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空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系

來源:北京協(xié)亞電子有限公司   2013年11月26日 10:28  

一、測(cè)壓儀器

在礦井通風(fēng)測(cè)量?jī)x器中,測(cè)定空氣壓力的便攜式儀器有三類:一是測(cè)量壓力的氣壓計(jì);二是測(cè)量相對(duì)壓力的壓差計(jì)和皮托管;三是可同時(shí)測(cè)定壓力、相對(duì)壓力的精密氣壓計(jì)或礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀等。

(一)壓力測(cè)量?jī)x器

常用的是空盒氣壓計(jì),其內(nèi)部構(gòu)造如圖2-3所示。

 

圖2-3 空盒氣壓計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1、2、3、4—傳動(dòng)機(jī)構(gòu);5—拉桿;6—波紋真空膜盒;7—指針;8—彈簧

空盒氣壓計(jì)的感壓元件是外表呈波紋形、內(nèi)為真空的特殊合金金屬膜盒。當(dāng)壓力增大或減小時(shí),膜盒面相應(yīng)地凹下、凸出,通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將這種微小位移放大后,驅(qū)動(dòng)指針指示出當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的壓力值。

測(cè)壓時(shí),將儀器水平放置在測(cè)點(diǎn)處,輕輕敲擊儀器外殼,以消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦誤差,放置3~5min待指針變化穩(wěn)定后讀數(shù)。讀數(shù)時(shí),視線與刻度盤平面要保持垂直,同時(shí),還要根據(jù)每臺(tái)儀器出廠時(shí)提供的校正表(或曲線),對(duì)讀數(shù)進(jìn)行刻度、溫度及補(bǔ)償校正。

常用的DYM3型空盒氣壓計(jì)的測(cè)壓范圍為80000~108000Pa,小分度為10Pa,經(jīng)過校正后的測(cè)量誤差不大于200Pa。因精度較低,一般只適用于粗略測(cè)量和空氣密度測(cè)算。

(二)相對(duì)壓力測(cè)量?jī)x器

測(cè)量井巷中(或管道內(nèi))某點(diǎn)的相對(duì)壓力或兩點(diǎn)的壓力差時(shí),一般需要用皮托管配合壓差計(jì)來進(jìn)行。壓差計(jì)有U形壓差計(jì)、單管傾斜壓差計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)等。

1、皮托管

皮托管是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個(gè)同心圓管相套組成,其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。內(nèi)管前端有中心孔,與標(biāo)有“+”號(hào)的接頭相通;外管前端側(cè)壁上分布有一組小孔,與標(biāo)有“-”號(hào)的接頭相通,內(nèi)外管互不相通。

圖2-4  皮托管

使用時(shí),將皮托管的前端中心孔正對(duì)風(fēng)流,此時(shí),中心孔接受的是風(fēng)流的靜壓和動(dòng)壓(即全壓),側(cè)孔接受的是風(fēng)流的靜壓。通過皮托管的“+”接頭和“-”接頭,分別將全壓和靜壓傳遞到壓差計(jì)上。

2、U形壓差計(jì)

有U形垂直壓差計(jì)和U形傾斜壓差計(jì)兩種,構(gòu)造如圖2-5所示。

圖2-5  U形壓差計(jì)

a—垂直形  b—傾斜形

1—U形玻璃管;2—標(biāo)尺

U形垂直壓差計(jì)由垂直放置的U形玻璃管和標(biāo)尺組成,U形玻璃管中裝入蒸餾水或酒精,當(dāng)玻璃管兩端分別接入不等的空氣壓力時(shí),通過兩端液面的高差,在標(biāo)尺上讀出兩點(diǎn)之間的空氣壓力差。

U形垂直壓差計(jì)精度低,但量程大,適用于精度要求不高,壓差較大的地方,如礦井主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)測(cè)量風(fēng)硐內(nèi)外的壓差。為了減小讀數(shù)誤差,可使用U形傾斜壓差計(jì),其測(cè)得的讀數(shù)按下式計(jì)算壓差:

                          h=ρgLsinα                          (2-13)

式中   h——兩液面的垂直高差,即壓差,Pa;

  ρ——玻璃管內(nèi)液體的密度,kg/m3;

  L——兩端液面傾斜長(zhǎng)度差,mm;

  α——U形管傾斜的角度(可調(diào)整),對(duì)于U形垂直壓差計(jì)α=90º。

3、單管傾斜壓差計(jì)

