礦用管道流量及風速傳感器標校裝置的研發(fā)

摘要：礦井管道流量及風速傳感器在使用過程中出現(xiàn)失準現(xiàn)象，無法在煤礦企業(yè)自身進行標校操作。我們自行研發(fā)的礦用管 道流量及風速傳感器標校裝置是根據(jù)風硐原理來進行實現(xiàn)的，具體由內(nèi)徑為 250mm標準管件、穩(wěn)壓電源、變頻器、調(diào)速風機、 支架等幾部分組成。該裝置實現(xiàn)了對管道流量及風速傳感器的標校工作，并且標校后的傳感器測量誤差滿足井下現(xiàn)場測量需 要。

關(guān)鍵詞：管道流量；風速傳感器；研發(fā)

中圖分類號：TD72 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）06-0029-01

目前，礦井管道流量及風速傳感器在使用過程中出現(xiàn)失準現(xiàn)象，

無法在煤礦企業(yè)自身進行標校操作，只能進行返廠重新維修、標校，

整個過程時間較長，造成傳感器備用量緊張而且產(chǎn)生相當大的維修

費用。而我們研發(fā)的礦用管道流量及風速傳感器標校裝置在地面試

驗車間模擬出簡易風硐環(huán)境，實現(xiàn)了對管道流量及風速傳感器的標

校工作，并且標校后的傳感器測量誤差滿足井下現(xiàn)場測量需要。

1 實施方案

1.1結(jié)構(gòu)組成

標校裝置由內(nèi)徑為 250mm 標準管件、穩(wěn)壓電源、變頻器、調(diào)速

風機、支架等幾部分組成，如下圖1 所示。

在進行標校時，需配用畢托管、精密氣壓表、風扇濕度計等儀

器。按照設(shè)計圖連接好管件和設(shè)備。 1.2設(shè)計原理

標校裝置的設(shè)計是根據(jù)風硐原理來進行實現(xiàn)的，當風機在一定 的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，管道中測試段將產(chǎn)生穩(wěn)定的速壓，測點速壓 值通過安設(shè)在管道中的畢托管接受全壓和靜壓，傳遞給補償式微壓 計后進行讀數(shù)獲得（H 速=H 全—H 靜），而速壓與風速成正比

，通過變頻器控制，改變風機的轉(zhuǎn)速， 以實現(xiàn)測試段速壓、風速值大小的變化。

1.3空氣密度

因空氣密度主要與當?shù)卮髿鈮毫?、溫度及濕度有關(guān)，只有在夏

天或冬天季節(jié)變化較大時，才會出現(xiàn)很小波動，一般情況下是比較 穩(wěn)定。根據(jù)我們的推算，標校裝置測量點在夏季空氣密度是 1.18 kg/ m3，冬季空氣密度是1.22kg/ m3 。

1.4 風速經(jīng)驗公式

根據(jù)管道中空氣流動動力學原理，將空氣密度及補償式微壓計

測量讀值代入風速計算公式即可得到標 校點的風速經(jīng)驗公式： （式中：V—流速，m/s ；H 速—速壓（補償式微壓計測量讀值）， Pa；C—畢托管系數(shù)， NPL 標準畢托管，C=0.998；ρ—標校點氣體 密度，kg/m3；補償式微壓計測量讀數(shù)時 H 速的單位是 mmH2O，代入 公式前要進行單位轉(zhuǎn)變（1mmH2O=9.8Pa）。）

1.5 管道流量

代入流量計算公式：Q=60KVS，能夠計算出管道的平均流量。 式中：Q—測點對應(yīng)的流量，m3/min；K—流場分布系數(shù)（取

K=0.95）；V—流速，m/s ；S—管道斷面積，m2；本裝置測量段斷面 積是0.049 m2 。

2 實際運用

2.1 將標校裝置的風速測值與新出廠風速傳感器的測值進行實

際比較

將風速傳感器受壓部分由傳感器插孔置入管道中；將畢托管由畢托管插孔垂直插入管道中，其插入深度與傳感器插入深度相同， 并保證畢托管壓力接受頭與管道軸線平行且正迎風流方向，畢托管 的（“+”、“—”）兩個管角通過兩根連接膠管分別與已調(diào)校好的補償 微壓計的（“+”、“—”）兩個接口相連接。

