基于反射縱波的壓力容器壓力測(cè)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(xiǎn)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(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。但傳統(tǒng)的介入式壓力測(cè)量方法往往需要在壓力容器上開孔引壓，開孔會(huì)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(cè)量方法是經(jīng)濟(jì)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(cè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文在前人研究成果和查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)

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(cè)量方法。相比常應(yīng)用于應(yīng)力檢測(cè)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(hào)捕獲容易且互相關(guān)運(yùn)算求取的時(shí)延也更加準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)表明，與臨界折射縱波相比，基于反射縱波的壓力測(cè)量方法抗干擾性增強(qiáng)，測(cè)量靈敏度和壓力分辨率提高，靈敏度提高了32.2％。本文針對(duì)溫度對(duì)超聲波壓力測(cè)量的顯著影響，提出了一種實(shí)用的溫度補(bǔ)償?shù)膲毫y(cè)量模型，實(shí)驗(yàn)表明，該模型效果

3、良好，測(cè)量相對(duì)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(cè)量模型。從聲彈性理論入手，詳細(xì)分析了應(yīng)力對(duì)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(jiǎn)化處理，推導(dǎo)出了基于反射縱波的壓力容器壓力測(cè)量模型。
　　(2)根據(jù)超聲波壓力檢測(cè)中傳播時(shí)延測(cè)量的特點(diǎn)，提出了基于FIR數(shù)字濾波器的互相關(guān)時(shí)延測(cè)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(shí)延量非常微小，因此超聲波傳播時(shí)延量的精確測(cè)量是基于超聲波壓力測(cè)量方法需解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。基于互相關(guān)函數(shù)的時(shí)延測(cè)量方法只需要兩信號(hào)在波形上相似，幅值上沒有要求。這區(qū)別于傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方法需要固定電壓觸發(fā)計(jì)時(shí)，當(dāng)信號(hào)幅值變化時(shí)，將給時(shí)延的測(cè)量帶來誤差。超聲波壓力測(cè)量中，超聲波接收信號(hào)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(shí)延測(cè)量方法是適合用于超聲波傳播時(shí)延測(cè)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(hào)具有相同的群延時(shí)，不會(huì)給時(shí)延測(cè)量帶來額外誤差。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明基于FIR數(shù)字濾波器的互相關(guān)時(shí)延測(cè)量方法不僅算法簡(jiǎn)單快速，而且具有良好的可靠性。
　　(3)以水壓力罐為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，從不同的探頭間距以及不同的壓力容器罐體兩個(gè)方面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于反射縱波壓力測(cè)量模型的正確性?；诜瓷淇v波和臨界折射縱波的壓力測(cè)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，與臨界折射縱波相比，基于反射縱波的壓力測(cè)量方法靈敏度和測(cè)量精度更高，抗干擾性也增強(qiáng)，應(yīng)用