單管傾斜壓差計(jì)的外部結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2-6所示。它由一個(gè)大斷面的容器10(面積為F1)和一個(gè)小斷面的傾斜測(cè)壓管8(面積為F2)及標(biāo)尺等組成。大容器10和測(cè)壓管8互相連通,并在其中裝有用工業(yè)酒精和蒸餾水配成的密度為0.81kg/m3的工作液。兩斷面之比(F1/F2)為250~300。儀器固定在裝有兩個(gè)調(diào)平螺釘9和水準(zhǔn)指示器2的底座1上,弧形支架3可以根據(jù)測(cè)量范圍的不同將傾斜測(cè)壓管固定在5個(gè)不同的位置上,刻在支架上的數(shù)字即為校正系數(shù)。大容器通過膠管與儀器的“+”接頭相通,傾斜測(cè)壓管的上端通過膠皮管與儀器的“-”接頭相連,當(dāng)“+”接頭的壓力高于“-”接頭的壓力時(shí),雖然大容器內(nèi)液面下降甚微,但測(cè)壓管端的液面上升十分明顯,經(jīng)過下式計(jì)算相對(duì)壓力或壓差h:

                       h=LKg  ,Pa                        (2-14)

式中 L——傾斜測(cè)壓管的讀數(shù),mm;

K——儀器的校正系數(shù)(又稱常數(shù)因子),測(cè)壓時(shí)傾斜測(cè)壓管在弧形支架上的相應(yīng)數(shù)字。

圖2-6  YYT—200型單管傾斜壓差計(jì)結(jié)構(gòu)

1—底座;2—水準(zhǔn)指示器;3—弧形支架;4—加液蓋;5—零位調(diào)整旋鈕;

6—三通閥門柄;7—游標(biāo);8—傾斜測(cè)壓管;9—調(diào)平螺釘;10—大容器;11—多向閥門

儀器的操作和使用方法如下:

(1)注入工作液。將零位調(diào)整旋鈕5調(diào)整到中間位置,測(cè)壓管固定在弧形支架的適當(dāng)位置,旋開加液蓋4,緩緩注入預(yù)先配置好的密度為0.81 kg/m3的工作液,直到液面位于傾斜測(cè)壓管的“0”刻度線附近,然后旋緊加液蓋,再用膠皮管將多向閥門11中間的接頭與傾斜測(cè)量管的上端連通。將三通閥門柄6撥在儀器的“測(cè)壓”位置,用嘴輕輕從“+”端吹氣,使酒精液面沿測(cè)壓管緩慢上升,察看液柱內(nèi)有無氣泡,如有氣泡,應(yīng)反復(fù)吹吸多次,直至氣泡消除為止。

(2)調(diào)零。首先調(diào)整儀器底座上的兩個(gè)調(diào)平螺釘9,觀察水準(zhǔn)指示器內(nèi)的氣泡是否居中,使儀器處于水平。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥門柄6到“校正”位置,使大容器和傾斜測(cè)壓管分別與“+”接頭和“-”接頭隔斷,而與大氣相通。旋動(dòng)零位調(diào)整旋鈕5,使測(cè)壓管的酒精液面對(duì)準(zhǔn)“0”刻度線。

(3)測(cè)定。根據(jù)待測(cè)壓差的大小,將傾斜測(cè)壓管固定在弧形支架相應(yīng)的位置上,用膠皮管將較大的壓力接到儀器的“+”接頭,較小的壓力接到儀器的“-”接頭。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥門柄6到“測(cè)壓”位置,讀取測(cè)壓管上酒精液面的讀數(shù)和弧形支架的K值,用式(2-14)計(jì)算壓差值或相對(duì)壓力。

常用的YYB—200B型單管傾斜壓差計(jì)大測(cè)量值為2000Pa,小分刻度為2Pa,誤差不超過大讀數(shù)的1.0%。單管傾斜壓差計(jì)是通風(fēng)測(cè)量中應(yīng)用廣的一種壓差計(jì)。

4、補(bǔ)償式微壓計(jì)

