一种管道测温温度修正方法
本发明涉及温度测量，具体是一种管道测温温度修正方法。
背景技术：
1、目前，温度测量通常采用两种方法。其中一种是非接触式测温，该方法常见的有光学温度计、辐射温度计和红外测温仪等，无需接触被测物体即可进行温度测量。另一种是接触式测温，需要人工将温度传感器的敏感元件与被测对象直接接触，利用热传导的方式达到热平衡状态，从而测量被测对象的实际温度的方法。
2、为了保证地下管道正常运作，防止由于管道内外温度过高导致各种故障，因此测量管道的实际温度显得非常重要。
3、在对管道内表面温度进行测量时，上述非接触测温虽然无需将传感器紧贴被测管道表面，但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大，不适用于管道检测，而接触式测温中的温度传输方案，由于管道内外环境非常复杂，测温装置所测量温度容易受环境温度干扰，难以得到管道的真实温度变化情况，同时管道内部环境较为恶劣，测温装置长期在恶劣环境中容易被腐蚀和氧化并造成老化失效，因此受环境因素干扰，难以直接在里面布置传感器，其实用性和有效性受到很大影响。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种管道测温温度修正方法，在对管道内壁进行测温时，采用温度修正技术，以消除外界环境对温度的影响，从而提高测算出管道内表面的温度测量结果的准确性和稳定性。
2、本发明的技术方案是：
3、一种管道测温温度修正方法，包括以下步骤：
4、获取管道外表面测温点随时间步长变化的第一测温阵列数据{to1}，获取管道内表面测温点随时间步长变化的第二测温阵列数据{ti1}；
5、构建待测管道的热物理模型，计算测温阵列数据随时间步长变化的第一导数，获得如式(1)所示的管道内外表面关系的能量平衡方程，
6、
7、其中，为测量得到的管道内外表面温度阵列数据的差值，为测量管道外表面温度阵列数据随时间变化的导数，α、β和γ均为方程中的未知系数；
8、将第一测温阵列数据{to1}和第二测温阵列数据{ti1}代入上述能量平衡方程中，求取方程中的未知系数，获得完整的能量平衡方程；
9、获取管道外表面测温点随时间步长变化的第三测温阵列数据{to2}，获取管道内表面测温点随时间步长变化的第四温度阵列数据{ti2}；
10、将第三测温阵列数据{to2}代入上述获得完整的能量平衡方程中，计算管道外表面测温阵列数据随时间步长变化的第二导数，重新构建出管道内表面测温点随时间步长变化的温度阵列数据{t重构}；
11、将重新构建出管道内表面测温点随时间步长变化的温度阵列数据{t重构}与获取的第四温度阵列数据{ti2}进行误差对比计算。
12、优选的，所述计算温度导数包括以下步骤：
13、通过使用包含2de+1个数据移动窗口的多项式拟合来估计时间步长为q的真实值并过滤噪声数据，其中de为多项式中的数据，则有ee阶的多项式f(t)：
14、
15、通过最小二乘法获取其系数ai，通过过滤时间步长的温度导数，则有：
16、
17、式中，ttc为热电偶测量的温度。
18、优选的，获得所述未知系数α的方法包括以下步骤：
19、统计从温度测量点到热电偶热结处的热流率，从而得到热电偶的响应信号，基于热电偶的响应信号，获得热电偶测量的管道温度；
20、基于热电偶测量的管道温度信息，获得热电偶的热容信息，利用最小二乘法获得响应时间的特征值，该特征值即为α。
21、优选的，在管道测量中采用下式计算响应时间的特征值α：
22、
23、式中，t0为在t＝0处的热电偶测量值，ts为热电偶实时测量值，tp为测量的特定点p处的温度。
24、优选的，获得所述未知系数β和γ的方法包括以下步骤：
25、统计各测温点的温度变化信息，通过一个标定校准的过程来估计这些参数，得到先验的两个热电偶响应；
26、基于先验的两个热电偶响应，并使用两个不同的热输入序列进行校准步骤，以估计β和γ参数。
27、优选的，重新构建出管道内表面测温点随时间步长变化的温度阵列数据{t重构}包括以下步骤：
28、将第一测温阵列数据{to1}和第二测温阵列数据{ti1}代入所述能量平衡方程中，则有：
29、
30、将时间样本数量q下的温度阵列数据代入上式，得到式(2)：
31、z＝d1c (2)
32、其中，
33、z为未知系数矩阵，
34、c为热电偶测量得到的管道外表面和管道内表面的温度实验数据差值，
35、d1为第一逆矩阵，
36、将第三测温阵列数据{to2}代入式(3)中重新构建出管道内表面测温点随时间步长变化的温度阵列数据{t重构}：
