CN111044407A - 一种非接触式无源管道介质密度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式无源管道介质密度测量方法，解决了现有技术中隧道施工管道中液体密度不易测量的问题。本发明通过称重模组测量出目标管道的重量，利用密度计算公式进行简单的编程转换，输出目标管道内液体密度，同时通过限位装置，有效避免因安装面倾斜或盾构机上下坡掘进过程中由于重心的变化对测量精度造成影响，提高测量精度。通过该方法不仅可以准确可靠地对管道内介质密度进行实时监控，同时测量成本低。
Description
技术领域
本发明涉及管道介质密度测量技术领域，特别是指一种非接触式无源管道介质密度测量方法。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展及城市化的推进，越来越多的城市隧道建设采用隧道掘进机。一般来讲，由于城市地层复杂、地表建筑繁多，因此大多采用泥水平衡盾构机。泥水平衡盾构机主要以泥浆压力平衡开挖面水土压力，从而保持开挖面的稳定。而掌子面形成的泥膜可减小开挖面的压力损失，使泥浆压力有效地作用于开挖面。然而泥浆比重是影响泥膜质量的关键因素，因此需对其进行实时监控。目前国内外在泥水平衡盾构机上对于进、排浆比重的测量主要采用一种放射性密度计。该密度计分别将放射源、探头相对地安装在管道两侧，利用放射源产生的γ射线穿过管道及管道中的液体时，被相应吸收而衰减，从而测量出管道中液体的密度。该方法可精准测量出管道中液体的密度，但价格较高，安装复杂，同时放射性密度计释放出的γ射线频率较高，具有极强的穿透力，对周围环境及人身健康有的危害极大。因此，开发一种新型的进、排浆密度测量方法尤为重要。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种非接触式无源管道介质密度测量方法，解决了现有技术中隧道施工管道中液体密度不易测量的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种非接触式无源管道介质密度测量方法，步骤如下：
S1：选取泥浆管路的一段长直硬管作为目标管道；
S2：在目标管道的前、后端均左右对称布置量程相同的称重模组，称重模组通过限位装置稳定固定在目标管道上；
S3：在目标管道空管状态下对目标管道内空气的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“0”；
S4：在目标管道里充满水的状态下对目标管道内介质的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“1”；
S5：在盾构机正常掘进中，目标管道内充满泥浆，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对信号进行处理计算，实时监测目标管道内泥浆比重。
所述称重模组为四个量程相同的称重传感器，称重传感器通过限位装置限位在目标管道上，目标管道的重心位于同一端面上两个称重传感器的中垂线上。
在步骤S3，根据ρ空=m /V，标定目标管道介质密度ρ空；其中V为目标管道内体积，m为称重模组测得的目标管道本身的质量。
在步骤S4，根据ρ水=m水/V，标定目标管道介质密度ρ水；其中V为目标管道内体积，m水为称重模组测得的充满水状态下目标管道的总质量。
在步骤S5中，根据ρ=m泥浆/V，确定目标管道内泥浆密度ρ，其中m泥浆=M-m；V为目标管道内体积，M为称重模组测得的充满泥浆状态下目标管道的总质量，m泥浆为充满泥浆状态下目标管道内的泥浆的总质量。
本发明通过非接触的称重模组测量出目标管道的重量，利用密度计算公式进行简单的编程转换，输出目标管道内液体密度，同时通过限位装置，有效避免因安装面倾斜或盾构机上下坡掘进过程中由于重心的变化对测量精度造成影响，提高测量精度。通过该方法不仅可以准确可靠地对管道内介质密度进行实时监控，同时测量成本低、安装方便、环保健康，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明称重模组在目标管道上的布置示意图。
图2为本发明目标管道横截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，一种非接触式无源管道介质密度测量方法，步骤如下：
S1：现以泥水盾构机进排浆液密度测量为例，但不局限于这个范围。在一段较长的进排浆管路，选取泥浆管路的一段长直硬管作为目标管道1，管路两端连接软管4，如图1所示。