補(bǔ)償式微壓計(jì)可以作的壓差測(cè)量,其主要構(gòu)造和原理如圖2-7所示。它有充水的大小兩個(gè)容器2和1,下部用膠皮管9連通。大容器與儀器的“-”接頭相通,小容器與儀器的“+”接頭相通。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3,大容器可隨之上下移動(dòng)。當(dāng)“+”“-”接頭的壓力相同時(shí),兩容器液面處于同一平面上,通過裝在小容器上的反射鏡6可以看到水準(zhǔn)器7的同它自己的像正好相接(如圖2-7b所示)。當(dāng)“+”接頭壓力大于“-”接頭壓力時(shí),小容器液面下降,反射鏡6內(nèi)的和影像互相接觸重疊,通過轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3,使兩液面再次恢復(fù)到同一水平面上,由大容器的垂直移動(dòng)距離(從標(biāo)尺11和讀數(shù)盤3上讀出)來確定大小容器所受到的壓力差。

圖2-7  DJM9型補(bǔ)償式微壓計(jì)

1—小容器;2—大容器;3—讀數(shù)盤;4—指針;5—螺蓋;6—反射鏡;

7—水準(zhǔn)器;8—調(diào)節(jié)螺母;9—膠皮管;10—調(diào)平螺釘;11—標(biāo)尺

儀器的操作和使用方法如下:

(1)注入蒸餾水并調(diào)零。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3,使讀數(shù)盤及位移指針4均處于“0”點(diǎn)。打開螺蓋5,注入蒸餾水,直到從反射鏡中觀察到水準(zhǔn)器7的正、倒影像近似接觸。蓋緊螺蓋,緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤使大容器2上下移動(dòng)數(shù)次,以排除膠皮管9內(nèi)的氣泡。用調(diào)平螺釘10將儀器調(diào)平,慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母8使小容器微微移動(dòng),水準(zhǔn)器中的正、倒影尖恰好相接觸。若兩個(gè)影尖重疊,表明水量不足,應(yīng)再加水;若兩個(gè)影尖分離,表明水量過多,應(yīng)排出部分水量。

(2)測(cè)定。儀器調(diào)平、調(diào)零后,將被測(cè)壓力較大的膠皮管接到儀器的“+”接頭,壓力較小的膠皮管接到儀器的“-”接頭上。小容器1中的液面下降,從反射鏡6中可觀察到水準(zhǔn)器的正、倒影像消失或重疊,順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3,直到兩個(gè)影像再次恰好相接。指針4所指示的標(biāo)尺整數(shù)與讀數(shù)盤所指的小數(shù)之和,即為所測(cè)壓力差值。

常用的補(bǔ)償式微壓計(jì)有DJM9型、YJB-150/250-1型、BWY-150/250型等。其中,DJM9型的測(cè)量范圍為0~1500Pa,小分度值為0.1Pa。這類儀器的精度高,可用于微小壓差測(cè)量,但受壓力波動(dòng)影響大,水準(zhǔn)針尖不宜調(diào)準(zhǔn),多用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。

(三)礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀

我國(guó)生產(chǎn)的JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀,是一種能同時(shí)測(cè)量空氣的壓力、相對(duì)壓力、風(fēng)速、溫度、濕度和時(shí)間的精密便攜式本質(zhì)安全型儀器,適用于煤礦井下使用。其主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。

表2-2  JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀技術(shù)參數(shù)表

技術(shù)參數(shù)

測(cè)量范圍

測(cè)量分辨率

測(cè)量精度

壓力(Pa)

80000~120000

10

±100

壓差(Pa)

2923

0.98

9.8

溫度(℃)

-30~+40

0.1

±0.5

相對(duì)濕度(%)

50~99

1.0

±4.0

風(fēng)速(m/s)

0.6~15

0.1

0.6~4±(0.2+2%風(fēng)速值)

4~15±(0.5+2%風(fēng)速值)

時(shí)間

月、日、時(shí)、分、秒

 

 

該儀器由壓力傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器以及智能微機(jī)組成。其中的壓力傳感器采用高精度振動(dòng)筒壓力傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖2-8所示,主要由保護(hù)筒、激振元件、振動(dòng)彈性體、溫度傳感器、真空腔和拾振元件等組成。振動(dòng)彈性體3為一個(gè)薄壁圓筒(壁厚0.08mm),是感受壓力的敏感元件,與保護(hù)筒1焊接在一起,共同構(gòu)成真空腔,此腔是測(cè)壓基準(zhǔn)參考腔。激振元件2、拾振元件6與放大器構(gòu)成測(cè)壓振蕩器,在常壓下產(chǎn)生一個(gè)固有的振動(dòng)頻率f,當(dāng)壓力P變化時(shí),振蕩器的固有頻率也發(fā)生變化,即壓力P與頻率f一一對(duì)應(yīng),并且單值連續(xù)。通過測(cè)量頻率f(或周期T )即可測(cè)出外界的壓力P。

