] 图7E-2测点7测试温度曲线图；
[0078] 图7F-1测点2测试应变曲线；
[0079] 图7F-2测点2测试温度曲线。
[0080] 其中，1、应变片；2、应变仪；3、温度传感器；4、供桥电压；5、数据采集模块；6、GPRS 数据传输模块；7、电源适配器；8、逆变器；9、蓄电池；10、电源模块；11、无线通信网络；12、 无线路由器；13、上位机；14、用户电脑。
【具体实施方式】
[0081] 以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明：
[0082] 参见图1，本实用新型包括用于测量管道多点处应变的若干组相互并联的应变片 1、每组应变片1的输出端串接的有应变仪2、应变仪2的输出端连接有的GPRS数据传输模 块6、用于测量空气温度和管道表面温度的温度传感器3、用于测量应变片1电压的供桥电 压4,本实用新型采用全桥应变片；
[0083] 在现场，应变片1与应变仪2连接组成应变测量设备，应变片1可输出毫伏电压信 号，应变仪2的作用将此毫伏信号转化成数字信号，应变仪2带有485 口，以Modbus通信协 议方式与GPRS数据传输单元6通信，将全桥应变片1测量出来的应变数据传输给GPRS数 据传输单元6。温度传感器3可测量空气温度和管道表面温度。供桥电压4可测量全桥式 应变片供桥电压。温度传感变送器和拱桥电压4与数据采集模块5连接。数据采集模块5 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5与GPRS数据传输单元6通过485总线以Modbus 协议通信，相互传输数据。GPRS数据传输单元6由电源模块10供电，该电源模块10包括蓄 电池9、逆变器8和电源适配器7 ;GPRS数据传输单元6将接收到的所有数据：应变、温度、电 压全部通过GPRS网路与Internet网路无线传输给远端上位机13的无线路由器12。上位 机由无线路由器和用户电脑14组成。无线路由器12将接收到的数据通过网线传输给用户 电脑14。用户电脑14上运行有上位人机界面，本实用新型的上位机13上嵌入有LabVIEW 软件开发平台。
[0084] 应变测量过程中需要完成以下操作步骤。
[0085] 1将S頂卡放入无线路由器12、通过网线与上位机13连接、供电；
[0086] 2打开动态域名软件；动态域名连接成功；
[0087] 3打开测试软件，DTU成功连接至电脑；
[0088] 4运行LabVIEW程序，进行数据采集，如需记录数据，请启动记录。部分测量结果如 图6A及图6B所示。
[0089] -种大管径集中供热管道应力远程在线检测方法，包括以下