输油管道泄漏检测仪设计_毕业设计(编辑修改稿)

输油管道泄漏检测仪设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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 — — 润滑油 15650 — — 13070 — 15930 — — 14050 — 2．原油密度  原油密度与压力和温度有关， 但是由于原油是液体，压力对其影响不是很大，温度对其影响却刚好相反。 其密度随温度变化的公式如下： （ T） = 20  (T20) (214) 式中：  (T) —— T 是原油密度，单位 kg/m3  —— 原油的体积膨胀系数 ( =． 001315 20 )，单位 kg/(m3 ℃ )  20 —— 20℃ 时原油的密度，单位 kg/m3 由式 (214)可见，原油温度 越低，原油密度越大；原油温度越高，原油密度越小。 按照 wylie 的观点，管道 的 约束 条件可以 分为以下三类： (1)管道只固定 在管道的上游 ； (2)直接将管道固定住，使管道不能移动 ； (3)全部采用膨胀接头连接 管道 ； 对应地修正系数 C1 ，可取为下列值： (1)C1 =1 2 (2) C1 =1 2 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 (3) C1 =1 ( 为管材的泊松系数 ) 对于厚壁弹性管来说按照 wylie 的观点，当厚壁管情况 时，即 D/e25。 管壁内、外侧 应力 明显不同的管道 即是 厚壁管 ， 由于 管壁应力分布不均 的原因 ， 管道的变形特性也随之改变 ，波速方程 也因此而 变得复杂。 分析研究表明，基本波速方程 可以对管道壁进行使用 ， 但是 需要 对系数 C1 进行 修正。 以下公式 分别 对应上面的三种情况 ： (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) 地下输油管道 .属于式 (216)所示情况，这里  取 0． 30。 表 22 常用材料弹性模量和泊松系数 名称 弹性模量 E 泊松系数  钢 ≈ 球墨铸铁 ≈ 铜 ≈ 铝 ≈ 石棉水泥 ≈ ≈ 混凝土 30~106 ~ 橡胶 ≈ ≈ 考虑到温度对波速的影响，泄漏点 x0 处的负压波传播到管道首末端的时间分别如下所示： t1 = dxxvx0 )(1， t2 = dxxvlx )(1 (218) 由于负压波 在管道中的 传播速度 与 管道距离变化的函数表达式 v(x)比较复杂， 因此 ，很难得到负压波波速的解。 而差值 21 ttt  是可检测到的值 ，为了确定泄漏点的位置x0 ，可采用细分的搜索方法。 考虑到 v(x)是连续变化的；如果速度 v 为常数，对于测得的时间差  t， 将负压波到达管道上游的速度 代入定位公式 可以 得到一个泄漏点 x1v ， 将负压波下游的速度 代入得到泄漏点位置 可以得到 x 2v ，那么 负压波的泄漏地点 必然在 x1v 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 与 x 2v 之间。 利用 细分搜索算法计算出 nit ， 然后 计算 出 yi =| nit t |( t 为实测到的时间差 )，逐次计算 iy 的值， 负压波泄漏点 x0 即为 最小的 iy 值所对应的点 所指出 的位置。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 11 第 3章 管道泄 漏检测系统硬件设计 系统硬件 总体设计 管道泄漏检测系统是将采集的数据通过主控单元，再通过 GPRS 传送到工控机中进行分析处理，从而实现对泄漏点的定位。 本设计主要研究的是数据的采集以及传送阶段。 通过 GPRS 将 管道两侧 信号传入上位机 的时间 t1 ， t2 ，我们可以确定差值 t。 由于负压波的传播速度与液体内型和管道性质有关，因此通过 对管壁材料的弹性系数和变形特征、液体的弹性系数、原油密度以及温度的分析能够确定某一时刻负压波的传播速度，这一点在上一章中已做了详细的介绍。 系统硬件电路部分主要包括主控单元、信号采集模块、电源模块 和 无线通信 GPRS模块。 信号采集模块又包括压力采集模块，流量采集模块和温度采集模块。 系统的总体框图如图 31所示： 主 控单 片 机压 力 采 集 模 块温 度 采 集 模 块流 量 采 集 模 块G P R S 模 块电 源 模 块复 位上 位 机 图 31 系统硬件总体框图 系统硬 件各功能模块构建 主控 单元 主控单元采用 51 系列单片机 AT89C51。 AT89C51 单片机内 ROM是 FLASH 存储器，以获得广泛的应用 80C51 兼容，采用静态逻辑设计，操作频率范围宽，具有两个软件选择的节能模式。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 12 AT89C51 单片机具有极为很高的使用属性。 可闪存，可更改内容，而且使用的是 36V以内的电压，使用时安全系数很高。 