1、引言

        主通風機是礦井的重要設備之一，擔負著向井下輸送足夠數(shù)量的新鮮空氣，以沖淡有害氣體的濃度和帶走飛揚的煤塵，保證給井下作業(yè)的工人一個安全、可靠、良好的工作條件，井下風量的大小與作業(yè)環(huán)境有密切的關系，因此，通風機的風量是礦井通風的一個#重要的參數(shù)之一。

        現(xiàn)在很多礦井還采用傳統(tǒng)方式監(jiān)測井下風量，通過讀取U形管中液壓差判斷井下風量大小。西安科技大學開發(fā)的基于USB總線結構的便攜式通風機性能測試分析虛擬儀器，采用測量風速或動壓來測量風量。傳統(tǒng)方法測量準確度受人為因素影響較大，不能連續(xù)測量，李曼等開發(fā)的測量方法能夠自動測量風量，但測量元件和測量方法復雜，成本較高。本文采用微差壓變送器作為采集元件，通過自制的引壓裝置引壓，由計算機完成對風量的采集和計算，完成對風量的準確采集和連續(xù)紀錄，同時完成相關預警等，保證對風量的準確監(jiān)測，該方法測量手段簡單，結果準確可靠，成本相對較低，在礦井風量測量中應用前進廣闊。

2、微差壓變送器的測量原理

        微差壓變送器是一種電容式傳感器，以可變參數(shù)電容器作為傳感元件，將被測非電量變化轉換為電容量變化，再通過測量線路轉換為電信號輸出的非電量測量裝置。如圖1所示，平行板電容器電容量C為：C=εS/δ

式中：ε——極板間介質的介電常數(shù)；

S——極板面積

δ——極板間的距離。

(1)式中任意一個量的改變都將使電容C隨之改變，因此，通過一定的測量電路將變化量轉換為電信號輸出，即可確定被測量的大小。

        微差壓變送器是由壓力傳感元件和壓力變送元件組成的，壓力傳感元件是將被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側。壓力變送元件是由測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器，當兩側壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側電容量就不等，通過振蕩和解調環(huán)節(jié)，轉換成與壓力成正比的信號。

3、風壓采集方案設計

        要準確的測量風量，需要對風峒中的實際風流情況進行準確采集，引壓裝置在這里就顯得較為重要，筆者根據(jù)經(jīng)驗選擇了中國礦業(yè)大學胡亞非教授發(fā)的引壓裝置，引壓裝置包括與風道截面形狀相同的均壓管，通過固定架固定在風道的風峒墻上，均壓管上安置有若干個測壓頭，測壓頭垂直于風道截面，且端頭平行于來流方向，均壓管內(nèi)的壓力信號通過測壓引出導管引出。

        確定了引壓裝置，通過一定的引壓管路和濾配裝置即可將壓力信號引入三暢微差壓變送器，完成壓力信號的采集和變送，如圖2所示。

4、風量的計算

        由流體力學知識可知，在同一管路中，由于截面的改變帶來的壓力不同可求得風機通過的風量。在不考慮流動損失時，由流體力學基本方程式：

式中

P-靜壓，Pa；

t-時間，s；

g-重力加速度，m/s；

ρ-空氣密度，kg/m；

v-風流流動速度，m/s；

l-風流的流線長度，m；

若視風道中的風流為定常流，那么沿流線積分為常數(shù)，并積分(2)式得：

式中：z-標高，m；

對礦井通風系統(tǒng)來說，在風峒中標高z不變，Zgρ項可以省略，則有：

上式表明：在流動損失可以忽略的情況下，風峒中各截面上的全壓相等，并且截面上的靜壓和動壓可以相互轉化，動能較大的截面靜壓較低，動能較小的截面靜壓較高。根據(jù)這一原理，選擇兩個截面，一個在風機人口集流器附近(定義為截面1)，一個在動輪前集流罩處的環(huán)形空間上(定義為截面2)，截面1、2面積的變化使流經(jīng)氣流產(chǎn)生靜壓差，忽略1、2截面微小的流動損失，由式(4)可得，1、2截面的靜壓差等于兩截面的動壓差，即：