管道流量无损检测的热学方法

　　一、引言

　　不破坏原管路系统，用管外检测装置进行管道流量的无损检测，是多年来各国科技工作者努力探索的重要课题.在流量的无损检测领域，近几年发展较快的是基于声学原理的管外夹装式超声波流量计(主要有时差法及多普勒法两大类).借助于管外壁上安装的超声发、收探头，可以测知管内流量，无需断开管路植人流体中，因而不对原流场产生干扰，无压力损失，流量检测元件不会受到流体的冲击、磨损，从而降低了测量误差，提高了仪表的使用寿命。但超声波流量计的测量电路比一般流量计复杂，目前多是国外进口，价格昂贵(通常在1万元以上)，难以普及推广使用。因此，在简廉性流量无损检测方法上展开研究，无疑是很有意义的。本文要叙述的是我们根据热学原理在实验室进行流量无损检测的探讨方面所做的一些工作.

　　二、测试方法与原理

　　1、测试装置的组成

　　迄今为止，基于热学原理的流量无损检测方法有:边界层法、温度分布法、管段电阻法等，我们在总结这些方法的优缺点的基础上，设计了如图所示的流量检测系统。

　　在管子外壁上套一个电加热器，在它的上下游对称布置两个热电阻测温片，并接在电桥的相邻桥臂上，组成一个双臂工作的电桥。两个热电阻P.，及Pt:的初始电阻值及其电阻温度系数要尽量接近或相等.电桥中的固定电阻R.及R:应采用高精度、低时漂、低温漂的电阻，而且应使R.=R2.

　　2、基本原理

　　利用电加热套对管段加热，当管内无液流或液流静止时，两个热电阻因位置对称，感受相同的温度，它们的阻值相等，所以电桥处于平衡状态。当管内流体流动时，破坏了加热器的温度场，上游侧管温变低，下游侧管温升高，使两热电阻的阻值发生变化(阻值不再相等)，引起电桥的不平衡，不平衡程度反映了被测流量的大小，由接在电桥对角线上的毫伏表的示值，可以求出管内流速及流量。

　　3、实验内容与结果

　　本实验管材为A3钢，壁厚为2.95毫米，内径为15.5毫米。热电阻采用铂膜电阻，其构造与应变片类似，可直接粘贴在管子外表面上。它的尺寸小，对测点的温度响应很快，它不必像热电偶那样需作冷端补偿，可在较大的测温范围内保持良好的输出线性。粘贴处的管壁表面应事先打光、整平，以实现完好的热接触.

　　考虑到供桥电流通过热电阻时会产生相应的热量而引起测量误差，我们采用1伏的供桥电压，使通过热电阻的电流小于工业规程中规定的6毫安.

　　利用自制的装置，我们以水为介质，对不同的铂片间距，在不同的流速下，作了大量试验，发现两铂片间距为110毫米时，实验数据的拟合曲线的斜率较陡，单值性较好.当管内水流速度较稳定，流速由小变大或由大变小时，试验的重复性较好，其精度达士3.33%.对被测管段加工热约40秒后即有温差输出响应，流速越大，响应越快。但本实验中没有考虑压力等的影响，所以尚有不少工作要做.