本发明属于密度监测装置领域，尤其涉及一种管道保护层密度监测装置。
背景技术：
管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。
在一些特殊环境中，为了保温、抗腐蚀等需要，需要在管道的外壁设置保护层，保护层的均匀性对于管道的使用寿命有直接影响。如果保护层不均匀，例如供热管道的保温层不均匀，外界环境中水蒸气、氧气等更容易聚集在低密度区，从而以低密度区为突破口，腐蚀管壁，增加此处管壁的维护维修成本，严重时影响管道的使用寿命。
可见，对管道保护层密度的监测是十分必要的，然而，还没有发现直接应用在管道上的保护层密度监测装置。
技术实现要素：
为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种管道保护层密度监测装置。
本发明的技术方案：
一种管道保护层密度监测装置，包括非磁性材料制成的管道，环绕于管道外围的添加有磁性材料的管道保护层，设置于管道内部的磁球和环绕设置于管道保护层外部的第一环形磁铁、第二环形磁铁、第一框架和第二框架；
所述磁球固定放置于由非磁性材料制成的磁球框内，所述磁球框外部设有非磁性材料制成的上支架和非磁性材料制成的下支架，所述磁球框和其内的磁球通过垂直于管道放置的上支架和下支架固定于管道内，所述瓷球的异性磁极沿管道方向设置；
在所述磁球框两侧分别等距离固定设置有第一框架和第二框架，在磁球框与第一框架之间设置有第一环形磁铁，在磁球框与第二框架之间设置有第二环形磁铁，所述第一环形磁铁和第二环形磁铁异性磁极相对设置；所述第一环形磁铁和第二环形磁铁的形状和体积均相同且能够沿管道移动位置；
在所述第一环形磁铁和第一框架的相对位置上分别固定设置有第一电极板和第二电极板，所述第一电极板和第二电极板形成第一电容传感器，在所述第二环形磁铁和第二框架的相对位置上分别固定设置有第三电极板和第四电极板，所述第三电极板和第四电极板形成第二电容传感器。
进一步的，所述磁球框为空心球体。
进一步的，所述上支架和下支架设置于磁球框同一轴心线上的两个相对位置。
一种在所述的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、将第一环形磁铁和第二环形磁铁设置在管道保护层上，要求第一环形磁铁的初始位置到磁球的距离与第二环形磁铁的初始位置到磁球的距离相等；
步骤b、监测第一电容传感器电容值c1与第二电容传感器电容值c2，如果：
c1＝c2，磁球对第一环形磁铁和第二环形磁铁会产生相同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层密度均匀；c1≠c2，磁球对第一环形磁铁和第二环形磁铁会产生不同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层密度不均匀。
进一步的，如果磁球与第一环形磁铁和第二环形磁铁为同名磁极相对且c1≠c2时，还包括以下步骤：
如果c1大于c2，管道保护层中磁球至第二环形磁铁部分存在低密度区；
如果c1小于c2，管道保护层中磁球至第一环形磁铁部分存在低密度区。
进一步的，如果磁球与第一环形磁铁和第二环形磁铁为异名磁极相对且c1≠c2时，还包括以下步骤：
如果c1大于c2，管道保护层中磁球至第一环形磁铁部分存在低密度区；
如果c1小于c2，管道保护层中磁球至第二环形磁铁部分存在低密度区。
本发明的有益效果：
本发明提供的管道保护层密度监测装置不需破坏管道及保护层就能够准确监测出管道任意位置的保护层密度差异，进而判断出低密度区具体位置；本发明监测装置拆装灵活、使用方法简单方便，维护人员通过监测结果能够及时对管道保护层的低密度区进行维护，延长管道的使用寿命。由于本发明密度监测结果准确，维护人员仅需对低密度区进行维护，无需更换整体管道，不仅提高了管道维护效率，还降低了维护成本。
附图说明
图1为具体实施方式一所述管道保护层密度监测装置的结构示意图；
图2为具体实施方式三所述管道保护层密度监测装置的结构示意图；
图3为具体实施方式四所述管道保护层密度监测装置的结构示意图；
图4为具体实施方式四所述管道保护层密度监测装置的左视图；
图5为具体实施方式四所述管道保护层密度监测装置工作中的结构示意图；
图6为具体实施方式五所述管道保护层密度监测装置的左视图；
图7为具体实施方式五所述管道保护层密度监测装置工作中的左视图；
