管道風速傳感器如何測量管道的風壓、風速、風量

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

一、測定位置和測定點

(一)測定位置的選擇

通風管道內(nèi)風速及風量的測定，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、減少氣流擾動對測量結果的影響很大。測量斷面應盡量選擇在氣流平穩(wěn)的直管段上。測量斷面設在彎頭、三通等異形部件前面(相對氣流流動方向)時，距這些部件的距離應大于2倍管道直徑。當測量斷面設在上述部件后面時，距這些部件的距離應大于4～5倍管道直徑。當測試現(xiàn)場難于滿足要求時，為減少誤差可適當增加測點。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。

測定動壓時如發(fā)現(xiàn)任何一個測點出現(xiàn)零值或負值，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，慢慢擺動畢托管，使動壓值最大，這時畢托管與風管外壁垂線的夾角即為氣流方向與風管中心線的偏離角)。選擇測量斷面，還應考慮測定操作的方便和安全。

(二)測試孔和測定點

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測量，然后求出該斷面的平均值。

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

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

二、風道內(nèi)壓力的測定

(一)原理，測量風道中氣體的壓力應在氣流比較平穩(wěn)的管段進行。測試中需測定氣體的靜壓、動壓和全壓。測氣體全壓的孔口應迎著風道中氣流的方向，測靜壓的孔口應垂直于氣流的方向。用U形壓力計測全壓和靜壓時，另一端應與大氣相通(用傾斜微壓計在正壓管段測壓時，管的一端應與大氣相通，在負壓管段測壓時，容器開口端應與大氣相通)。因此壓力計上讀出的壓力，實際上是風道內(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。由于全壓等于動壓與靜壓的代數(shù)和，可只測其中兩個值，另一值通過計算求得。

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

1 畢托管

(1)標準畢托管，它是一個彎成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，按標準尺寸加工的畢托管校正系數(shù)近似等于1。標準畢托管測孔很小，易被風道內(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型畢托管，它是由兩根相同的金屬管并聯(lián)組成，測量時有方向相反的兩個開口，測定時，面向氣流的開口測得的相當于全壓，背向氣流的開口測得的相當于靜壓。由于測頭對氣流的影響，測得的壓力與實際值有較大誤差，特別是靜壓。因此，S型畢托管在使用前須用標準畢托管進行校正，S型畢托管的動壓校正系數(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)測中得到廣泛應用。

2.壓力計

(1)U形壓力計，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，測壓時，將微壓計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，作用于兩個液面上的壓力差，使液柱沿斜管上升，壓力p按下式計算：

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。當采用其他密度的液體時，需進行密度修正。

(三)測定方法

1.試前，將儀器調整水平，檢查液柱有無氣泡，并將液面調至零點，然后根據(jù)測定內(nèi)容用橡皮管將測壓管與壓力計連接。畢托管與U形壓力計測量煙氣全壓、靜壓、動壓的連接方法。2測壓時，畢托管的管嘴要對準氣流流動方向，其偏差不大于5°，每次測定反復三次，取平均值。

三、管道內(nèi)風速測定

常用的測定管道內(nèi)風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)某點動壓pd，可以計算出該點的流速v。用各點測得的動壓取均方根，可以計算出該截面的平均流速vp。

式中pd—動壓值，pdi斷面上各測點動壓值，Pa；vp—平均流速是斷面上各測點流速的平均值。此法雖較繁瑣，由于精度高，在通風系統(tǒng)測試中得到廣泛應用。

(二)直讀式

常用的直讀式測速儀是熱球式熱電風速儀，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)就能達到要求的溫升。測頭的溫升會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算放大器，并用數(shù)字顯示測量結果。測量的范圍為0.05～19.0m/s(必要時可擴大至40m/s)。儀器中還設有P－N結溫度測頭，可以在測量風速的同時，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。

我們可以通過風速（V）算出風量（L）的大小，如1小時內(nèi)通過風量的計算公式為L=F*V*3600秒，公式中：F——風口通風面積（m2），V——測得的風口平均風速（m/s）。通過配置軟件設置風更方便我們的使用，將地址及波特率設置好，將管道截面積添加好之后，軟件會自動計算出風速值和風量值。廣泛應用在油煙管道、通風管道、暖通空調進出風口等地方來測量風速和風量。

fqj