37、
38、其中：
39、z为未知系数矩阵，z＝d1c
40、d2为第二逆矩阵，
41、优选的，所述管道测温温度修正方法采用以下管道测温装置实现，所述管道测温装置包括罩体、热电偶温度探头和屏蔽壳体；所述罩体包括环形挡圈以及连接在环形挡圈一端的密封部，环形挡圈的另一端端面上设有与待检测管道外壁形状相匹配的弧形安装面，所述罩体用于密闭贴合固定在待检测管道的外表面；热电偶温度探头设置在所述罩体内，且固定在所述密封部的中心处，所述热电偶温度探头的测量端部与待检测管道的外表面接触，用于采集管道表面温度；屏蔽壳体设置在所述罩体上，且通过固定支架与所述罩体上密封部的背侧连接，所述屏蔽壳体内部装有温度修正处理模块，温度修正处理模块与所述热电偶温度探头电连接，用于对热电偶温度探头所采集的温度数据进行修正处理。
42、优选的，所述罩体内设有密封套圈，所述密封套圈套设在所述热电偶温度探头的外侧，且与罩体的密封部固定，用于对热电偶温度探头进行防护。
43、优选的，所述罩体为防腐绝缘材质制成。
44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
45、1、本发明在对管道内外壁进行测温时，采用基于逆热传导的温度修正方法，通过安装于管道外表面快响应时间的热电偶信号来修正管道内表面慢响应时间的热电偶信号，来对管道测温进行修正，减小外界环境对温度的影响，提高测量结果的准确性和稳定性。
46、2、本发明只需在管道外部通过测温装置测量来管道外表面的温度就能获得管道内表面的温度，无需在管道内部安装测温装置，从而避免管道内部安装测温装置存在受环境因素干扰失效的问题出现。
47、3、通过在罩体罩口处设置的弧形安装面来贴合安装在待检测管道表面，通过设置的密封套圈设计避免了管道表面温度探头与周围环境的直接接触，减小外界环境对温度测量结果的影响。
技术特征：
1.一种管道测温温度修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，所述管道外表面温度阵列数据随时间变化的第一导数包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，获得所述未知系数α的方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，在管道测量中采用下式计算响应时间的特征值α：
5.根据权利要求4所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，获得所述未知系数β和γ的方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，重新构建管道内表面测温点随时间步长变化的温度阵列数据{t重构}，包括以下步骤：
7.根据权利要求1-6任一项所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，基于管道测温装置实现，所述管道测温装置包括：
8.根据权利要求7所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，所述罩体(31)内设有密封套圈(5)，所述密封套圈(5)套设在所述热电偶温度探头(4)的外侧，且与罩体(31)的密封部固定，用于对热电偶温度探头(4)进行防护。
9.根据权利要求7所述的管道测温温度修正方法，其特征在于，所述罩体(31)为防腐绝缘材质制成。
技术总结
本发明公开了一种管道测温温度修正方法，包括以下步骤，进行标定实验，在管道的外内表面分别获取第一测温阵列数据和第二测温阵列数据；构建待测管道的热物理模型，计算第一温度导数，获得管道内外表面关系的能量平衡方程；将第一测温阵列数据和第二测温阵列数据代到能量平衡方程中，获得完整的能量平衡方程；进行验证实验，在管道的外内表面分别获取第三测温阵列数据和第四温度阵列数据；将第三测温阵列数据代入完整的能量平衡方程中，重新构建管道内表面温度阵列数据并计算第二温度导数；将重新构建的温度阵列数据与第四温度阵列数据对比进行误差计算。本发明采用逆热传导的温度修正方法，对管道测温进行修正，以提高测量结果的准确性和稳定性。
技术研发人员：杨杭洲,韩霖,辛国国,南朋玉,赵雄,金可臻,魏翔宇,闫梦媛,刘禹豪,范丹,王丹,冀海丽
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23