皮托管与机械风表测风法在现实中的运用与分析

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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α一般为0.99-1.01，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-P0=1/2ρV2，（式中：P――所测点风流全压，P0――所测点风流静压，ρ――空气密度，V――所测点风流速度），由此可以推出测点的流速：V=■=■，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，其校准系数α一般为0.99-1.01，即可得出修正后测点的流速V=α■，因同一断面上速度场均匀，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■式中：i-从中心算起等面积环的编号，n-圆环数，D-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V0，带入风量计算公式：Q=V0×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响因素马赫数Ma来衡量（马赫数是指气流速度与当地音速C=341m/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15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、光滑胶皮管为宜。

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，直接影响测风的数据。

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5m3左右。

②测风操作误差 在测风操作时，有可能皮托管为垂直于风筒侧壁，导致皮托管测头未能迎着风流方向，造成读数偏差。

③皮托管自身产生的误差 皮托管的总压孔位于支杆内部，有时空气潮湿或皮托管进水，风流通过皮托管测头进入支杆后，由于总压孔沾在支杆侧壁上，风流不能有效的通过总压孔进入微压计，造成压差明显偏小。

2 机械风表测风法

2.1 测风原理

机械风表测风法常用于巷道内或风筒出口处的风量测定，多用于测量平均风速，也可以用于点风速的测定。根据测量风速的范围，风表又可分为高速(υ>10m/s)、中速(υ=0.5～10m/s)、低速(υ=0.3～5m/s)三种。它是通过风流吹动由八个叶片组成的翼轮，再由翼轮通过联动装置将其转动传给计数器，使指针转动，指示出翼轮转速V表=n/t，n―计数器指针读数，t―计时时间；再通过实际检定曲线图表所对应的曲线方程式，计算出实际风速Vs。由风量计算公式Q=Vs×（S-0.4），S-测风地点的断面，即可计算出测风地点的风量。

2.2 影响风量测定精度的因素

2.2.1 根据风表移动路线不同，有路线测风法和定点测风法两种，路线测风法是让风表在巷道断面上均匀的运动，即常说的四线法、六线法等，定点测风法即在巷道断面上选取一定数量的固定点进行测风；由于巷道中心部位和巷道壁附近的风速不同，若不能时刻保证风表移动的速度均匀或测风点分均匀布，将影响风量的测定精度。

2.2.2 风表距人体或巷道壁太近，容易引起较大的误差。

2.2.3 风表未与风流方向垂直，偏角超过10°，尤其在倾斜巷道测风时，容易造成测量数据偏小。

2.2.4 未能根据所测定地点的风速合理选择风表，容易损坏风表或造成测量不准确。

2.2.5 测风时有人或车辆通过造成风量不稳定，容易出现误差。

参考文献：

[1]高庆亭.皮托管在气流测量中一些问题的探讨[J].气象水文海洋仪器，2007（9）：59-61.

[2]孙志强，周孑民.皮托管测量影响因素分析Ⅱ.全压孔与静压孔的影响[J].传感技术学报，2004（4）：941-944.