礦用管道流量及風速傳感器標校裝置的研發

摘要：礦井管道流量及風速傳感器在使用過程中出現失準現象，無法在煤礦企業自身進行標校操作。我們自行研發的礦用管 道流量及風速傳感器標校裝置是根據風硐原理來進行實現的，具體由內徑為 250mm標準管件、穩壓電源、變頻器、調速風機、 支架等幾部分組成。該裝置實現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場測量需 要。

關鍵詞：管道流量；風速傳感器；研發

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失準現象，

無法在煤礦企業自身進行標校操作，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生相當大的維修

費用。而我們研發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境，實現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場測量需要。

1 實施方案

1.1結構組成

標校裝置由內徑為 250mm 標準管件、穩壓電源、變頻器、調速

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。按照設計圖連接好管件和設備。 1.2設計原理

標校裝置的設計是根據風硐原理來進行實現的，當風機在一定 的轉速下穩定運轉時，管道中測試段將產生穩定的速壓，測點速壓 值通過安設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，改變風機的轉速， 以實現測試段速壓、風速值大小的變化。

1.3空氣密度

因空氣密度主要與當地大氣壓力、溫度及濕度有關，只有在夏

天或冬天季節變化較大時，才會出現很小波動，一般情況下是比較 穩定。根據我們的推算，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 風速經驗公式

根據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， 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時 H 速的單位是 mmH2O，代入 公式前要進行單位轉變（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—測點對應的流量，m3/min；K—流場分布系數（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校好的補償 微壓計的（“+”、“—”）兩個接口相連接。

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

通過數據對比，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，符合行業技術要求。

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，穩定后，管道中產生穩定的風流，當補償式計受壓 穩定后，進行讀值，記錄在表格中，依次將變頻器旋轉到各頻率值， 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。

通過數據對比，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，符合行業技術要求。并且， 綜合表 1 和標數據，可以看出變頻器數值、風速、流量符合線性關 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

示值穩定后，啟動調整風機，當管道中風流穩定，補償式微壓計讀 值穩定，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，在標校頁面中，以修 正傳感器的顯示值。按上述方法，依次將調速風機開關旋轉到各檔 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，關閉傳感器電源，從裝置中取出傳感器，關閉裝置 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

此次研發的管道流量、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，實現了煤礦現場獨立標校多類型風速 及管道流量傳感器的需求，節省了原標校所需用的時間和資金。同 時，通過自主創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，畢業院校 于黑龍江科技學院，研究方向為安全監測監控。