2014年第12期
仪表技术与传赢器 Instrument Technique and Sensor
基于TDC-GP21芯片的超声波管道腐蚀监测技术
杨理践，高飞，高松巍
（沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳
110870）
2014 No.12
摘要：针对在役化工金属管道因扇蚀而产生管壁减萍的现象，研究了超声波扇蚀检测技术，实现管道扁蚀的定点周期性监测。基于超声波脉冲反射法测厚原理，提出了超声波管道蚀监测系统其体的设计方策。采用高速电压比较器结合时间数字转换芯片TDC-CP21构成数据处理单元，实现管道壁厚的高精度测量。采用滞国式电压比较电路，输出信号的上升沿陡响、噪声小；时间测量电路输出的时间测量值由LCD液晶屏显示，分辨率为0.0001μ8；计算分析得出，管道厚度测量平均误差小于1%；系统多次测量的重复性较好。
关键词：扁蚀监测；回波信号；超声波测厚；高速比较器；TDC-GP21；时间测量
中图分类号：TG115.28
文献标识码：A
文章编号：10021841(2014)12009104
UltrasonicPipelineCorrosionMonitoringTechnologyBased onTDC-GP21Chip
YANG Li-jian,GAO Fei,GAO Song-wei
(School of Information Science and Engineering,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110870, China)
Abstract : In tem of the thinning phenomenon of in-service chemical metal pipelines wall due to corrosion,to realize the fixed-point periodic monitoring of pipeline corrosion,the system of ultrasonic corrosion monitoring was studied. Based on the principle of ultrasonic thickness measurement,the concrete design plan was proposed. To realize high-precision measurement of pipe wall thick-ness ,high-speed voltage comparator combined with timedigital converter chip TDC-CP21 was used to constitute data processing u-nit, The hysteresis-type voltage comparator circuit was used, so the rising edge of the output signal was abrupt and of low noise; Time measurement output by time measuring circuit was displayed by LCD and the resolution ratio was O. 000 1 μs. Calculation and analysis prove that the average measurement error of the thickness is less than 1% and the system's repeatability of repeated meas-uring is excellent.
Key words: corrosion monitoring; echo signal ; ultrasonic thickness ; high-speed comparator; TDC-GP21 ; time measurement
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引言
在工业化工企业中，管道腐蚀间题对企业的安全运行起到了至关重要的作用。由于化工管道长期工作在高温、高压的作业环境内，并且管道载流的工业原料具有强腐蚀性，使得输运管道有着高温操作、易腐蚀、运行风险高等特点(1-2]。为了确保生产作业的安全连续性，防止事故的发生，研究有效、高精度的管道腐蚀技术变得越来越重要。
目前，对腐蚀检测的方法主要有挂片检测法、超声波检测法、线性极化法、电阻电极法、检测法等多种检测法(3)。对于在役管道的在线监测主要以超声测厚、电阻电极和射线检测方法为主[4]。超声波检测技术由于其测量准确、使用方便、声波的方向性好等优点，被广泛应用于各行各业。由于管道内壁长期受到载流体的冲剧和摩擦，使得管道壁出现了腐蚀减薄现象。系统采用的超声波定点测厚法是属蚀监测的重要方法之一，通过对管道壁厚进行定期的在线测量来实现离蚀的监测，防止离蚀导致的工业事故的发生(3)。为了能够准确获得管道腐蚀变化的信息，提高监测系统的测量精度，降低成本，主要研究基于高精度时间转换芯片TDC-GP21的超声波腐蚀监测系统的方案
基金项目：国家自然科学基金（60927004,61141004）；十二五国家科技部支撑计划资助项目（2011BAK06B01-03）
收稿日期：2013-1221收修改稿日期：201407-03
设计。通过实验，应用标准试块CSK-1对腐蚀监测系统进行了精度校验。
超声波管道腐蚀监测原理
1.1
腐蚀监测系统工作原理
由于化工原材料的高腐蚀、高污染特性，加上流体运动的
特征，使得液体原料经过管道弯头、三通等部位时对其进行了高速的冲刷，这些重点部位腐蚀程度大幅上升。对于这些特殊位置，选用超声波脉冲定点测厚方法来进行离蚀在线监测，管道腐蚀监测工作原理如图1所示。
超声探买被检管道
监测仅
操作室
图1
1.2超声波测厚原理
管道蚀监测工作原理
管道腐蚀后产生壁厚减薄现象，这些问题将导致管道破损失效，通过对壁厚的监测，将防止安全事故的发生。超声波测厚法将有效监测管道腐蚀，超声腐蚀监测原理如图2所示。