基于反射縱波的壓力容器壓力測量方法研究.pdf

1、壓力容器數(shù)量眾多、應(yīng)用非常廣泛，但其也是一種具有較高危險性的特種設(shè)備。為保障安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率，壓力容器壓力狀態(tài)的監(jiān)控是生產(chǎn)運行的重要環(huán)節(jié)。但傳統(tǒng)的介入式壓力測量方法往往需要在壓力容器上開孔引壓，開孔會引起孔邊緣局部應(yīng)力集中和應(yīng)力分布不均，而應(yīng)力集中容易引發(fā)裂紋等缺陷，帶來了爆炸、泄漏等安全隱患。因此，研究非介入式壓力測量方法是經(jīng)濟發(fā)展過程中提出的迫切需要解決的科學(xué)問題，也是檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文在前人研究成果和查閱國內(nèi)外文獻

2、的基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲波聲彈性原理以及板殼理論，提出了基于反射縱波的壓力容器壓力測量方法。相比常應(yīng)用于應(yīng)力檢測的臨界折射縱波（LCR波），反射縱波的電壓幅值要大，因此信噪比高，信號捕獲容易且互相關(guān)運算求取的時延也更加準(zhǔn)確。實驗表明，與臨界折射縱波相比，基于反射縱波的壓力測量方法抗干擾性增強，測量靈敏度和壓力分辨率提高，靈敏度提高了32.2％。本文針對溫度對超聲波壓力測量的顯著影響，提出了一種實用的溫度補償?shù)膲毫y量模型，實驗表明，該模型效果

3、良好，測量相對誤差可控制在12％以內(nèi)。本文的主要工作在于:
　　(1)建立了基于反射縱波的壓力測量模型。從聲彈性理論入手，詳細(xì)分析了應(yīng)力對超聲波波速的影響，利用板殼理論得到壓力容器內(nèi)壓與管壁應(yīng)力分布的關(guān)系。結(jié)合聲彈性理論和板殼理論，經(jīng)過簡化處理，推導(dǎo)出了基于反射縱波的壓力容器壓力測量模型。
　　(2)根據(jù)超聲波壓力檢測中傳播時延測量的特點，提出了基于FIR數(shù)字濾波器的互相關(guān)時延測量方法。超聲波的聲彈性效應(yīng)非常微弱，壓力引起的

4、超聲波傳播時延量非常微小，因此超聲波傳播時延量的精確測量是基于超聲波壓力測量方法需解決的一個關(guān)鍵問題。基于互相關(guān)函數(shù)的時延測量方法只需要兩信號在波形上相似，幅值上沒有要求。這區(qū)別于傳統(tǒng)的計時方法需要固定電壓觸發(fā)計時，當(dāng)信號幅值變化時，將給時延的測量帶來誤差。超聲波壓力測量中，超聲波接收信號的幅值受很多因素的影響，例如壓力、溫度、超聲波在管壁中的衰減等。因此基于互相關(guān)函數(shù)的時延測量方法是適合用于超聲波傳播時延測量的。FIR數(shù)字濾波器具有嚴(yán)

5、格的線性相位，保證了濾波后信號具有相同的群延時，不會給時延測量帶來額外誤差。實驗分析結(jié)果表明基于FIR數(shù)字濾波器的互相關(guān)時延測量方法不僅算法簡單快速，而且具有良好的可靠性。
　　(3)以水壓力罐為實驗對象，從不同的探頭間距以及不同的壓力容器罐體兩個方面實驗驗證了基于反射縱波壓力測量模型的正確性。基于反射縱波和臨界折射縱波的壓力測量對比實驗表明，與臨界折射縱波相比，基于反射縱波的壓力測量方法靈敏度和測量精度更高，抗干擾性也增強，應(yīng)用