图中，1、管道；2、管道保护层；3、磁球；4、第一环形磁铁；5、第二环形磁铁；6、磁球框；7、上支架；8、下支架；9、第一框架；10、第二框架；11、第一电极板；12、第二电极板；13、第三电极板；14、第四电极板；15、第五电极板；16、第六电极板；17、第七电极板；18、第八电极板；19、第一转轴；20、第二转轴；21、第一固定件；22、第二固定件；23、第九电极板；24、第十电极板；25、第十一电极板；26、第十二电极板；27、第一弹簧螺钉；28、第二弹簧螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一
一种管道保护层密度监测装置，如图1所示，包括非磁性材料制成的管道1，环绕于管道1外围的添加有磁性材料的管道保护层2，设置于管道1内部的磁球3和环绕设置于管道保护层2外部的第一环形磁铁4、第二环形磁铁5、第一框架9和第二框架10；
所述磁球3固定放置于由非磁性材料制成的磁球框6内，所述磁球框6外部设有非磁性材料制成的上支架7和非磁性材料制成的下支架8，所述磁球框6和其内的磁球3通过垂直于管道1放置的上支架7和下支架8固定于管道1内，所述瓷球3的异性磁极沿管道1方向设置；
在所述磁球框6两侧分别等距离固定设置有第一框架9和第二框架10，在磁球框6与第一框架9之间设置有第一环形磁铁4，在磁球框6与第二框架10之间设置有第二环形磁铁5，所述第一环形磁铁4和第二环形磁铁5异性磁极相对设置；所述第一环形磁铁4和第二环形磁铁5的形状和体积均相同且能够沿管道1移动位置；
在所述第一环形磁铁4和第一框架9的相对位置上分别固定设置有第一电极板11和第二电极板12，所述第一电极板11和第二电极板12形成第一电容传感器，在所述第二环形磁铁5和第二框架10的相对位置上分别固定设置有第三电极板13和第四电极板14，所述第三电极板13和第四电极板14形成第二电容传感器。
在本实施例提供的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、将第一环形磁铁4和第二环形磁铁5设置在管道保护层2上，要求第一环形磁铁4的初始位置到磁球3的距离与第二环形磁铁5的初始位置到磁球3的距离相等；
步骤b、监测第一电容传感器电容值c1与第二电容传感器电容值c2，如果：
c1＝c2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生相同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度均匀；c1≠c2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生不同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度不均匀。
具体实施方式二
一种管道保护层密度监测装置，如图1所示，包括非磁性材料制成的管道1，环绕于管道1外围的添加有磁性材料的管道保护层2，设置于管道1内部的磁球3和环绕设置于管道保护层2外部的第一环形磁铁4、第二环形磁铁5、第一框架9和第二框架10；
所述磁球3固定放置于由非磁性材料制成的磁球框6内，所述磁球框6为空心球体，
所述磁球框6外部设有非磁性材料制成的上支架7和非磁性材料制成的下支架8，所述上支架7和下支架8设置于磁球框6同一轴心线上的两个相对位置，所述磁球框6和其内的磁球3通过垂直于管道1放置的上支架7和下支架8固定于管道1内，所述瓷球3的异性磁极沿管道1方向设置；
在所述磁球框6两侧分别等距离固定设置有第一框架9和第二框架10，在磁球框6与第一框架9之间设置有第一环形磁铁4，在磁球框6与第二框架10之间设置有第二环形磁铁5，所述第一环形磁铁4和第二环形磁铁5异性磁极相对设置；所述第一环形磁铁4和第二环形磁铁5的形状和体积均相同且能够沿管道1移动位置；
在所述第一环形磁铁4和第一框架9的相对位置上分别固定设置有第一电极板11和第二电极板12，所述第一电极板11和第二电极板12形成第一电容传感器，在所述第二环形磁铁5和第二框架10的相对位置上分别固定设置有第三电极板13和第四电极板14，所述第三电极板13和第四电极板14形成第二电容传感器。
在本实施例提供的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、将第一环形磁铁4和第二环形磁铁5设置在管道保护层2上，要求第一环形磁铁4的初始位置到磁球3的距离与第二环形磁铁5的初始位置到磁球3的距离相等；
