【正文】 所決定：v(x)= (211)1)/(1CeDEK??公式(211)中v——管內(nèi)負壓力波的傳播速度，單位 m/sE——管材的彈性模量，單位 paK——液體的體積彈性系數(shù)，單位 pae——管壁厚度，單位 m——液體的密度，單位 kg/m?3C ——與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù)1D——管道直徑，單位 m實際中，上式(211)中的液體密度 以及彈性系數(shù) K 等參數(shù)還受到油體溫度的影響。如式：v(x)= (212)1)/()(1CeDET??上述公式(212)表明液體的密度、液體的彈性系數(shù)以及管材的彈性變形影響著負壓波在管道中的傳播速度。而管道管道的約束條件、管道的一個無因次比值以及管道橫截面形狀決定了管道壁的材料變形特性。而管道的體積彈性系數(shù)又隨著流體的壓力、溫度、品種的不同而不同。在下表 2l 為幾種液體的體積彈性系數(shù)隨著溫度的變化而變化的數(shù)據(jù)。溫度越高，其體積彈性系數(shù)越小，溫度齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）8越低，其體積彈性系數(shù)越大。以下是壓縮系數(shù)的計算公式，壓縮系數(shù)的倒數(shù)等于液體的體積彈性系數(shù) K 的值：1n(F10 )=0．51992++846596/ +(213)10 ?20?20公式(213)中：T——溫度，單位℃——標準密度， = ，單位 kg/m0?0?243F——壓縮系數(shù)，單位 pa 1?表 21 幾種液體的體積彈性系數(shù)體積彈性系數(shù) 105液體名稱20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 90℃23500 — 22100 — 21800水24400 — 22300 — 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) —13650 — 12020 — —煤油13950 — 12050 — —15650 — — 13070 —潤滑油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，壓力對其影響不是很大，溫度對其影響卻剛好相反。按照 wylie 的觀點，管道的約束條件可以分為以下三類：(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；(3)全部采用膨脹接頭連接管道；對應(yīng)地修正系數(shù) C ，可取為下列值：1齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）9(1)C =112?(2) C =1(3) C =11( 為管材的泊松系數(shù))?對于厚壁彈性管來說按照 wylie 的觀點，當厚壁管情況時，即 D/e25。分析研究表明，基本波速方程可以對管道壁進行使用，但是需要對系數(shù) C 進行修正。?表 22 常用材料彈性模量和泊松系數(shù)名稱 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 ≈ ≈考慮到溫度對波速的影響，泄漏點 x 處的負壓波傳播到管道首末端的時間分別如0下所示：t = ，t = (218)1dxv?0)(2dxvl?)(1由于負壓波在管道中的傳播速度與管道距離變化的函數(shù)表達式 v(x)比較復(fù)雜，因此，很難得到負壓波波速的解?？紤]到 v(x)是連續(xù)變化的；如果速度 v 為常數(shù)，對于測得0齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）10的時間差 t，將負壓波到達管道上游的速度代入定位公式可以得到一個泄漏點 x ，將? 1v負壓波下游的速度代入得到泄漏點位置可以得到 x ，那么負壓波的泄漏地點必然在 x2v 與 x 之間。齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）11第 3 章 管道泄漏檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計管道泄漏檢測系統(tǒng)是將采集的數(shù)據(jù)通過主控單元，再通過 GPRS 傳送到工控機中進行分析處理，從而實現(xiàn)對泄漏點的定位。通過 GPRS 將管道兩側(cè)信號傳入上位機的時間 t ，t ，我們可以確定差值 。系統(tǒng)硬件電路部分主要包括主控單元、信號采集模塊、電源模塊和無線通信GPRS模塊。系統(tǒng)的總體框圖如圖31所示：主控單片機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 主控單元齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）12主控單元采用 51 系列單片機 AT89C51。AT89C51 單片機具有極為很高的使用屬性。而且功能強大，實用性很好，被廣為使用。單片機的優(yōu)點是體積小，價格低廉，易儲存，制造技術(shù)簡單，而且與別程序或原件容錯率也很好。主要性能指標： (1)它和 MCS51 單片機相容 (2)4KB 的可控制邏輯閃存 (3)使用限度：一千寫每擦來轉(zhuǎn)換(4)信息存根時限：十年 (5)完全靜止狀態(tài)工作周期：0~24Hz (6)四級系統(tǒng)閃存鎖緊 (7)有 128*8 位的內(nèi)部隨機存儲器 (8)32 可控制輸入 /輸出總線 (9)有 2 個十六位的內(nèi)部中斷計時器(10)5 個內(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：P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178INT113 INT012RESET9T115 T014X119EA/VP31X218RD17 WR16P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10GND20VCC 40AT89C51+22uf 1k+6V12MH30p30p齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）13圖 32 AT89C51 的最小系統(tǒng)圖 信號采集模塊傳感器的作用是將聲音，溫度等非電物理信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。