管道風(fēng)速變送器是如何測量管道的風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量的

風(fēng)速是天氣監(jiān)測中重要因素之一，用來測量風(fēng)速的傳感器被稱為風(fēng)速傳感器，如我們常見的杯式風(fēng)速傳感器，超聲波風(fēng)速傳感器，但有一種風(fēng)速傳感器雖不常見但應(yīng)用廣泛，這就是管道風(fēng)速變送器。

一、測定位置和測定點(diǎn)

(一)測定位置的選擇

通風(fēng)管道內(nèi)風(fēng)速及風(fēng)量的測定，是通過測量壓力換算得到。測得管道中氣體的真實(shí)壓力值，除了正確使用測壓儀器外，合理選擇測量斷面、減少氣流擾動(dòng)對測量結(jié)果的影響很大。測量斷面應(yīng)盡量選擇在氣流平穩(wěn)的直管段上。測量斷面設(shè)在彎頭、三通等異形部件前面(相對氣流流動(dòng)方向)時(shí)，距這些部件的距離應(yīng)大于2倍管道直徑。當(dāng)測量斷面設(shè)在上述部件后面時(shí)，距這些部件的距離應(yīng)大于4～5倍管道直徑。當(dāng)測試現(xiàn)場難于滿足要求時(shí)，為減少誤差可適當(dāng)增加測點(diǎn)。但是，測量斷面位置距異形部件的最小距離至少是管道直徑的1.5倍。

測定動(dòng)壓時(shí)如發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)測點(diǎn)出現(xiàn)零值或負(fù)值，表明氣流不穩(wěn)定，該斷面不宜作為測定斷面。如果氣流方向偏出風(fēng)管中心線15°以上，該斷面也不宜作測量斷面(檢查方法：畢托管端部正對氣流方向，慢慢擺動(dòng)畢托管，使動(dòng)壓值最大，這時(shí)畢托管與風(fēng)管外壁垂線的夾角即為氣流方向與風(fēng)管中心線的偏離角)。選擇測量斷面，還應(yīng)考慮測定操作的方便和安全。

(二)測試孔和測定點(diǎn)

由于速度分布的不均勻性，壓力分布也是不均勻的。因此，必須在同一斷面上多點(diǎn)測量，然后求出該斷面的平均值。

1圓形風(fēng)道，在同一斷面設(shè)置兩個(gè)彼此垂直的測孔，并將管道斷面分成一定數(shù)量的等面積同心環(huán)，對于圓形風(fēng)道，測點(diǎn)越多，測量精度越高。

2矩形風(fēng)道，可將風(fēng)道斷面劃分為若干等面積的小矩形，測點(diǎn)布置在每個(gè)小矩形的中心，小矩形每邊的長度為200mm左右，圓風(fēng)管測點(diǎn)與管壁距離系數(shù)(以管徑為基數(shù))。

二、風(fēng)道內(nèi)壓力的測定

(一)原理，測量風(fēng)道中氣體的壓力應(yīng)在氣流比較平穩(wěn)的管段進(jìn)行。測試中需測定氣體的靜壓、動(dòng)壓和全壓。測氣體全壓的孔口應(yīng)迎著風(fēng)道中氣流的方向，測靜壓的孔口應(yīng)垂直于氣流的方向。用U形壓力計(jì)測全壓和靜壓時(shí)，另一端應(yīng)與大氣相通(用傾斜微壓計(jì)在正壓管段測壓時(shí)，管的一端應(yīng)與大氣相通，在負(fù)壓管段測壓時(shí)，容器開口端應(yīng)與大氣相通)。因此壓力計(jì)上讀出的壓力，實(shí)際上是風(fēng)道內(nèi)氣體壓力與大氣壓力之間的壓差(即氣體相對壓力)。大氣壓力一般用大氣壓力表測定。由于全壓等于動(dòng)壓與靜壓的代數(shù)和，可只測其中兩個(gè)值，另一值通過計(jì)算求得。

(二)測定儀器，氣體壓力(靜壓、動(dòng)壓和全壓)的測量通常是用插入風(fēng)道中的測壓管將壓力信號取出，在與之連接的壓力計(jì)上讀出，常用的儀器有畢托管和壓力計(jì)。

1.皮托管

(1)標(biāo)準(zhǔn)皮托管，它是一個(gè)彎成90°的雙層同心圓管，其開口端同內(nèi)管相通，用來測定全壓；在靠近管頭的外壁上開有一圈小孔，用來測定靜壓，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工的畢托管校正系數(shù)近似等于1。標(biāo)準(zhǔn)畢托管測孔很小，易被風(fēng)道內(nèi)粉塵堵塞，因此這種畢托管只適用于比較清潔的管道中測定。

