安全工程专业实验教程2.1风流状态参数的测定.ppt

© 安全工程实验教程××××学院学院 © 安全工程实验教程一、实验目的1、学习使用测定风流状态参数的各类仪器仪表，熟悉它们的原理、结构2、加深在不同通风方式下，对全压、静压和速压及其相互关系的理解3、掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量© 安全工程实验教程二、仪器设备•1、空盒气压计 空盒气压计是由一个波纹形金属真空盒和一套杠杆传动机构组成，（真空合内实际还有50～60毫米水银柱的压力）大气压变化时，盒面变形值随之发生变化变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值其外形及结构示意图如图2-1所示图图2-1 2-1 空盒气压计外形及结构示意图空盒气压计外形及结构示意图1-金属盒；2-弹簧；3-传递机构；4-指针；5-刻度盘；6-链条；7-弹簧丝；8-固定支点© 安全工程实验教程二、仪器设备 空盒气压计使用前应当用水银气压计校正校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。

例如某空盒气压计读数为ΔP读=770mmHg，查得其刻度校正值为ΔP刻=-0.1mmHg，温度校正为ΔP温=-0.03（mmHg/℃×15℃）=-0.45 mmHg，补充校正为ΔP补=+0.6 mmHg，则实际大气压P为： P=P读+ΔP刻+ΔP温+ΔP补=770-0.1-0.45+0.6=770.05（mmHg）© 安全工程实验教程二、仪器设备2、水银气压计 水银气压计有动槽式和定槽式两种动槽式水银气压计（图2-2）的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（mmHg或mbar）测定时，转动底部调节螺丝4，使槽内水银液面正好与象牙指针2触及，然后转动游标旋钮5，使游标的下切口与水银顶面1相切，由刻度尺和游标读出大气压的读值（P读）因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的温度校正，由温度计读出测定的温度，从表2-1查出温度校正值ΔP温，实际大气压：P0=P读+ΔP温定槽式水银气压计（图2-3）是一根一端封闭的玻璃管内装满水银，开口的一端垂直插入水银槽中，玻璃管中水银受重力作用下平衡时，水银柱高度测表示大气压力。

其下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式基本相同© 安全工程实验教程二、仪器设备1-水银表面；2-指针；3-玻璃罐；4-螺钉；5-游标旋钮 1-气压计标尺；2-玻璃罐封闭端；3-温度计；4-玻璃罐开口端图2-2 动槽式水银气压计 图图2-3 2-3 定槽式水银气压计定槽式水银气压计© 安全工程实验教程二、仪器设备表2-1 黄铜刻度尺换算到0℃时温度校正值当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值© 安全工程实验教程二、仪器设备3、干湿温度计 空气的湿度一般用相对湿度来表示，测定相对湿度常用手摇式干湿温度计（如图2-4所示）和风扇式干湿温度计（如图2-5，2-6所示）两种，它们的测定原理一样，温湿度计是由两支温度计组成，一支为干温度计，另一支水银球上包着纱布，称为湿温度计图图2-4 2-4 手摇式干湿温度计手摇式干湿温度计图图2-5 2-5 风扇式干湿温度计风扇式干湿温度计1-干球温度计；2-湿球温度计；3-纱布图图2-6 2-6 风扇式干湿温度计示意图风扇式干湿温度计示意图© 安全工程实验教程二、仪器设备 测定前将湿球上的纱布用清水润湿，测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度1.7～3.0m/s流经干、湿温度计的水银球周围1～2min，两支温度计指示值稳定即可读取。

4、U形水柱计 U形水柱计如图2-7所示，它是由一根内径相同的玻璃管弯成U型水柱，并在其中装入蒸馏水或酒精，在U形管中间有一刻度尺和支撑板所组成，其测压原理是：在测压前U形管两端的水面处于水平位置，当一端加入较大的压力时，此端液面下降，另一端液面上升，此时两端液面的距离若为L毫米时，就表明水柱计的两端压力差为L毫米水柱结构示意图如图2-8所示倾斜U形水柱计结构及外观如图2-9所示© 安全工程实验教程二、仪器设备图图2-7 U2-7 U形水柱计外观形水柱计外观 图图2-8 U2-8 U形水柱计结构示意图形水柱计结构示意图图图2-9 2-9 倾斜倾斜U U形水柱计示意图及外观形水柱计示意图及外观© 安全工程实验教程二、仪器设备如为倾斜U形压差计，其压差为： △h＝ρgLsinα，Pa （2-1）式中：L——U形管内的液面高差，Pa； α——U形管的倾角，°； ρ——工作液密度，kg/m35、风表 风表的种类有很多，矿用常见的采用机械叶片式风表（如图2-10所示）测量风速叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。