步骤b、监测第一电容传感器电容值c1与第二电容传感器电容值c2，如果：
c1＝c2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生相同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度均匀；c1≠c2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生不同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度不均匀。
如果磁球3与第一环形磁铁4和第二环形磁铁5为同名磁极相对且c1≠c2时，还包括以下步骤：
如果c1大于c2，管道保护层2中磁球3至第二环形磁铁5部分存在低密度区；
如果c1小于c2，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4部分存在低密度区。
如果磁球3与第一环形磁铁4和第二环形磁铁5为异名磁极相对且c1≠c2时，还包括以下步骤：
如果c1大于c2，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4部分存在低密度区；
如果c1小于c2，管道保护层2中磁球3至第二环形磁铁5部分存在低密度区。
具体实施方式三
本实施方式提供的管道保护层密度监测装置，如图2所示，在实施方式二的基础上，在所述第一环形磁铁4的12点钟位置和第一框架9上与其相对的位置固定设有第一电极板11和第二电极板12，所述第一电极板11和第二电极板12形成第一电容传感器，在所述第二环形磁铁5的12点钟位置和第二框架10上与其相对的位置固定设有第三电极板13和第四电极板14，所述第三电极板13和第四电极板14形成第二电容传感器。
在所述第一环形磁铁4的6点钟位置和第一框架9上与其相对的位置还固定设有第五电极板15和第六电极板16，所述第五电极板15和第六电极板16形成第三电容传感器，在所述第二环形磁铁5的6点钟位置和第二框架10上与其相对的位置还固定设有第七电极板17和第八电极板18，所述第七电极板17和第八电极板18形成第四电容传感器。
在本实施例提供的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、将第一环形磁铁4和第二环形磁铁5设置在管道保护层2上，要求第一环形磁铁4的初始位置到磁球3的距离与第二环形磁铁5的初始位置到磁球3的距离相等；
步骤b、监测第一电容传感器电容值c1、第二电容传感器电容值c2、第三电容传感器电容值c3与第四电容传感器电容式c4，比较(c1+c3)/2和(c2+c4)/2的数值，如果：
(c1+c3)/2＝(c2+c4)/2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生相同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度均匀；
(c1+c3)/2≠(c2+c4)/2，磁球3对第一环形磁铁4和第二环形磁铁5会产生不同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2密度不均匀；
如果磁球3与第一环形磁铁4和第二环形磁铁5为同名磁极相对且(c1+c3)/2≠(c2+c4)/2时，还包括以下步骤：
如果(c1+c3)/2大于(c2+c4)/2，管道保护层2中磁球3至第二环形磁铁5部分存在低密度区；
如果(c1+c3)/2小于(c2+c4)/2，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4部分存在低密度区。
如果磁球3与第一环形磁铁4和第二环形磁铁5为异名磁极相对且(c1+c3)/2≠(c2+c4)/2时，还包括以下步骤：
如果(c1+c3)/2大于(c2+c4)/2，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4部分存在低密度区；
如果(c1+c3)/2小于(c2+c4)/2，管道保护层2中磁球3至第二环形磁铁5部分存在低密度区。
实施方式三在实施方式二的基础上增加了两个监测点，通过监测环形磁铁12点钟和6点钟两个位置的2对电极板产生的电容平均值能够更精确的测量出磁球对两侧环形磁铁的作用力差异，避免了1对电极板产生的电容值在表达磁球对两侧环形磁铁的作用力差异时存在的误差。
