留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高温管道超声波测厚方法影响因素仿真研究

白雪皎 祝海江

白雪皎,祝海江. 高温管道超声波测厚方法影响因素仿真研究[J]. 计量科学与技术,2022, 66(2): 55-60 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0538
引用本文: 白雪皎,祝海江. 高温管道超声波测厚方法影响因素仿真研究[J]. 计量科学与技术,2022, 66(2): 55-60 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0538
BAI Xuejiao, ZHU Haijiang. Simulation-based Study on Factors Affecting Ultrasonic Thickness Measurements of High Temperature Pipelines[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(2): 55-60. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0538
Citation: BAI Xuejiao, ZHU Haijiang. Simulation-based Study on Factors Affecting Ultrasonic Thickness Measurements of High Temperature Pipelines[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(2): 55-60. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0538

高温管道超声波测厚方法影响因素仿真研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0538
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项基金资助(XK1802-4)。
详细信息
    作者简介:

    白雪皎(1997-),北京化工大学硕士研究生,研究方向:控制科学与工程,邮箱:1623301826@qq.com

    通讯作者:

    祝海江(1971-),北京化工大学教授,研究方向:信号检测与处理、机器视觉等,邮箱:zhuhj@mail.buct.edu.cn

Simulation-based Study on Factors Affecting Ultrasonic Thickness Measurements of High Temperature Pipelines

  • 摘要: 针对石化行业中在高温工作状态下的管道测厚问题,本文研究了超声波高温管道测厚方法中的一些影响因素,并实现了一套高温管道超声波测厚的仿真系统。实验中讨论了不同厚度、不同材料、不同噪声水平以及不同温度对超声波管道测厚结果的影响。此外,比较了不同测厚方法对管道厚度测量的影响。实验结果表明,该系统能够较好的模拟高温超声波测厚系统,能够实现高温管道厚度的测量。
  • 图  1  单探头测厚结构模型示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of single probe thickness measurement structure model

    图  2  双探头测厚结构模型示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of dual probe thickness measurement structure model

    图  3  高温管道测厚装置模型示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of high temperature pipe thickness measuring device model

    图  4  受到随机噪声干扰的脉冲回波信号与理想脉冲回波信号对比图

    Figure  4.  Comparison of a pulse echo signal interfered by random noise and an ideal pulse echo signal

    图  5  滤波处理后的波形和未滤波处理的波形对比图

    Figure  5.  A comparison of the filtered and unfiltered waveforms

    图  6  高温情况和0°C下脉冲回波波形对比图

    Figure  6.  Comparison of the pulse echo waveforms at a high temperature and at 0°C

    图  7  高温管道测厚模拟系统

    Figure  7.  High temperature pipe thickness measurement simulation system

    表  1  单探头测量时不同厚度钢管的测量结果

    Table  1.   The measurement results of steel plate with different thickness when measured by a single probe

    钢管厚度(cm)测量结果(cm)相对误差(%)
    0.250.25190.76
    0.480.48130.27
    0.830.83170.20
    1.151.15070.06
    下载: 导出CSV

    表  2  双探头测量时不同厚度钢管的测量结果

    Table  2.   The measurement results of steel plate with different thickness when measured by a dual probe

    钢板厚度(cm)测量结果(cm)相对误差(%)
    0.250.25190.76
    0.480.48130.27
    0.830.83170.20
    1.151.15380.46
    下载: 导出CSV

    表  3  单探头测量时不同材料的测量结果

    Table  3.   Measurement results of different materials with a single probe

    不同声速材料(m/s)测量厚度(cm)相对误差(%)
    15060.83210.25
    32300.83170.20
    43770.83160.19
    63050.83540.65
    下载: 导出CSV

    表  4  双探头测量时不同材料的测量结果

    Table  4.   Measurement results of different materials with a dual probe

    不同声速材料(m/s)测量厚度(cm)相对误差(%)
    15060.83140.17
    32300.83220.26
    43770.83010.01
    63050.83540.65
    下载: 导出CSV

    表  5  单探头测量时不同噪声水平的测量结果

    Table  5.   Measurement results of different noise levels with a single probe

    噪声水平测量结果(cm)相对误差(%)
    0.10.78160.21
    0.20.78160.21
    0.30.78320.41
    0.40.78060.08
    0.50.78320.41
    下载: 导出CSV

    表  6  双探头测量时不同噪声水平的测量结果

    Table  6.   Measurement results of different noise levels with a dual probe

    噪声水平测量结果(cm)相对误差(%)
    0.10.78040.05
    0.20.78040.05
    0.30.78320.41
    0.40.78040.05
    0.50.78320.41
    下载: 导出CSV

