皮托管与机械风表测风法在现实中的运用与分析 召 伟 （国投新集板集煤矿通风区 摘要：瓦斯治理规定的“十二字”方针要求：“先抽后采、监测监 控、以风定产”，由此可见，通风在矿井生产中处于一个非常重要的环 节，影响各个工作地点的施工进度；为保证通风系统的合理化，各个 地点的风量测定工作就显得尤为重要；本文重点分析与讨论皮托管 测风法与机械风表测风法在风量测定中的运用。 关键词：皮托管机械风表测风法 ０引言 皮托管又称空速管、毕托管，是测量流体点速度的装 置：矿井测定风量所常用的是Ｌ型皮托管，是一个弯成直 角的金属管，直角的一端为测头，测头的顶部是总压孔，侧 面是静压孔，另一端是支杆，在支杆的末端是定向杆，通过 软胶皮管同时将静压和全压的定向杆与微压计相连读取 压差的方式进行流速测量，其校准系数ｏｃ一般为 ０．９９—１．Ｏ１，是目前最完善的一种皮托管。而机械风表主要 由翼轮、蜗轮、蜗轮轴、计数器、指示针、回零闸压杆、离合 闸、护壳、提环、底座等部件构成，按测量范围分为高速风 表、中速风表和低速风表三种，通过叶轮旋转带动计数器 的指针转动的方式来测量风量，是测量矿井风流平均速度 的仪表。 根据《煤矿安全规程》第一百零五条规定：矿井必须建 立测风制度，每十天进行一次全面测风。对采掘工作面和 其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果 应记录并写在测风地点的记录牌上。因此，合理选择测风 方法是安全生产的保障。 １皮托管测风法 １．１测风原理 皮托管测风法的工作原理是根据伯努利方程，通过压 差确定流场中某处的流速，由流速与面积的乘积计算出流 量。计算公式如下：Ｐ—Ｐ。＝ ／ ｐ Ｖ ，（式中：Ｐ——所测点风流 全压，Ｐ厂所测点风流静压，ｐ——空气密度，Ｖ——所 测点风流速度），由此可以推出测点的流速：Ｖ＝ 、／２（Ｐ—Ｐ０）／Ｐ＝、／２△Ｐ／ｐ，△Ｐ为全压与静压之差，可 以通过连接皮托管的微压计读出：考虑到全压与静压的测 量误差，利用他们的测量读数进行流速计算时，应做适当 的修正，其校；隹系数Ｏ（一般为０．９９～１．０１，即可得出修正 后测点的流速Ｖ＿－０Ｃ、／２ＡＰ／ｐ，因同一断面上速度场发 布均匀，根据断面的大小不同，采用等面积环法，沿水平方 向在每个面积环的面积平分线上布置测点（点数ｎ根据面 积决定），各测点至圆心距离Ｒｉ通过下式计算：Ｒｉ＝Ｄ ￣／（２ｉ－１）／８ｎ式中：ｉ一从中心算起等面积环的编号，ｎ一圆 环数，Ｄ一断面直径；分别测定Ｒｉ处的风速Ｖ，求取ｎ个测 点风速的平均值Ｖ。，带入风量计算公式：Ｑ＝Ｖ。×Ｓ，Ｓ为测 量处断面面积：即可得出测量地点的风量。 １．２影响风量测定精度的因素 皮托管测风法主要运用于风筒内风量的测点，因此， 在测定的过程中，主要的影响因素包括： １．２．１气流的压缩性压缩性是指气流在温度发生变 化时，体积也发生变化的特性。通过对压缩性最重要的影 Ⅱ向因素马赫数Ｍａ来衡量（马赫数是指气流速度与当地音 速Ｃ＝３４１ ｍ／ｓ之比），在绝热流动中，速度增大，Ｍａ值也 增大，Ｍａ越大，气流密度变化也越大。当ｖ≤５０ｍ／ｓ时，不 必考虑空气压缩性，当Ｍａ＞０．２５（Ｖ≥８５ｍ／ｓ）时，就必须 考虑压缩性。但是在井筒内测风时，《煤矿安全规程》规定 最大允许风速不超过１ ５米，因此井筒测风可不考虑空气 的压缩性。 １．２．２软胶皮管长短的影响由于胶皮管的选取不同， 有时胶皮管内部比较粗糙，在测量的过程中，会增加风流 的阻力，影响风流的速度，造成在测量风速时微压计的压 差偏小；同时，由于胶皮管的长度不同，在测量的过程中可 能会使胶皮管卷曲，增大测量阻力。所以合理选取胶皮管 及其长度非常有必要，一般取０．３—０ ４米长的优质、光滑 胶皮管为宣。 １．２．３风筒的平直程度用皮托管测风时，测头要伸入 风筒内，并且测头垂直于风筒侧壁并迎着风流方向，根据 皮托管延伸入风筒内测点的计算选择，势必有一个测点靠 近风筒侧壁：如果风筒不平直或采用骨架风筒，在测量风 量时，靠近风筒壁的风流必定产生紊流，直接影口向测风的 数据。 １＿２．４人为因素产生的误差 ①微压计读数误差由于风流在风筒内流动的过程中 存在喘息的现象，因此微压计通过全压与静压产生的压差 存在上下波动，压差时高时低，在读数的过程中，只能估 读，这就造成数据上的明显误差，根据伯努利方程式可以 知道，数据估读造成的误差在５ｍ。左右。 （上接第２２９页） 采用电阻测深仪检测板长。 ９结束语 随着化工业的发展，塑料排水板的质量逐步提高。施 工和运输方便快捷。施工效率和质量较高，成本低廉。但是 塑料排水板也存在几个普遍技术问题：①插板中，由插杆 所形成的孔洞需用沙子填实，砂的综合单价较高，插孔数 量巨大，这样所造成的额外费用比较可观。②插板机在施 工中，多采用振动锤压法，这对灵敏度高的软土而言，扰动 太大。③排水板施工时，需要很长时间的预压，这对工期紧 工程来说受到限制。 参考文献： …人民交通出版社《公路软土地基路基设计与施工技术规范》． 交通部第一勘察设计院主编．１９９６ 【２】人民交通出版社．《公路路基施工技术规范》．中交第一公路工 程局有限公司主编．２００７． 【３】人民交通出版社《公路工程质量检验评定标准》．交通部公路 科学研究所主编．２００４． ２３ｒ］
基于皮托管原理的风速传感器
周海坤
【摘 要】设计了基于皮托管原理的风速传感器,主要围绕皮托管原理测量风速的方法,通过对风压的获得,将微小信号经过放大去噪声转化成可以提取的电信号,结合风速与风压的转换模型获得风速测量数据并通过通讯接口传输出去,电路符合本质安全设计工作稳定性,抗电磁干扰能力更强.
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2018(049)008
【总页数】4页(P99-101,105)
【关键词】矿井通风;风速传感器;皮托管原理;本质安全型;风洞
【作 者】周海坤
【作者单位】煤科集团沈阳研究院有限公司,辽宁抚顺113122
【正文语种】中 文
【中图分类】TD676
《煤矿安全规程》2016版第五百零二条：突出煤层采煤工作面进风巷、掘进工作面进风的分风口必须设置风向传感器。当发生风流逆转时,发出声光报警信号。第五百零三条要求：每一个采区、一翼回风巷及总回风巷的测风站应当设置风速传感器[1]。随着煤矿安全生产意识的提高，煤矿风速传感器在煤矿井下的安全监控系统中的作用显得愈加重要。 目前国内矿用风速传感器多采用超声波涡街原理、热线式、超声波时差法等原理进行风速的测量，以超声波涡街原理为主，但超声波涡街原理对外界电磁和震动干扰等较为敏感，工作稳定性差，皮托管原理的双向风速传感器采用压差压方式测量风速，电路设计简单、可靠，有良好的电磁兼容能力，对提升煤矿井风速风向的监测能力有重大意义。
1 设计方案
设计的双向风速传感器主要由传感器软件和传感器硬件2大部分构成，硬件包括风压取压装置、风速变送模块、信号输出模块、供电模块、主控模块，温度补偿模块6部分构成，软件部分包括数据的采集、滤波算法、曲线拟合等部分构成。传感器设计原理框图如图1。
图1 传感器设计原理框图
目前风速的测量方式主要有机械式，散热率式测量，风压转换式测量、、超声波式测量和激光多普勒测量等方式[2]。目前煤矿多采用超声波式测量方法，由于超声波式测量方法对模拟电路设计要求较高，并且由于超声波信号的自身特点，极易受外界干扰，电磁兼容能力不高；风压转换方式在硬件电路设计上比较简单，风压测试技术比较成熟，抗电磁兼容能力较强，保证了风速测量的稳定可靠。
风速的测试方法
风速测试有平均风速的测试和紊流成分（风的乱流1～150KHz、与变动不同）的测试。测试平均风速的方法有热式、超音波式、叶轮式、及皮拖管式等，下面对这些风速的测定方法做一下说明。
1. 热式风速测试方法
