浆体输送压力测试系统研究

张家龙

（铜陵有色金属集团， 安徽 铜陵市 244000）

进入工业社会以来，随着人类城镇化的发展和对环境保护的日益重视，矿体开采后充填成为必然，混凝土等浆体的使用越来越广泛［1－2］。浆体在管道输送过程中，随着距离的增加和浓度的提高，压力损失也就越大，为了保证浆体的正常输送，就必须时时监测管道压力，并进行必要的调整。浆体输送压力测试系统正是基于此背景而开发的［3－6］。

1 测试系统的工作原理

浆体输送压力测试系统通过测量泵压，弯管段、直管段各取样点的压差、流量和温度来分析浆体在整个管道各个位置的压力。各个传感器的数据通过采集卡串口传送到计算机，计算机配置“实验室浆体输送泵管道压差监测系统”软件，实现对实验数据的采集和分析以及打印输出。

传感器负责数据的采集，其性能直接影响着整个系统的性能，因此传感器的选择十分重要。

考虑水泥浆容易堵塞，压力传感器采用平膜片不锈钢结构形式，避免了由于引压孔堵塞而使传感器失效的情况，测量精度也能得到保证。同时要对取压点压差精确测量，系统采用远传型大膜片压差传感器，既避免了堵塞，同时达到高精度的测量效果。

2 测试系统的组成

浆体管道输送压力测试系统的设计，无论是仪表设备和软件研发，还是在系统管理方面都遵循以下基本原则：

（1）安全可靠性；

（2）实用性；

（3）可扩充性；

（4）可维护性；

（5）适用性。

系统主要由计算机、数据采集卡、压差传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器、水泥输送泵、输送管道、测试工作台等组成，如图1、图2所示。

图1 压力测试系统的结构组成

3 测试系统的功能及程序

数据的处理系统主要包括采集卡的读取存贮软件、格式转换软件和MATLAB软件。

（1）主要功能：通过计算机串行口采集仪表测量数据并实时显示、存储，对存储数据进行曲线分析、曲线打印、趋势浏览、报表生成、报表编辑、报表打印、转化生成TXT、EXCEL文件等，对使用者的技能要求极低，无需组态编程［7－8］。

（2）通讯速率：0.01～10Hz，可以设置。

（3）存盘周期：0.1～60s，可以设置，自动校准定时误差。

（4）报表列组合：可以自由设置，具有最大／最小／平均值统计功能。

（5）报表行组合：可以自由设置，包括开始时间／结束时间／每行时间间隔，按设置精确筛选数据。

（6）曲线组合：可以自由设置。

图2 压力测试系统的硬件组成

（7）曲线横轴／纵轴范围：可以自由设置，横轴能精确分辨到0.1s，实时曲线／历史曲线均可，查询便捷。

（8）“曲线分析”：对采集卡的数据先进行格式转换，然后在MATLAB中进行数据处理。主要程序如下：

A＝load（＇d：＼＊＊＊.txt＇）； %将采集数据装入矩阵A

A（：，1）＝［］； %删除矩阵 A的第一列元素

A＝B； %形成新矩阵

B＝A（：，1）； %取出矩阵 A的第一列元素存入矩阵B

C＝B＊1000／5000； %将电压量转化为压差存入矩阵C中

北京市政府有关负责人表示,相关部门也将在充分调研、集体会商的基础上,对意见建议逐条分析梳理,逐条推进落实。

A（：，1）＝C； %用压差替代电压量

B＝A（：，2）； %取出矩阵 A的第二列元素存入矩阵B

C＝B＊1000／5000； %将测试电压量转化为取样点距离存入矩阵C中

A（：，2）＝C； %用距离替代测量电压量

B＝A（：，3）； %取出矩阵 A的第三列元素存入矩阵B

C＝B＊500／5500； %将测试电压量转化为取样点距离入矩阵C中

A（：，3）＝C； %用距离替代测量电压量

B＝A（：，4）； %取出矩阵 A的第三列元素存入矩阵B

C＝B＊500／5500； %将测试电压量转化为取样点距离入矩阵C中

A（：，4）＝C； %用距离替代测量电压量

xlabel（＇KPa／N＇）； %设置x坐标轴

ylabel（＇MM＇）； %设置y坐标轴

4 系统分析及应注意的问题

该系统采用三路压差计和一路压力计，可以很准确地得出管道各个点的实际压力；通过对比不同距离压差的变化，分析出浆体的压力变化规律，进而得出实验结果与设计结果存在的差异，但曲线的形状基本符合设计要求，说明该测试系统基本上是成功的。

测试系统同时还加入了温度计来检测整个管道系统压力的变化，观察温度因素对压力差的影响，从而使整个系统更加可靠。该系统作为一个开放系统，具有很好的扩展功能，可以方便地加入不同的传感器和其他功能模块，适应多种现场工况。当然，此系统还处在试验阶段，有很多值得改进和改善的地方。

传感器安装位置和安装方式的选择，对系统的性能也有很大的影响，传感器的正确安装，可以减小测量误差，提高测试精度。

（1）首先在输送管道上找好取样点，取样点的位置取在管道中下部，以免非满管时无法测量压力。

（2）选好取样点后用手电钻机等钻孔，孔径为12～13mm。

（3）钻好引压孔后，将加工好的传感器转接头焊接在输送管道上，焊接可使用氩氟焊、电焊、氧焊等工艺。焊接后检查焊接处是否合格。

（4）使用扳手等工具将传感器安装到转接头上。

（5）拧开传感器外壳，将信号电缆线安装好，连接到采集卡的取样点。

（6）将采集卡连接到电脑，采集卡可选择USB型或PCI型。

（7）再次检查连接线和电源线是否正确联接。

（8）打开电脑监测软件，对设备通电试运行，如发现泄漏或不能采集信号等情况，应断电重新检查安装。

由于测量介质为水泥浆，水泥浆干涸凝结应力很大，会使感压膜片变形而损坏，当次测试完后，要立即卸下传感器并清洗干净以备下次使用。

［1］ 张 磊，吕宪俊，金子桥.粉煤灰在矿山胶结充填中应用的研究现状［J］.矿业研究与开发，2011，31（4）：22－25，129.

［2］ 王新民，张钦礼.新桥硫铁矿胶结充填材料物化性能分析及充填配比试验报告［R］.长沙：中南工业大学，1999.

［3］ 王新民.康家湾矿人工火山灰质材料全尾砂胶结充填性能及配比试验报告［R］.长沙：中南大学，2001.

［4］ 胡家国，古德生，王新民.水泥－粉煤灰－尾砂胶结充填料配比优化及特性研究［J］.矿冶，2003，12（4）.

［5］ 王新民，等.深井矿山充填理论与技术［M］.长沙：中南大学出版社，2005.

［6］ Richard A.Johnson.概率论与数理统计（第七版）［M］.章栋恩改编.北京：电子工业出版社，2005.

［7］ 王沫然.MATLAB与科学计算［M］.北京：电子工业出版社，2003.

［8］ 王美石，陈祥光.多元线性回归方法在油田产量预测中的应用［J］.油气田地面工程，2004，23（11）.