啟動風機，穩(wěn)定后，管道中產(chǎn)生穩(wěn)定的風流，當補償式計受壓 穩(wěn)定后，進行讀值，記錄在表格中，依次將變頻器旋轉(zhuǎn)到各頻率值， 記錄標準風速傳感器顯示值與補償式微壓計測量讀數(shù)

通過數(shù)據(jù)對比，可以得出標校裝置測量出的風速值與新風速傳 感器的顯示值誤差在5%左右，符合行業(yè)技術(shù)要求。

2.2 將標校裝置的流量測值與新光力管道流量傳感器的測值進 行實際比較

與測量風速傳感器一樣，將光力管道流量傳感器插孔置入管道 中；畢托管垂直插入畢托管插孔管道中，其插入深度與傳感器插入 深度相同。

啟動風機，穩(wěn)定后，管道中產(chǎn)生穩(wěn)定的風流，當補償式計受壓 穩(wěn)定后，進行讀值，記錄在表格中，依次將變頻器旋轉(zhuǎn)到各頻率值， 記錄標準管道流量傳感器顯示值與補償式微壓計測量讀數(shù)。

通過數(shù)據(jù)對比，可以得出標校裝置測量出的管道流量值與新光 力管道流量傳感器顯示值誤差在5%左右，符合行業(yè)技術(shù)要求。并且， 綜合表 1 和標數(shù)據(jù)，可以看出變頻器數(shù)值、風速、流量符合線性關(guān) 系，如圖2 所示。

2.3 對待檢的管道流量、風速傳感器進行實際標校

2.3.1 風速傳感器的標校

將風速傳感器安置于管道中測點位，接通傳感器電源，待其顯

示值穩(wěn)定后，啟動調(diào)整風機，當管道中風流穩(wěn)定，補償式微壓計讀 值穩(wěn)定，觀察傳感器的風速的顯示值，以表 1 中流速值為標值，用 傳感器遙控器操作，使傳感器進入標校狀態(tài)，在標校頁面中，以修 正傳感器的顯示值。按上述方法，依次將調(diào)速風機開關(guān)旋轉(zhuǎn)到各檔 位，完成不同風速值時，傳感器的顯示值的修正，完成后，退出傳 感器標校頁面，關(guān)閉傳感器電源，從裝置中取出傳感器，關(guān)閉裝置 風機電源。

2.3.2 管道流量傳感器的標校

壓差式管道流量傳感器、循環(huán)自激式管道流量傳感器的標校方

法與風速傳感器標校方法相同，用裝置測得的標準流量值，修正傳 感器測量顯示值，即可完成管道流量傳感器的標校，分別演示了標 校壓差式管道流量傳感器以及光力循環(huán)自激式管道流量傳感器的情 形。對于旋進旋渦滿管式流量計標校時，在應(yīng)用公式④式時，取 K=0.95，計算得到管路中的平均流量，以平均流量為標值，修正流 量計顯示值，即可完成旋進旋渦滿管式流量計標校。

3 分析總結(jié)

此次研發(fā)的管道流量、風速傳感器標校裝置利用平常的材料自

制加工，充分利用風硐原理，實現(xiàn)了煤礦現(xiàn)場獨立標校多類型風速 及管道流量傳感器的需求，節(jié)省了原標校所需用的時間和資金。同 時，通過自主創(chuàng)新也為礦井的降本增效工作作出積極貢獻。

個人簡介：楊傳清（1983.5--），男，山東德州市人，畢業(yè)院校 于黑龍江科技學院，研究方向為安全監(jiān)測監(jiān)控。