    表  7  单探头测量时不同温度下的厚度测量结果

    Table  7.   Measurement results of thickness at different temperatures with a single probe

    温度(℃)测量厚度(cm)相对误差(%)校正厚度(cm)相对误差(%)
    1000.84792.160.83260.31
    3000.87215.070.82500.60
    4500.88827.010.81631.65
    6000.91259.930.81401.92
    下载: 导出CSV

    表  8  双探头测量时不同温度下的厚度测量结果

    Table  8.   Measurement results of thickness at different temperatures with a dual probe

    温度(℃)测量厚度(cm)相对误差(%)校正厚度(cm)相对误差(%)
    1000.84271.530.82750.30
    3000.86724.770.82031.16
    4500.88817.000.81621.66
    6000.91269.850.81401.92
    下载: 导出CSV
  • [1] 朱文胜, 张东阳, 高磊, 等. 炼厂易腐蚀管线高温测厚技术的研究及应用[J]. 管道技术与设备, 2006(3): 33-36. doi: 10.3969/j.issn.1004-9614.2006.03.014
    [2] 沈功田. 中国无损检测与评价技术的进展[J]. 无损检测, 2008(11): 787-793.
    [3] 吴时红, 何双起, 陈颖, 等. 金属薄板超声无损检测[J]. 宇航材料工艺, 2007(6): 124-126. doi: 10.3969/j.issn.1007-2330.2007.06.031
    [4] 林敏, 黄劼, 甘芳吉, 等. 基于特征点的在线超声波测厚系统性能诊断[J]. 无损检测, 2019, 41(5): 56-60. doi: 10.11973/wsjc201905013
    [5] 王相豪. 电磁超声测厚系统的设计与实现[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2018.
    [6] Janez R, Grosse Christian U. Thickness Measurement via Local Ultrasonic Resonance Spectroscopy[J]. Ultrasonics, 2020(109): 10621.
    [7] C. Fei, T. Zhao, J. Zhang, et al. 0.36BiScO3-0.64PbTiO3 piezoelectric ceramics for high temperature ultrasonic transducer applications[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018(743): 365-371.
    [8] L. Yang, F. Gao, S. Gao. The application of buffer rod in high temperature pipeline corrosion ultrasonic monitoring[C]. Proceedings of 2014 International Conference on Industrial Electronics and Engineering(ICIEE 2014). Hong Kong, 2014: 27-35.
    [9] 朱明, 袁易全. 一种新颖高温超声测厚实验系统研究(Ⅱ)—测控系统与信号处理技术[J]. 计量学报, 2001, 22(3): 5.
    [10] 江航成, 林明星, 李杭, 等. 超声波燃气表流场扰动影响测试方法研讨[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(12): 40-44. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0138
    [11] 江泽涛. 温度对超声波波速及应力测量的影响[J]. 无损检测, 1999(6): 245-248.
    [12] 王辉, 刘丁发, 张强. 计量核查技术在气体超声计量系统性能评价中的应用[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(4): 68-73,77.
    [13] P. Ngamsup, A. Prateepasen, M. Noipitak. Factors Affected on the Deviation of the Thickness Measurement by Using Ultrasonic Wave[C]. Proceedings of 2015 International Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE 2015). HongKong, 2015: 169-172.
    [14] 吴燕康. 基于超声波的高精度管道流体温度快速测量方法的研究[D]. 杭州: 中国计量大学, 2018.
    [15] 嵇杉. 超声波测厚技术在压力管道管件壁厚测量中的问题研究[J]. 化工安全与环境, 2019, 49(20): 14-15.
    [16] 王志伟, 高斌, 肖湘. 输油管道自校正超声波在线监测系统[J]. 无损检测, 2021, 43(1): 34-38. doi: 10.11973/wsjc202101009
    [17] 张伟星, 李建民, 薛鹏飞, 等. 细管道中流速的超声相关法测量[J]. 声学技术, 2021, 40(1): 64-70.
    [18] 李云飞, 杨效龙, 张飞, 等. 管道检测用圆弧形复合超声波振子设计[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(3): 34-39.
  • 加载中
图(7) / 表(8)
计量
  • 文章访问数:  393
  • HTML全文浏览量:  160
  • PDF下载量:  30
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 网络出版日期:  2021-12-29
  • 刊出日期:  2022-02-18

目录

    /

    返回文章
    返回