一種膏體管道輸送流量測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦膏體充填管道輸送流量的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前正在應(yīng)用的煤礦膏體充填管道輸送流量測(cè)量方法有a射線測(cè)量法。該方法 通過檢測(cè)置入膏體輸送管道內(nèi)的放射性粒子從而獲得管道輸送流量。該方法測(cè)試結(jié)果相對(duì) 準(zhǔn)確，但放射性粒子應(yīng)用受到限制，測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本過高，操作困難，并不適合普遍 的工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量管道輸送流量的方法對(duì)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的條件要求較高；測(cè)定儀器儀 表有時(shí)難以按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝設(shè)，從而使膏體充填管路輸送流量測(cè)定準(zhǔn)確度降低，不 能滿足檢測(cè)的精確度要求；同時(shí)，它們的使用都具有局限性，通用性較差。
[0004] 本方法在流量計(jì)法的基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)管道壓力進(jìn)行改進(jìn)，具有很好的通用性，測(cè)量精 度高，安裝方便，易于操作。在應(yīng)用流量計(jì)法測(cè)膏體充填管道輸送流量時(shí)，所得的管道輸送 流量精確度較低，本方法通過應(yīng)用應(yīng)變片測(cè)輸送管道的壓力差，再根據(jù)壓力差與流量的關(guān) 系式，繼而得到管道輸送流量，使所得結(jié)果更為精確。
[0005] 本方法中采用電阻式應(yīng)變片，該電阻式應(yīng)變片當(dāng)金屬電阻絲受拉或受壓時(shí)，電阻 絲的長(zhǎng)度和橫截面積將發(fā)生變化，且電阻絲的電阻率也發(fā)生變化，因此導(dǎo)線的電阻值發(fā)生 變化，電阻值的計(jì)算公式為：
[0006]R=pXL+S(1)
[0007] 式中，p--金屬導(dǎo)體的電阻率（Q?cm2/m)
[0008]S--導(dǎo)體的截面積（cm2)
[0009] L--導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m)
[0010] 本方法中采用的電阻式應(yīng)變片也可以選擇為膜片式應(yīng)變片，對(duì)于膜片式應(yīng)變片， 其中，膜片中心最大徑向應(yīng)變等于最大軸向應(yīng)變，如下式所示：
[0011]
[0012] 臘片邊緣最小徑向應(yīng)變和最大軸向應(yīng)變?nèi)缦率剿荆?br>[0013]
[0014] 在如公式（4)所示位置處，徑向應(yīng)變?yōu)?。
[0015]
[0016] 式中：p--被測(cè)壓力；
[0017] h--膜片厚度；
[0018]E--彈性模量；
[0019] y--泊松比；
[0020] r〇--膜片半徑。
[0021] 應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償，溫度變化引起應(yīng)變片本身電阻的變化，計(jì)算公式如式（5)所 不。
[0022] ART=RyfAT(5)
[0023] 式中：ARt一一溫度變化引起的電阻變化值；
[0024] yf一一金屬應(yīng)變片的電阻溫度系數(shù)；
[0025]AT--溫度變化度數(shù)。
[0026] 由該電阻值的變化折算成應(yīng)變值為：
[0027]
[0028] 金屬絲與襯底材料的線性膨脹系數(shù)不同，從而在溫度變化時(shí)引起附加的應(yīng)變。金 屬絲因溫度變化引起的應(yīng)變：
[0029]eg=agAT (7)
[0030] 襯底材料因溫度變化而引起的應(yīng)變：
[0031]es=asAT (8)
[0032] 式中：ag一一金屬絲的線膨脹系數(shù)；
[0033]as--襯底材料的線膨脹系數(shù)。
[0034] 當(dāng)a# a s時(shí)，e，e s不等，從而造成應(yīng)變誤差
[0035]Ae=eg-es=(ag-as)AT(9)
[0036] 因此這兩個(gè)溫度因素造成的總附加應(yīng)變?yōu)?br>[0037]
[0038] 此外，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)Sg也隨溫度變化而變化，可能也引起應(yīng)變值的變化。但 一般情況下S/變化甚小，由這一因素引起的應(yīng)變值的變化可以予以忽略。
[0039] 對(duì)于溫度效應(yīng)采取如下方式進(jìn)行補(bǔ)償。其中采用一補(bǔ)償應(yīng)變片，它與工作應(yīng)變片 一起被配置在一電橋的兩相鄰壁上，兩應(yīng)變片為完全一樣的應(yīng)變片，且使他們感受相同的 溫度。這樣由電阻的溫度系數(shù)和差動(dòng)熱膨脹而引起的阻值變化將對(duì)電橋的輸出電壓無影 響，而因正常的輸入載荷引起的阻值變化仍將使電橋失去平衡，從而產(chǎn)生輸出。
[0040] 膏體充填管道輸送流量計(jì)算，膏體在管路中運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓降與流量之間的關(guān)系為：
[0041]
[0042] 測(cè)量管路的設(shè)計(jì)，由于在應(yīng)用應(yīng)變片測(cè)管道壓力的過程中，對(duì)于測(cè)量管路的要求 較之正常管路要高，尤其是在膏體流經(jīng)測(cè)量管路時(shí)必須保證管路擁有足夠的強(qiáng)度和韌性， 因此，該段管路需要應(yīng)用特殊材料，使其在能夠保證較好的彈性變形和強(qiáng)度的情況下有著 更薄的壁厚。