而且功能强大，实用性很好，被广为使用。 还有一种单片机是 89C2051 性能也很好，但是比 AT89C51 性能要弱，实用性也较差。 单片机的优点是体积小，价格低廉，易储存，制造技术简单，而且与别程序或原件容错率也很好。 可以说 AT89C51 在一定程度上加快了微型计算机的进程。 主要性能指标： (1)它和 MCS51 单片机相容 (2)4KB 的可控制逻辑闪存 (3)使用限度：一千写每擦来转换 (4)信息存根时限：十年 (5)完全静止状态工作周期： 0~24Hz (6)四级系统闪存锁紧 (7)有 128*8 位的内部随机存储器 (8)32 可控制输入 /输出总线 (9)有 2 个十六位的内部中断计时器 (10)5 个内部中断电源源 (11)可控制串行通讯 (12)小功率的摆置与去电方式 AT89C51 的 最小系统 如图 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 图 32 AT89C51 的 最小系统图 信号采 集模块 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 13 原则 传感器 的作用是将声音，温度等非电物理信号 转换为电信号的装置。 它 主要通过 各种物理、化学和生物效应 来实现它的作用 ， 并且有相关的定律来约束它。 传感器 的选择有以下几点 原则 [9]： (1)传感器具有 足够的容量 ，这样使得 传感器的工作范围 变宽 ， 并且当传感器 过载 时不会被损坏。 (2)传感器要与需要 检测、控制 的系统良好的匹配 ，转换 的速度快 ， 输出的信号要与输入的信号相对应。 (3)传感器要在保证其稳定性的前提下保证其精度，使其能正常的工作， 静态响应与动态响应的准确度能满足要求。 (4)传感器要有较快的反应速度，使其在工作时不会出偏差。 (5)在使用技巧，经济成本等方面全面分析传感器的性价比，看看是否合适。 压力传感器 采用 DJ20B型 压力传感器。 DJ20B型 压力传感器 采用进口不锈钢隔离膜片的高精度、高稳定性的芯片组装，产品经过精密的结构设计对不锈钢 壳体的全密封焊接工艺制造 ，输出信号为 0~5VCD。 适用于 气体、液体、蒸汽压力的测量及具有腐蚀性介质的压力测量。 此模块中压力信号来源于压力传感器。 其输入信号为 4~20mA电流。 传感器输入的信号为电流信号，在对此信号进行采集时，需要将此信号转化为电压信号。 然后采用外部AD转换器件对转换的电压信号进行采集。 电路系统分两部分组成：信号处理电路及电压信号采集电路。 电路图如图 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 图 33 压力采集模块电路图 其中，在电路的缓冲部分，为了减少 “ 自动 ” 启动误触发的可能性，提高系统的输齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 14 入阻抗，减少对被测信号 的衰减影响等诸方面考虑，采用电压跟随器。 而在电压信号 AD电路中采用 AD7684芯片。 AD7684是一个 16位差分输入的 AD转换器件。 当 CS 为低电平时 AD7684将采用差压的方式在两输入端进行采样。 此时，当 DK不断的得到脉冲信号时， Vo将不断的输出数据。 而且此芯片所需的电源范围为。 主控单元通过 PF1控制 CS 对 AD7684进行选择；通过 PF3向 AD7684提供串行数据发送脉冲；通过 PF2读取 AD7684的串行 数据。 在此模块中， 流量传感器采用 CMZ1GF10080。 该传感器有以下特点： (1)没有可动部件，构造简单而牢固，长期运行可靠，使用寿命长。 (2)压力损失较小，测量范围宽、测量精度较高。 (3)适用范围广，可用于液体、气体、蒸汽的流量测量，气液通用。 (4)输出脉冲信号，便于同计算机等数字系统配套使用。 (5)结构简单牢固、维护方便、安装费用较低。 流量信号为脉冲信号。 对流量信号进行采集时，首先对此信号进行处理，使其转化为规则的脉冲信号，以防止发生电平抖动，影响采集结果。 随后 将经处理后的脉冲信号接入 单片机中。 此模块的电路图如图 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 图 34 流量信号采集模块电路图 4．温度信号采集模块 在此模块中， 温度传感器采用 YYW200一体化温度变送器 ， 该传感器具有集温度检测与信号处于一体，标准接插件出线，体积小巧，线性化输出 1~5V标准信号。 此传感器在电力、橡胶、 石油、化工、 医药、食品 、 纺织、建材、 冶金 等自动化检测与控制领域 有广泛的应用。 该传感器具有以下特点： (1)抗干扰能力强 (2)结构简单，安装方便 (3)小型化，使用寿命长 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 15 温度信号为 4~20mA的电流信号。 对温度 信号采集时，首先将传感器的电流信号转化为电。