【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 22350 丙烷 1750(1800) 1370(1400) 1050(1060) 750(730) — 丁烷 3560(3650) 3020(3080) 2510(2560) 2130(2170) — 汽油 9060(9530) — — 7600(7750) — 煤油 13650 — 12020 — — 13950 — 12050 — — 潤(rùn)滑油 15650 — — 13070 — 15930 — — 14050 — 2．原油密度 ? 原油密度與壓力和溫度有關(guān)， 但是由于原油是液體，壓力對(duì)其影響不是很大，溫度對(duì)其影響卻剛好相反 。其密度隨溫度變化的公式如下： ?（ T） =? 20 ? (T20) (214) 式中： ? (T) —— T 是原油密度，單位 kg/m3 ? —— 原油的體積膨脹系數(shù) (? =． 001315? 20 )，單位 kg/(m3 ℃ ) ? 20 —— 20℃ 時(shí)原油的密度，單位 kg/m3 由式 (214)可見(jiàn)，原油溫度 越低，原油密度越大；原油溫度越高，原油密度越小 。 按照 wylie 的觀點(diǎn)，管道 的 約束 條件可以 分為以下三類(lèi)： (1)管道只固定 在管道的上游 ； (2)直接將管道固定住，使管道不能移動(dòng) ； (3)全部采用膨脹接頭連接 管道 ； 對(duì)應(yīng)地修正系數(shù) C1 ，可取為下列值： (1)C1 =1 2? (2) C1 =1? 2 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 (3) C1 =1 (? 為管材的泊松系數(shù) ) 對(duì)于厚壁彈性管來(lái)說(shuō)按照 wylie 的觀點(diǎn)，當(dāng)厚壁管情況 時(shí)，即 D/e25。 管壁內(nèi)、外側(cè) 應(yīng)力 明顯不同的管道 即是 厚壁管 ， 由于 管壁應(yīng)力分布不均 的原因 ， 管道的變形特性也隨之改變 ，波速方程 也因此而 變得復(fù)雜。分析研究表明，基本波速方程 可以對(duì)管道壁進(jìn)行使用 ， 但是 需要 對(duì)系數(shù) C1 進(jìn)行 修正。 以下公式 分別 對(duì)應(yīng)上面的三種情況 ： (1) C1 = )1(/2 ??eD + )21(/1 1 ??? De (215) (2) C1 = )1(/2 ??eD + )1(/1 1 2??? De (216) (3) C1 = )1(/2 ??eD + De/1 1? (217) 地下輸油管道 .屬于式 (216)所示情況，這里 ? 取 0． 30。 表 22 常用材料彈性模量和泊松系數(shù) 名稱(chēng) 彈性模量 E 泊松系數(shù) ? 鋼 ≈ 球墨鑄鐵 ≈ 銅 ≈ 鋁 ≈ 石棉水泥 ≈ ≈ 混凝土 30~106 ~ 橡膠 ≈ ≈ 考慮到溫度對(duì)波速的影響，泄漏點(diǎn) x0 處的負(fù)壓波傳播到管道首末端的時(shí)間分別如下所示： t1 = dxxvx?0 )(1， t2 = dxxvlx? )(1 (218) 由于負(fù)壓波 在管道中的 傳播速度 與 管道距離變化的函數(shù)表達(dá)式 v(x)比較復(fù)雜， 因此 ，很難得到負(fù)壓波波速的解。 而差值 21 ttt ??? 是可檢測(cè)到的值 ，為了確定泄漏點(diǎn)的位置x0 ，可采用細(xì)分的搜索方法?？紤]到 v(x)是連續(xù)變化的；如果速度 v 為常數(shù)，對(duì)于測(cè)得的時(shí)間差 ? t， 將負(fù)壓波到達(dá)管道上游的速度 代入定位公式 可以 得到一個(gè)泄漏點(diǎn) x1v ， 將負(fù)壓波下游的速度 代入得到泄漏點(diǎn)位置 可以得到 x 2v ，那么 負(fù)壓波的泄漏地點(diǎn) 必然在 x1v 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 與 x 2v 之間。 利用 細(xì)分搜索算法計(jì)算出 nit? ， 然后 計(jì)算 出 yi =| nit? t? |( t? 為實(shí)測(cè)到的時(shí)間差 )，逐次計(jì)算 iy 的值， 負(fù)壓波泄漏點(diǎn) x0 即為 最小的 iy 值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn) 所指出 的位置 。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3章 管道泄 漏檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件 總體設(shè)計(jì) 管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)是將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)主控單元，再通過(guò) GPRS 傳送到工控機(jī)中進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的定位。本設(shè)計(jì)主要研究的是數(shù)據(jù)的采集以及傳送階段。