S2：在目标管道1的前、后端均左右对称布置量程相同的称重模组2；称重模组上、下端通过底板及螺栓分别稳定固定在目标管道及拖车上，限位装置固定在称重模组的前后端。所述称重模组为四个量程相同的称重传感器，目标管道1的前端左右对称设有两个称重传感器，目标管道的后端左右对称设有两个称重传感器，称重传感器通过限位装置3限位在目标管道上，使目标管道的重心位于同一端面上两个称重传感器的中垂线上；避免因安装面倾斜或盾构机上下坡掘进过程中由于重心的变化对测量精度造成影响。限位装置可采用具有调心功能的支撑板座或其他定位装置。如图2所示。
S3：在目标管道空管状态下（此时目标管道内充满空气）对目标管道内空气的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“0”； 目标管道内体积已知，通过称重模组测得的目标管道的重量，利用密度计算公式得到目标管道介质密度，这个状态为标定零位状态。
S4：在目标管道里充满水的状态下对目标管道内介质的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“1”；目标管道内体积已知，通过称重模组测得的目标管道及水的重量，利用密度计算公式得到目标管道介质密度，这个状态为标定“1”位状态。
S5：在盾构机正常掘进中，目标管道内充满泥浆，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对信号进行处理计算，实时监测目标管道内泥浆比重。即测量出目标管道及内部泥浆的重量，利用密度计算公式进行简单的编程转换，得出目标管道内介质（泥浆）密度，并输出4~20mA信号反馈至上位机进行管道内泥浆密度实时监控。
进一步，在步骤S3，根据ρ空=m /V，标定目标管道介质密度ρ空，也就是空气的质量；其中V为目标管道内体积，m为称重模组测得的目标管道本身的质量。
在步骤S4，根据ρ水=m水/V，标定目标管道内介质的密度ρ水也就是水的密度，m水为称重模组测得的充满水状态下目标管道的总质量，V为目标管道内体积。根据步骤S3、S4标定的目标管道介质密度ρ空ρ水确定目标管道处于正常状态。
在步骤S5中，根据ρ=m泥浆/V，确定目标管道内泥浆密度ρ，其中m泥浆=M-m；M为称重模组测得的充满泥浆状态下目标管道的总质量，m泥浆为充满泥浆状态下目标管道内的泥浆的总质量。如此得出目标管道内介质（泥浆）密度，并输出信号反馈至上位机进行管道内泥浆密度实时监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种非接触式无源管道介质密度测量方法，其特征在于：步骤如下：
S1：选取泥浆管路的一段长直硬管作为目标管道；
S2：在目标管道的前、后端均左右对称布置量程相同的称重模组，称重模组通过限位装置稳定固定在目标管道上；
S3：在目标管道空管状态下对目标管道内空气的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“0”；
S4：在目标管道里充满水的状态下对目标管道内介质的密度进行测量，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对输出的结果进行标“1”；
S5：在盾构机正常掘进中，目标管道内充满泥浆，称重模组将测量信号传递给上位机，上位机对信号进行处理计算，实时监测目标管道内泥浆比重。
2.根据权利要求1所述的非接触式无源管道介质密度测量方法，其特征在于：所述称重模组为四个量程相同的称重传感器，称重传感器通过限位装置限位在目标管道上，目标管道的重心位于同一端面上两个称重传感器的中垂线上。
3.根据权利要求1或2所述的非接触式无源管道介质密度测量方法，其特征在于：在步骤S3，根据ρ空=m /V，标定目标管道介质密度ρ空；
其中，m为称重模组测得的目标管道本身的质量，V为目标管道内体积。
4.根据权利要求3所述的非接触式无源管道介质密度测量方法，其特征在于：在步骤S4，根据ρ水=m水/V，标定目标管道介质密度ρ水；其中V为目标管道内体积，m水为称重模组测得的充满水状态下目标管道的总质量。
5.根据权利要求4所述的非接触式无源管道介质密度测量方法，其特征在于：
在步骤S5中，根据ρ=m泥浆/V，确定目标管道内泥浆密度ρ，
其中，V为目标管道内体积，m泥浆=M-m；M为称重模组测得的充满泥浆状态下目标管道的总质量，m泥浆为充满泥浆状态下目标管道内的泥浆的总质量。
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