(2)S型皮托管，它是由兩根相同的金屬管并聯(lián)組成，測量時(shí)有方向相反的兩個(gè)開口，測定時(shí)，面向氣流的開口測得的相當(dāng)于全壓，背向氣流的開口測得的相當(dāng)于靜壓。由于測頭對氣流的影響，測得的壓力與實(shí)際值有較大誤差，特別是靜壓。因此，S型畢托管在使用前須用標(biāo)準(zhǔn)畢托管進(jìn)行校正，S型畢托管的動(dòng)壓校正系數(shù)一般在0.82～0.85之間。S型畢托管測孔較大，不易被風(fēng)道內(nèi)粉塵堵塞，這種畢托管在含塵污染源監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。

2.壓力計(jì)

(1)U形壓力計(jì)，由U形玻璃管制成，其中測壓液體視被測壓力范圍選用水、酒精或汞，U形壓力計(jì)不適于測量微小壓力。壓力值由液柱高差讀得換算，p值按下式計(jì)算：

p=ρgh (Pa) (2.8－1)式中p—壓力，Pa；h—液柱差，mm；ρ—液體密度，g/cm3；g—重力加速度，m/s2。

(2)傾斜式微壓計(jì)，測壓時(shí)，將微壓計(jì)容器開口與測定系統(tǒng)中壓力較高的一端相連，斜管與系統(tǒng)中壓力較低的一端相連，作用于兩個(gè)液面上的壓力差，使液柱沿斜管上升，壓力p按下式計(jì)算：

p=K·L(Pa)(2.8－2)式中L—斜管內(nèi)液柱長度，mm；K—斜管系數(shù)，由儀器斜角刻度讀得。測壓液體密度，常用密度為0.1g/cm3的乙醇。當(dāng)采用其他密度的液體時(shí)，需進(jìn)行密度修正。

(三)測定方法

1.試前，將儀器調(diào)整水平，檢查液柱有無氣泡，并將液面調(diào)至零點(diǎn)，然后根據(jù)測定內(nèi)容用橡皮管將測壓管與壓力計(jì)連接。畢托管與U形壓力計(jì)測量煙氣全壓、靜壓、動(dòng)壓的連接方法。2測壓時(shí)，畢托管的管嘴要對準(zhǔn)氣流流動(dòng)方向，其偏差不大于5°，每次測定反復(fù)三次，取平均值。

三、管道內(nèi)風(fēng)速測定

常用的測定管道內(nèi)風(fēng)速的方法分為間接式和直讀式兩類。

(一)間接式，先測得管內(nèi)某點(diǎn)動(dòng)壓pd，可以計(jì)算出該點(diǎn)的流速v。用各點(diǎn)測得的動(dòng)壓取均方根，可以計(jì)算出該截面的平均流速vp。

式中pd—?jiǎng)訅褐?，pdi斷面上各測點(diǎn)動(dòng)壓值，Pa；vp—平均流速是斷面上各測點(diǎn)流速的平均值。此法雖較繁瑣，由于精度高，在通風(fēng)系統(tǒng)測試中得到廣泛應(yīng)用。

(二)直讀式

常用的直讀式測速儀是熱球式熱電風(fēng)速儀，這種儀器的傳感器是一球形測頭，其中為鎳鉻絲彈簧圈，用低熔點(diǎn)的玻璃將其包成球狀。彈簧圈內(nèi)有一對鎳鉻—康銅熱電偶，用以測量球體的溫升程度。測頭用電加熱。由于測頭的加熱量集中在球部，只需較小的加熱電流(約30mA)就能達(dá)到要求的溫升。測頭的溫升會(huì)受到周圍空氣流速的影響，根據(jù)溫升的大小，即可測出氣流的速度。

儀器的測量部分采用電子放大線路和運(yùn)算放大器，并用數(shù)字顯示測量結(jié)果。測量的范圍為0.05～19.0m/s(必要時(shí)可擴(kuò)大至40m/s)。儀器中還設(shè)有P－N結(jié)溫度測頭，可以在測量風(fēng)速的同時(shí)，測定氣流的溫度。這種儀器適用于氣流穩(wěn)定輸送清潔空氣，流速小于4m/s的場合。

我們可以通過風(fēng)速（V）算出風(fēng)量（L）的大小，如1小時(shí)內(nèi)通過風(fēng)量的計(jì)算公式為L=F*V*3600秒，公式中：F——風(fēng)口通風(fēng)面積（m2），V——測得的風(fēng)口平均風(fēng)速（m/s）。通過配置軟件設(shè)置風(fēng)更方便我們的使用，將地址及波特率設(shè)置好，將管道截面積添加好之后，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出風(fēng)速值和風(fēng)量值。廣泛應(yīng)用在油煙管道、通風(fēng)管道、暖通空調(diào)進(jìn)出風(fēng)口等地方來測量風(fēng)速和風(fēng)量。