通過(guò) GPRS 將 管道兩側(cè) 信號(hào)傳入上位機(jī) 的時(shí)間 t1 ， t2 ，我們可以確定差值 t? 。由于負(fù)壓波的傳播速度與液體內(nèi)型和管道性質(zhì)有關(guān)，因此通過(guò) 對(duì)管壁材料的彈性系數(shù)和變形特征、液體的彈性系數(shù)、原油密度以及溫度的分析能夠確定某一時(shí)刻負(fù)壓波的傳播速度，這一點(diǎn)在上一章中已做了詳細(xì)的介紹。 系統(tǒng)硬件電路部分主要包括主控單元、信號(hào)采集模塊、電源模塊 和 無(wú)線通信 GPRS模塊。信號(hào)采集模塊又包括壓力采集模塊，流量采集模塊和溫度采集模塊。系統(tǒng)的總體框圖如圖 31所示： 主 控單 片 機(jī)壓 力 采 集 模 塊溫 度 采 集 模 塊流 量 采 集 模 塊G P R S 模 塊電 源 模 塊復(fù) 位上 位 機(jī) 圖 31 系統(tǒng)硬件總體框圖 系統(tǒng)硬 件各功能模塊構(gòu)建 主控 單元 主控單元采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi) ROM是 FLASH 存儲(chǔ)器，以獲得廣泛的應(yīng)用 80C51 兼容，采用靜態(tài)邏輯設(shè)計(jì)，操作頻率范圍寬，具有兩個(gè)軟件選擇的節(jié)能模式。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 AT89C51 單片機(jī)具有極為很高的使用屬性。可閃存，可更改內(nèi)容，而且使用的是 36V以?xún)?nèi)的電壓，使用時(shí)安全系數(shù)很高。而且功能強(qiáng)大，實(shí)用性很好，被廣為使用。還有一種單片機(jī)是 89C2051 性能也很好，但是比 AT89C51 性能要弱，實(shí)用性也較差。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小，價(jià)格低廉，易儲(chǔ)存，制造技術(shù)簡(jiǎn)單，而且與別程序或原件容錯(cuò)率也很好?？梢哉f(shuō) AT89C51 在一定程度上加快了微型計(jì)算機(jī)的進(jìn)程。 主要性能指標(biāo)： (1)它和 MCS51 單片機(jī)相容 (2)4KB 的可控制邏輯閃存 (3)使用限度：一千寫(xiě)每擦來(lái)轉(zhuǎn)換 (4)信息存根時(shí)限：十年 (5)完全靜止?fàn)顟B(tài)工作周期： 0~24Hz (6)四級(jí)系統(tǒng)閃存鎖緊 (7)有 128*8 位的內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器 (8)32 可控制輸入 /輸出總線 (9)有 2 個(gè)十六位的內(nèi)部中斷計(jì)時(shí)器 (10)5 個(gè)內(nèi)部中斷電源源 (11)可控制串行通訊 (12)小功率的擺置與去電方式 AT89C51 的 最小系統(tǒng) 如圖 32： P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78I N T 113I N T 012R E S E T9T115T014X119E A /V P31X218RD17WR16P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10G N D20V C C40A T 8 9 C 5 1+2 2 u f1k+ 6 V1 2 M H3 0 p3 0 p0 .2 K 圖 32 AT89C51 的 最小系統(tǒng)圖 信號(hào)采 集模塊 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 原則 傳感器 的作用是將聲音，溫度等非電物理信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。它 主要通過(guò) 各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng) 來(lái)實(shí)現(xiàn)它的作用 ， 并且有相關(guān)的定律來(lái)約束它 。傳感器 的選擇有以下幾點(diǎn) 原則 [9]： (1)傳感器具有 足夠的容量 ，這樣使得 傳感器的工作范圍 變寬 ， 并且當(dāng)傳感器 過(guò)載 時(shí)不會(huì)被損壞。 (2)傳感器要與需要 檢測(cè)、控制 的系統(tǒng)良好的匹配 ，轉(zhuǎn)換 的速度快 ， 輸出的信號(hào)要與輸入的信號(hào)相對(duì)應(yīng)。 (3)傳感器要在保證其穩(wěn)定性的前提下保證其精度，使其能正常的工作， 靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿(mǎn)足要求 。 (4)傳感器要有較快的反應(yīng)速度，使其在工作時(shí)不會(huì)出偏差。 (5)在使用技巧，經(jīng)濟(jì)成本等方面全面分析傳感器的性?xún)r(jià)比，看看是否合適。 壓力傳感器 采用 DJ20B型 壓力傳感器 。 DJ20B型 壓力傳感器 采用進(jìn)口不銹鋼隔離膜片的高精度、高穩(wěn)定性的芯片組裝，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)不銹鋼 殼體的全密封焊接工藝制造 ，輸出信號(hào)為 0~5VCD。