[0043] 本方法具有很好的通用性，可以應(yīng)用到所有煤礦膏體充填管道輸送流量測(cè)量，測(cè) 量精度高，安裝方便，易于操作。運(yùn)用應(yīng)變片法測(cè)煤礦膏體充填管道輸送流量，可以得到更 為精確和穩(wěn)定的流量值。
【附圖說明】
[0044]圖1膜片式應(yīng)變片
[0045] 圖2膜片式應(yīng)變片原理圖
[0046] 圖3應(yīng)變片溫度補(bǔ)償
[0047] 圖4測(cè)量管道測(cè)試點(diǎn)位置
[0048] 圖5S1截面應(yīng)變片位置
[0049] 圖6S2截面應(yīng)變片位置
【具體實(shí)施方式】
[0050] 隨著人類對(duì)煤礦的大量開采，地表以下大多成中空狀態(tài)，膏體充填工藝隨之而生。 而對(duì)于煤礦膏體充填管道輸送流量的測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確與否，關(guān)系到充填能否正常 運(yùn)行，在保證膏體充填正常運(yùn)行方面起著重要的作用。
[0051] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制程度的要求不斷提高，控 制過程要求更加安全可靠，功能更加齊全，需要對(duì)生產(chǎn)過程信息集中監(jiān)控、實(shí)時(shí)存取、自動(dòng) 分析，以便于實(shí)施最佳運(yùn)行方案。
[0052] 由于需要檢測(cè)輸送管道兩個(gè)截面的壓力差，因此需要在測(cè)量管路的兩個(gè)位置分別 粘貼應(yīng)變片，并且分別在這兩個(gè)位置的上下左右四個(gè)方位粘貼，得到的數(shù)據(jù)取平均值，作為 該截面的壓力值。
[0053] 當(dāng)膏體正常輸送時(shí)，將應(yīng)變片粘貼在指定位置，待示數(shù)穩(wěn)定后讀出數(shù)據(jù)，然后根據(jù) 上述公式算出膏體運(yùn)輸管路中膏體的流量。
[0054] 在測(cè)試過程中其測(cè)試點(diǎn)S1、S2的選取方法，即測(cè)點(diǎn)S1壓力源取距管路交叉口 50m 處，測(cè)點(diǎn)S2取距管路交叉口 100m處。
[0055] 在管道測(cè)試點(diǎn)上下左右分別粘貼應(yīng)變片，該處的壓力值取各點(diǎn)（Pl，P2,P3,P4， PI'，P2'，P3'，P4')的平均壓力。
[0056] 對(duì)壓力值進(jìn)行的低通數(shù)字濾波算法和程序，以消除噪聲的影響。
[0057] 本方法具有很好的通用性，可以應(yīng)用到所有煤礦膏體充填管道輸送流量測(cè)量，測(cè) 量精度高，安裝方便，易于操作。運(yùn)用應(yīng)變片法測(cè)煤礦膏體充填管道輸送流量，可以得到更 為精確和穩(wěn)定的流量值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種膏體管道輸送流量測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟：當(dāng)膏體在管道中正常 輸送時(shí)，在需要測(cè)量的膏體管道的兩個(gè)指定位置分別粘貼應(yīng)變片，并且在該兩個(gè)指定位置 的上下左右四個(gè)方位分別粘貼應(yīng)變片，待示數(shù)穩(wěn)定后讀出數(shù)據(jù)，得到該兩個(gè)指定位置的各 自的四個(gè)應(yīng)變片讀取數(shù)據(jù)的平均壓力值，將計(jì)算后的兩個(gè)平均壓力值作為該兩個(gè)指定位置 所在管道截面的壓力值，計(jì)算該兩個(gè)指定位置的管道截面的壓力值的差值即壓降，然后通 過公式計(jì)算出膏體運(yùn)輸管路中膏體的流量，其中Ap為壓力值的差值，P為金屬導(dǎo)體的電阻 率。2. 如權(quán)利要求1所述的膏體管道輸送流量測(cè)量方法，其中膏體管道具有足夠的強(qiáng)度和 初性，并且在管道的測(cè)量段使用與其他部分不同的材料，該材料可W保證管道的測(cè)量段在 具有較好的彈性變形和強(qiáng)度的情況下具有更薄的壁厚。3. 如權(quán)利要求1所述的膏體管道輸送流量測(cè)量方法，其中兩個(gè)指定位置分別位于距管 路交叉口 50m處和距管路交叉口 100m處。4. 如權(quán)利要求1所述的膏體管道輸送流量測(cè)量方法，還包括對(duì)在兩個(gè)指定位置所測(cè)得 的壓力值進(jìn)行低通數(shù)字濾波，W消除噪聲影響。5. 如權(quán)利要求1所述的膏體管道輸送流量測(cè)量方法，其中所使用的應(yīng)變片為膜片是應(yīng) 變片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤礦膏體充填管道輸送流量的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，當(dāng)膏體在管道中正常輸送時(shí)，在需要測(cè)量的膏體管道的兩個(gè)指定位置分別粘貼應(yīng)變片，并且在該兩個(gè)指定位置的上下左右四個(gè)方位分別粘貼應(yīng)變片，待示數(shù)穩(wěn)定后讀出數(shù)據(jù)，得到該兩個(gè)指定位置的各自的四個(gè)應(yīng)變片讀取數(shù)據(jù)的平均壓力值，將計(jì)算后的兩個(gè)平均壓力值作為該兩個(gè)指定位置所在管道截面的壓力值，計(jì)算該兩個(gè)指定位置的管道截面的壓力值的差值即壓降，然后通過壓降計(jì)算流量。
【IPC分類】G01F1/34
【公開號(hào)】CN105004385
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510191880
【發(fā)明人】王桂梅, 劉杰輝, 趙偉民, 王清強(qiáng)
【申請(qǐng)人】河北工程大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日