圖2-8  振動(dòng)筒壓力傳感器

1—保護(hù)筒;2—激振元件;3—振動(dòng)彈性體;

4—溫度傳感器;5—真空腔;6—拾振元件;7—底座支架

儀器的操作方法參見儀器面板布置圖2-9。測(cè)量前先將電源開關(guān)打到“通”的位置,電源電壓指示燈亮,若指示燈發(fā)暗,說明電源電壓不足,應(yīng)先充電。

圖2-9  JFY型礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀面板圖

1—氣孔;2—電源開關(guān);3—電源電壓指示燈;4—壓力記憶開關(guān);5—充電插座;6—壓力鍵;7—壓差鍵;8—溫度鍵;9—相對(duì)濕度鍵;10—風(fēng)速鍵;11—記風(fēng)速鍵;12—讀平均風(fēng)速鍵;13—總清鍵;14—備用鍵;15—風(fēng)速傳感器;16—溫度傳感器;17—濕度傳感器;18—液晶顯示;19—單位顯示;20—電子表

 

(1)測(cè)量壓力。儀器通電后,整機(jī)進(jìn)入自檢狀態(tài),顯示傳感器的周期數(shù),按“總清”鍵,則顯示測(cè)點(diǎn)的壓力,單位為hPa。

(2)測(cè)量相對(duì)壓力。儀器通電后,只要按下“差壓”鍵,并將記憶開關(guān)撥向“記憶”位置,則進(jìn)入相對(duì)壓力測(cè)定狀態(tài),此時(shí),儀器將按鍵時(shí)測(cè)點(diǎn)的壓力P0值記入內(nèi)存中,并將此值作為后面的測(cè)壓基準(zhǔn),當(dāng)儀器發(fā)生位移或測(cè)點(diǎn)的壓力變化后,面板上液晶窗口顯示的總是壓差值(⊿P =P -P0),單位為mmH2O。只要不斷電和記憶開關(guān)處于“記憶”位置不變,后面的測(cè)壓基準(zhǔn)P0也不變。要想了解其它參數(shù)值,只要按下相應(yīng)的鍵即可。

(3)測(cè)量溫度和相對(duì)濕度。儀器通電后,不論處于何種狀態(tài),只要按下“溫度”鍵,就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的溫度值;按下“濕度”鍵,就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度值。因溫度和濕度傳感器都有滯后現(xiàn)象,因此,從前一測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一測(cè)點(diǎn)時(shí),應(yīng)等待2~5min后再讀數(shù)。

(4)測(cè)量風(fēng)速??梢詼y(cè)量點(diǎn)風(fēng)速,也可以測(cè)量斷面的平均風(fēng)速。測(cè)量點(diǎn)風(fēng)速時(shí),只要把風(fēng)速傳感器上的箭頭方向朝向風(fēng)流,按下“風(fēng)速”鍵讀數(shù)即可,單位為m/s。要測(cè)斷面的平均風(fēng)速時(shí),可利用機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)時(shí)的定點(diǎn)法(如圖1-10),先測(cè)1點(diǎn)風(fēng)速,按下“風(fēng)速”鍵,顯示1點(diǎn)風(fēng)速值。再按下“記風(fēng)”鍵,顯示該點(diǎn)風(fēng)速后,又顯示一下“1”,表示1點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存中;將傳感器移到2點(diǎn),按下“記風(fēng)”鍵,顯示2點(diǎn)的風(fēng)速值后又顯示一下“2”,表示2點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存;……,如此進(jìn)行,直到將所有測(cè)點(diǎn)測(cè)完,后再按“讀風(fēng)”鍵,讀出該巷道斷面的平均風(fēng)速值。

礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀廣泛應(yīng)用于礦井通風(fēng)阻力測(cè)定、通風(fēng)壓能圖測(cè)定等工作中。除此之外,常用的數(shù)字式氣壓計(jì)還有BJ—1型、WFQ—2型等,既能測(cè)壓力又可測(cè)相對(duì)壓力。

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