傳感器的選擇有以下幾點原則 [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，并且當傳感器過載時不會被損壞。(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)與動態(tài)響應(yīng)的準確度能滿足要求。(5)在使用技巧，經(jīng)濟成本等方面全面分析傳感器的性價比，看看是否合適。DJ20B型壓力傳感器采用進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)過精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計對不銹鋼殼體的全密封焊接工藝制造，輸出信號為0~5VCD。此模塊中壓力信號來源于壓力傳感器。傳感器輸入的信號為電流信號，在對此信號進行采集時，需要將此信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。電路系統(tǒng)分兩部分組成：信號處理電路及電壓信號采集電路。而在電壓信號AD電路中采用AD7684芯片。當 為低電平時AD7684將采用差壓的方式在兩輸入端進行采樣。在此模塊中，流量傳感器采用CMZ1GF10080。(2)壓力損失較小，測量范圍寬、測量精度較高。(4)輸出脈沖信號，便于同計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用。流量信號為脈沖信號。隨后將經(jīng)處理后的脈沖信號接入單片機中。此傳感器在電力、橡膠、石油、化工、醫(yī)藥、食品、紡織、建材、冶金等自動化檢測與控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。對溫度信號采集時，首先將傳感器的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后通過外部AD轉(zhuǎn)換器件對轉(zhuǎn)化的電壓信號進行采集。GPRS允許用戶端在端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無限分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。本課題GPRS模塊采用西門子的齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）16MC52i芯片。GPRS模塊 MC52i的特性：(1)體積小、重量輕、低功耗(2)支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真(3)SIM應(yīng)用數(shù)據(jù)包(4)音頻：最高速率，升級最高速率和半速率(5)帶TCP/IP協(xié)議棧(6)便于集成(7)支持電壓范圍：(8)環(huán)境溫度：20℃~+55℃(9)數(shù)據(jù)特征：、USSD、不透明模式2. GPRS模塊電路 圖GPRS模塊和單片機之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過端口TXD0與TXD 之間。其中GPRS模塊上的TXD0口是用于接收從單片機上傳來的數(shù)據(jù)，而單片機上的TXD端口是用于向GPRS 模塊傳送數(shù)據(jù)的。GPRS模塊電路圖如圖36：RFSDAI 11TXDDAI 10SCLK 9TFSDAI 8RXDDAI 7IGT 41EMERGOFF 40SYNC 13CCCGND 6CCVCC 2CCCLK 1CCIO 3CCRST 4CCIN 5EPN250EPP249EPP148MICN246EPN147MICP245MICP144MICN143GND23GND21VDD31VDDLP18POWER19CHARGE20GND22GND25GND24GND42BATT_TEMP12RTS136 CTS138 TXD116RXD114 DCD039 DTR035RTS034 CIS037 TXD017RXD015 RING032 DSI033BATT30 BATT29 BATT28BATT27 BATT26MC52I天天GND4 VCC1CLK3 DATA6RST2 VPP5SIM+5V圖36 GPRS模塊連接圖齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）17 電源模塊此模塊向系統(tǒng)提供 5V 的電壓，采用 LM2593HVS 來實現(xiàn)這一功能。此模塊的電路圖如圖 37 所示： C5680uF C6680uF C7220uF12 L147uHPT3+12V Vin1/NO2Gnd3Fbk 5Vo 4LM2593HVS圖37 電源模塊電路圖齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）18第4章 管道泄漏檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件總體介紹在進行系統(tǒng)總體設(shè)計時，軟件設(shè)計和硬件設(shè)計應(yīng)該結(jié)合在一起考慮。系統(tǒng)的軟件通?？梢苑譃閮?nèi)部系統(tǒng)軟件和外部系統(tǒng)軟件兩大類。而內(nèi)部系統(tǒng)軟件的作用就是用來對文件進行檢索、復(fù)制、協(xié)調(diào)各種程序之間的聯(lián)系，也可以對文件進行檢查，預(yù)處理文件等作用。系統(tǒng)的總體框圖如圖41所示：開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化讀取流量信號讀取流量信號讀取壓力信號讀取壓力信號結(jié)束結(jié)束讀取溫度信號讀