適用于 氣體、液體、蒸汽壓力的測(cè)量及具有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量。 此模塊中壓力信號(hào)來(lái)源于壓力傳感器。其輸入信號(hào)為 4~20mA電流。傳感器輸入的信號(hào)為電流信號(hào)，在對(duì)此信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，需要將此信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。然后采用外部AD轉(zhuǎn)換器件對(duì)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)進(jìn)行采集。電路系統(tǒng)分兩部分組成：信號(hào)處理電路及電壓信號(hào)采集電路。電路圖如圖 33所示： 32184U 1 A32184U 2 A12P T 1PF3PF2PF1C20 .1 u FV C CV C CV C CR11 0 KC10 .1 u FR E F1V D D2+ I N3 IN4G N D8DK7VO6/C S5A D 7 6 8 4 圖 33 壓力采集模塊電路圖 其中，在電路的緩沖部分，為了減少 “ 自動(dòng) ” 啟動(dòng)誤觸發(fā)的可能性，提高系統(tǒng)的輸齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 入阻抗，減少對(duì)被測(cè)信號(hào) 的衰減影響等諸方面考慮，采用電壓跟隨器。 而在電壓信號(hào) AD電路中采用 AD7684芯片。 AD7684是一個(gè) 16位差分輸入的 AD轉(zhuǎn)換器件。當(dāng) CS 為低電平時(shí) AD7684將采用差壓的方式在兩輸入端進(jìn)行采樣。此時(shí)，當(dāng) DK不斷的得到脈沖信號(hào)時(shí)， Vo將不斷的輸出數(shù)據(jù)。而且此芯片所需的電源范圍為 。主控單元通過(guò) PF1控制 CS 對(duì) AD7684進(jìn)行選擇；通過(guò) PF3向 AD7684提供串行數(shù)據(jù)發(fā)送脈沖；通過(guò) PF2讀取 AD7684的串行 數(shù)據(jù)。 在此模塊中， 流量傳感器采用 CMZ1GF10080。該傳感器有以下特點(diǎn)： (1)沒(méi)有可動(dòng)部件，構(gòu)造簡(jiǎn)單而牢固，長(zhǎng)期運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng) 。 (2)壓力損失較小，測(cè)量范圍寬、測(cè)量精度較高 。 (3)適用范圍廣，可用于液體、氣體、蒸汽的流量測(cè)量，氣液通用。 (4)輸出脈沖信號(hào)，便于同計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用。 (5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、維護(hù)方便、安裝費(fèi)用較低。 流量信號(hào)為脈沖信號(hào)。對(duì)流量信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，首先對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為規(guī)則的脈沖信號(hào)，以防止發(fā)生電平抖動(dòng)，影響采集結(jié)果。隨后 將經(jīng)處理后的脈沖信號(hào)接入 單片機(jī)中 。此模塊的電路圖如圖 34所示： T H R 7D I S6Q5R3T R I G2C v o lt1GND8VCC4N E 5 5 5C 1 10 .1 u FNC1I N +2I N 3NC4V C C5EN6O U T7G N D8V C CR41 2 .2 kC 1 00 .1 u FV C CR33 .9 k12FT 圖 34 流量信號(hào)采集模塊電路圖 4．溫度信號(hào)采集模塊 在此模塊中， 溫度傳感器采用 YYW200一體化溫度變送器 ， 該傳感器具有集溫度檢測(cè)與信號(hào)處于一體，標(biāo)準(zhǔn)接插件出線，體積小巧，線性化輸出 1~5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 此傳感器在電力、橡膠、 石油、化工、 醫(yī)藥、食品 、 紡織、建材、 冶金 等自動(dòng)化檢測(cè)與控制領(lǐng)域 有廣泛的應(yīng)用 。該傳感器具有以下特點(diǎn)： (1)抗干擾能力強(qiáng) (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便 (3)小型化，使用壽命長(zhǎng) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 溫度信號(hào)為 4~20mA的電流信號(hào)。對(duì)溫度 信號(hào)采集時(shí)，首先將傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電