具体实施方式四
本实施方式提供的管道保护层密度监测装置，如图3、图4所示，在实施方式三的基础上，在第一环形磁铁4的9点钟位置设有第一转轴19，第一转轴19穿过第一环形磁铁4并通过第一转轴19一端的第一固定件21固定在管道保护层2外壁上；在第一环形磁铁4的3点钟位置设有第二转轴20，第二转轴20穿过第一环形磁铁4并通过第二转轴20一端的第二固定件22固定在管道保护层2外壁上；第一环形磁铁4在管道保护层2外固定位置上能够以第一转轴19和第二转轴20为轴线进行偏转运动，如图5所示；
在本实施例提供的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、通过第一转轴19和第二转轴20将第一环形磁铁4固定设置在管道保护层2外壁上，要求第一环形磁铁4上第一电极片11到框架9上第二电极片12的初始距离与第五电极片15到第六电极片16的初始距离相等；
步骤b、监测第一电容传感器电容值c1与第三电容传感器电容值c3，如果：
c1＝c3，磁球3对第一环形磁铁4的12点钟位置和6点钟位置产生相同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4之间管道保护层顶部和底部均密度均匀；c1≠c2，磁球3对第一环形磁铁4的12点钟位置和6点钟位置产生不同大小的吸引力或排斥力，添加有磁性材料的管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4之间管道保护层顶部和底部密度不均匀；
如果磁球3与第一环形磁铁4为同名磁极相对且c1≠c3时，还包括以下步骤：
如果c1大于c3，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4的底部管道保护层存在低密度区；
如果c1小于c3，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4的顶部管道保护层存在低密度区。
如果磁球3与第一环形磁铁4和第二环形磁铁5为异名磁极相对且c1≠c2时，还包括以下步骤：
如果c1大于c3，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4的顶部管道保护层存在低密度区；
如果c1小于c3，管道保护层2中磁球3至第一环形磁铁4的底部管道保护层存在低密度区。
本实施方式可以避免环形磁铁在管道保护层外运动不灵敏而产生误差，同时可以通过c1和c3的电容值比较监测出低密度区的位置在管道保护层顶部或底部。
具体实施方式五
本实施方式提供的管道保护层密度监测装置，如图6所示，所述磁球3的异性磁极沿垂直于管道1的方向设置，第一环形磁铁4设置于磁球3所在位置的管道保护层外侧，第一环形磁铁4与磁球3异性磁极相对设置；第一环形磁铁4的12点钟和6点钟位置分别设有第一弹簧螺钉27和第二弹簧螺钉28，第一环形磁铁4的9点钟位置和管道保护层外壁上与其相对的位置分别固定设有第九电极板23和第十电极板24，所述第九电极板23和第十电极板24形成第五电容传感器，第一环形磁铁4的3点钟位置和管道保护层外壁上与其相对的位置分别固定设有第十一电极板25和第十二电极板26，所述第十一电极板25和第十二电极板26形成第六电容传感器，第一弹簧螺钉27和第二弹簧螺钉28用于将第一环形磁铁固定于正心位置，以使第九电极板23与第十电极板24、第十一电极板25与第十二电极板26分别位于正对的位置。
在本实施例提供的管道保护层密度监测装置上实现的管道保护层密度监测方法，包括以下步骤：
步骤a、将第一环形磁铁4固定于正心位置，要求第九电极板23与第十电极板24、第十一电极板25与第十二电极板26分别位于正对的位置，检测第五电容传感器电容值c5与第六电容传感器电容值c6；
步骤b、取下第一弹簧螺钉27和第二弹簧螺钉28，使第一环形磁铁4能够在磁球作用下以管道方向为轴线进行偏心运动，如图7所示，监测第五电容传感器电容值c5’与第六电容传感器电容值c6’，如果：
c5＝c5’且c6＝c6’，第一环形磁铁4没有发生偏心运动，添加有磁性材料的管道保护层2中第一环形磁铁4所包围的管道保护层密度均匀；
c5≠c5’且c6≠c6’，第一环形磁铁4发生偏心运动，添加有磁性材料的管道保护层2中第一环形磁铁4所包围的管道保护层密度不均匀；
本实施方式用来检测第一环形磁铁4所包围的管道保护层密度是否均匀。