按其测风范围又可分为微速（0.3～5m/s）、中速（1～10m/s）高速（1～30m/s）风表三种1-叶轮；2-蜗杆轴；3-表盘；4-开关杆；5-回零杆；6-表壳图图2-10 2-10 机械叶片式风表外观机械叶片式风表外观© 安全工程实验教程二、仪器设备6、单管倾斜压差计 单管倾斜压差计可用于测量不溶于乙醇的气体差压其倾斜角度可以变更，主要由底座、介质容器、测量管、弧型支架、零位调节器、多向阀、水准器等组成底座下装有三个调水准螺钉；测量管由无色透明的玻璃管制作，在其长度方向上，均匀刻有250mm以上的分度格；测量管可以在弧型支架的槽中来回调节其倾斜角度弧型支架上标有5档倾斜常数k（0.2、0.3、0.4、0.6、0.8），用于测量5档压力范围的压差多向阀上部可作60°的旋转运动，顶面黑色标牌上标有“＋，-”符号，下部侧壁上装有标号为1、2、3的三个接嘴，根据它们的特定组合就可进行压差测量工作原理如图2-11所示© 安全工程实验教程二、仪器设备 它是由一个具有大断面的容器A（面积为F1）与一个小断面的倾斜管B（面积为F2）互相连通，并在其中装有适量酒精的仪器在P1与P2压差作用下，具有倾斜度α的管子B内的液体在垂直方向升高了一个高度Z1，而A容器内的液面下降了Z2，这时仪器内液面的高差为：△Z=Z1+Z2。

由于A容器液体下降的体积与B管液体上升的体积相等，即：Z2F1=LF2，则Z2=LF2/F1，并且，Z1=Lsinα，则：△Z=Z1+Z2=L（sinα+F2/F1）图图2-11 2-11 单管倾斜压差计工作原理单管倾斜压差计工作原理© 安全工程实验教程二、仪器设备故用此压差计测得P1与P2之压差△h为： △h=ρg△Z=ρgL（sinα+F2/F1） （2-2）式中：ρ——酒精的比重；令：k=ρ（sinα+F2/F1），则：△h =gkL，Pa式中：k——仪器的校正系数； L——倾斜管上的读数，mm 有些仪器生产商在玻璃管刻度上直接将重力加速度g转换为10© 安全工程实验教程二、仪器设备 图2-12是单管倾斜压差计的结构图和外观，在三角形的底座上装设容器与带刻度的玻璃，并用胶皮管将其连通1-底座；2水准指示器；3-弧形支架；4-加液盖；5-零位调节；6-多向阀；7-活动游标；8-倾斜测量管；9-可调水准螺钉；10乙醇容器图图2-12 2-12 单管倾斜压差计整体结构图和外观单管倾斜压差计整体结构图和外观 容器的顶盖上有注液孔螺丝，三通旋塞及调零螺丝，仪器的底座上有水准泡和调平螺丝。

玻璃管的倾角可借弧形板与销钉来调节为了读数准确，玻璃管上装有活动游标零位调整螺丝下部是一个浸入液体的圆拄体，若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度© 安全工程实验教程二、仪器设备 当反时针方向转动其旋钮至极限位置时，玻璃管借胶皮管与容器连通，并经三通旋塞孔与大气相通，而标有“+”、“-”两管接头则被隔断，此时为调整零位位置，当顺时针方向转动其旋钮至极限位置时，管接头“+”端与容器2相通，标有“-”管接头借胶皮管12通向玻璃管液面，此时三通旋塞孔与大气的通路则被隔断，此即为测压位置 单管倾斜压差计具体使用操作步骤： ①注入酒精，将调整螺丝置于中间位置，拧开注液孔螺丝，把配置好的酒精（比重0.81）注入容器内，直到玻璃内酒精液面在“0”附件为止 ②调平仪器，将玻璃管按所测压力大小固定到合适位置，用调平螺丝将仪器调平，转动三通旋塞至“调零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，则调整零位调整螺丝使液面恰好位于“0”刻度上© 安全工程实验教程二、仪器设备 ③将高压接到“+”接头上，将低压接到“-”接头上，然后转动三通旋塞到“测压”位置，管内液面上升，待液面稳定后，即可读数，记作L，将其乘以玻璃管所在位置的校正系数k，即为测得的压差。

7、皮托管 皮托管是传递风流压力的仪器，由内外两根细金属管组成，内管前端中心有孔与标有“+”号的管脚相同外管前端封闭，在其管壁开有4～6个小孔与标有“-”号的管脚相同，测定时使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与动压之和），而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压其结构如图2-13所示图图2-13 2-13 皮托管结构示意图皮托管结构示意图© 安全工程实验教程三、实验原理1、空盒气压计 当大气压变化时，真空盒面变形，变形值经杠杆传动机构放大，传动到盒面使指针发生偏转，使用前需要用固定水银气压计来校正，校正时用小螺丝刀微微调节盒侧面调节孔内的螺钉，使其指针指示值与水银气压计一致2、干湿球温度计 根据测出的干球温度和湿球温度，查“湿空气焓湿图”或相对湿度表，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料例如：干球18℃，湿球15℃时，其温度差3℃之纵栏与湿球15℃之横栏交叉值68就是表示相对湿度为68%© 安全工程实验教程三、实验原理（1）绝对湿度：每1m3空气中所含水蒸气的质量叫空气的绝对湿度其单位与密度单位相同，其值等于水蒸气在其分压力与温度下的密度，用符号ρv表示： （2-3）式中：Mv——水蒸气的质量，kg； V——空气的体积，m3。