该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。除携带容易方便外，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。热式风速计的素子有使用白金线、电热偶、半导体的，但我公司使用白金卷线。白金线的材质在物质上最稳定。因此，长期安定性、以及在温度补偿方面都具有优势。
2. 超音波式风速测试方法
该方式是测试传送一定距离的超音波时间，因风的影响而使到达时间延迟，由此测试风速。超音波式风速计传感器部较大，在测试部周围，有可能发生紊流，使流动不规则。用途受到限定，普及度低。
3. 叶轮式风速测试方法
该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。用于气象观测等。原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。
4. 皮拖管式风速测试方法
在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。原理比较简单，价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。不是作为风速计，而是作为高速域的风速校正来使用。
风速仪的探头选择
0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。风速仪的热敏式探头用于0至5m/s的精确测量；风速仪的转轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想；而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。正确选择风速仪的流速探头的一个附加标准是温度，通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达+-70˚C，特制风速仪的转轮探头可达350˚C，皮托管用于+350˚C以上。
一、实验目的
1. 掌握风速测量的基本原理和方法。
2. 学会使用数字风向风速表等测量仪器测定风速。
3. 了解风速对环境的影响及其在实际应用中的重要性。
二、实验原理
风速是指单位时间内通过某一截面的空气流动速度。风速的测量通常采用以下方法：
1. 皮托管法：通过测量气流对皮托管产生的压力差来计算风速。
2. 风速仪法：使用数字风向风速表直接测量风速和风向。
3. 超声波风速仪法：利用超声波发射和接收原理测量风速。
本实验采用数字风向风速表进行风速测量。
三、实验仪器
1. 数字风向风速表（XDEI型）
2. 低速风洞（HG-1型）
3. 数字压力风速仪
4. 皮托管探头
5. 数据采集器
四、实验步骤
1. 实验准备：
- 检查实验仪器是否完好，包括数字风向风速表、低速风洞、数字压力风速仪、皮托管探头和数据采集器。
- 熟悉实验原理和仪器操作方法。
2. 风洞运行：
- 启动低速风洞，调节风速至10m/s左右。
3. 连接仪器： - 将皮托管的总压测压软管及静压测压软管和数字压力风速仪对应接口连接。
- 将数字压力风速仪电源打开，按功能键使面板切换到压力和速度显示界面。
4. 测量风速：
- 将皮托管安装在支架上，使总压管开孔方向与来流方向一致。
- 用数字压力风速仪测量试验段出口气流总压和风速。
- 将手持式数字风向风速表的数据采集、处理与显示部件与风速风向感应部件连接，并把感应部件伸到来流中，测定来流速度和来流方向。要求三个风杯处于同一水平面上。
5. 改变风速：
- 改变风洞来流速度，重复步骤4，测定第二组数据。
6. 室外测量：
- 当室外有风时，手持数字风向风速表到室外测定某处风向风速。
7. 实验结束：
- 关闭风洞。
- 关闭实验仪器。
五、实验结果与分析
1. 室内风速测量结果：
| 风速 (m/s) | 总压 (Pa) | 静压 (Pa) | 压差 (Pa) | 风速测量值 (m/s) |