2）相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸气量（ρv）与其同温度下的饱和空气中水蒸气含量（ρs）之比称为空气的相对湿度，即相对湿度=水汽分压力/饱和蒸汽压力，其大小反映了空气接近饱和的程度，故也称之为饱和度用符号φ表示： （2-4）© 安全工程实验教程三、实验原理3、点压力测定（1）绝对压力测定 就绝对压力而言，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示： pti=pi+hvi （2-5）式中：pti——风流中i点的绝对全压，Pa； pi——风流中i点的绝对静压，Pa； hvi——风流中i点的动压，Pa hvi——风流中i点的动压，Pa© 安全工程实验教程三、实验原理（2）相对压力测定 就相对压力而言，则与通风方式有关，风流点压的相互关系如下：抽出式通风： hti=hi+hvi （2-6）压入式通风： hti=hi-hvi （2-7）式中：hti——风流中i点的相对全压，Pa； hi——风流中i点的相对静压，Pa； hvi——风流中i点的动压，Pa。

© 安全工程实验教程三、实验原理•不同通风方式下，风流中某点各种压力之间的相互关系如图2-14所示a）压入式通风；（b）抽出式通风图图2-14 2-14 不同通风方式风流中某点各种压力间的相互关系不同通风方式风流中某点各种压力间的相互关系© 安全工程实验教程三、实验原理4、平均风速测定 风流产生的压力作用在叶片上，使叶轮转动，叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动由于风速与叶轮转速成正比，因而也与指针的转速成正比，而且是线性关系，即： （2-8）式中：V真——真实风速，m/s或m/min； V表——风表读数或称为表速，m/s或m/min（或格/秒、格/分）； a、b ——风表校正系数© 安全工程实验教程四、实验步骤1、测定大气压力 测定时，采用空盒气压计，在测定地点将空盒气压计水平放置，并用手轻轻敲击合面数次，消除指针的蠕动现象，待20分钟左右可读数，读数值还需根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正另同时可用水银气压计测定大气压力2、测定干湿温度 用风扇式湿度计测定时，用专用钥匙将小风扇的发条上紧，风扇转动，使空气以1.7～3.0m/s的流速经过干湿温度计的水银球面周围，待1～2分钟，两支温度计示数稳定后即可读值计算。

另同时可用手摇式湿度计测定干湿温度© 安全工程实验教程四、实验步骤3、点压力测定步骤 （1）只将皮托管（-）与压差计连接，测定i点的相对静压； （2）同时将皮托管的（+）、（-）接头连至压差计上，测定i点的相对动压； （3）只将皮托管（+）与压差计连接，测定i点的相对全压具体接法如图2-13所示图图2-13 2-13 皮托管结构示意图皮托管结构示意图© 安全工程实验教程四、实验步骤4、平均风速测定步骤（1）测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用；（2）为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转20-30s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直；（3）开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动；（4）按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速 风量计算： （2-9） 式中：S——管道断面积，m2。

© 安全工程实验教程五、实验结果处理 表2-1 干湿温度测定记录表1、测算记录•表2-2 大气压力测定记录表© 安全工程实验教程五、实验结果处理 2、计算空气密度精确计算公式： （2-10）式中：ρ——空气密度，Kg/m3； P——测点空气的绝对静压，Pa； t——测点处空气的干温度，℃； ——t、tw（湿温度）时空气的相对湿度，%； Pb——空气在t温度下的饱和水蒸气压力，Pa© 安全工程实验教程五、实验结果处理 表2-3 点压力测定记录表3、点压力测定结果4、平均风速测定结果表2-4 风速测定记录表© 安全工程实验教程六、注意事项 （1）井下用空盒气压计测大气压时，使用前应当用水银气压计校正使用时应使盒面平行于风流方向以消除速压影响 （2）用湿度计测定空气的相对湿度时，读数时应首先读湿温度计的示值，然后再读干温度计的示值 （3）风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准 （4）风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差。

（5）按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差© 安全工程实验教程六、注意事项 （6）有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测 （7）同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值 （8）单管倾斜压差计的使用：使用前要进行气密性检查、气泡检查、积水检查、调平、0刻度调节；为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须对仪器进行校正；实测时，应根据压差选择档位，使读数值越大越好。