一種管道風速在線檢測系統的原理及試驗研究

左麗

（徐州眾凱機電設備制造有限公司，江蘇 徐州 221004）

風速儀是測量空氣流速的儀器，廣泛應用于各領域，如電力、鋼鐵、石化、節能等行業。現場風速測量裝置按原理主要分為熱球式、葉輪式和壓差式。

熱球式主要原理是探頭設定了一個恒定的溫度，空氣流過探頭后會帶走熱量，這時探頭會被加熱至設定溫度，此過程中會有電信號被儀器收集，并依此換算出風速。此方法的優點是靈敏度高，量程較大，適應環境測量，缺點是探頭中連接熱球的鉑絲比較脆弱，使用中容易造成探頭損壞，無法修復。

葉輪式主要靠風吹動葉輪轉動，產生電磁信號來測量，這種方法的優點是儀器比較耐用，常用于長期測量，氣象觀測中所用的三杯式風速儀也是相同的原理，缺點是測試精度較低、靈敏度稍差，不適合細小風速變化的測試。

壓差式是流體力學中測量流速的經典方法，主要依靠皮托管和壓差計測量出動壓，再根據伯努利方程計算流速。此方法靈敏度高，主要用在風管中測量風速，但對流場均勻性要求較高，管內含物料和粉塵時，容易造成檢測設備堵塞，影響測量數據的穩定性。

本文介紹一種新型壓差式氣體流速流量在線檢測設備，可有效避免檢測設備堵塞，不僅適用于清潔氣流風速測量，而且可用于含物料、粉塵氣體及高溫、高濕氣體的流速流量檢測及控制，測量數據穩定、響應迅速、維護便捷，可實時將數據傳輸到工廠中央控制室，為實現智能化生產提供技術保障。

1 測量原理

新型壓差式風速在線檢測系統測量原理如圖1所示。

檢測用的空氣從恒壓箱入口O點進入恒壓箱，在恒壓控制器控制之下，恒壓箱內保持恒定壓力P0。P0大于C點處壓力P1，且大于D點處壓力P2，在AC管段，壓差帶動檢測用的氣體從恒壓箱出口A流向被測管道內C點，同理空氣從恒壓箱出口B點流向被測管道內D點，采用壓差傳感器采集AC、BD段壓差，可得到C點處壓力P1和D點處壓力P2，結合C和D處管道截面積，可以得到管道內C點所在截面的流體速度，及待測管道的風速。因氣阻的存在，從恒壓箱流入管道內的氣流流量十分微小，對管道內待測氣流的影響可忽略，檢測氣流保證C、D點處無粉塵或物料堆積堵塞即可。

圖1 新型壓差式風速在線檢測系統測量原理

A1、A2為C、D所在截面積，v1、v2為C、D截面流體速度。

根據流體恒定總流能量方程（伯努利方程）：

p：管道內氣體密度，

g：重力加速度。

（1）、（2）兩式聯立，可得到C點所在截面流體速度即管道風速v1。

2 測量裝置工作原理

新型壓差式風速在線檢測系統工作原理如圖2所示。

圖2 新型壓差式風速在線檢測系統工作原理

檢測氣流經過濾和壓力平衡，使測量更為精確穩定。數據采集采用微差壓傳感器，測量精度達0.01Pa。采用數據經濾波處理及一系列運算后得到風速數據，以RS485信號傳輸至電腦終端。

3 試驗裝置及數據

試驗裝置由風速在線檢測系統、檢測系統兩端直管道、風機和葉輪式風速儀組成，試驗管道直徑為φ350mm。試驗方法為改變風機頻率，以改變管道內風速，將風速在線檢測系統得到的風速與葉輪式風速儀測試數據進行比較，分析風速在線檢測系統與葉輪式風速儀測試數據之間的差值百分比。為與葉輪式風速儀測試數據進行比較，實驗管道內氣流采用常溫常壓空氣，氣流不帶物料。

試驗中隨著風機頻率的改變，風速在線檢測系統的檢測數據反應靈敏，可在2s內完成數據響應，而葉輪式風速儀完成數據響應需60s以上。

實驗數據如表1和圖3所示。

由圖表可以看到，新型壓差式風速在線檢測系統與葉輪式風速儀相比，兩種風速測量方式的數據差值百分比在5%以內，滿足工程使用的要求，而且因風機頻率變化與管道內實際風量成正比，新型壓差式風速在線檢測系統的測量數據與實際風速有更好的線性關系，而葉輪式風速儀在風速較大時與實際風速的線性關系較差。

表1 風速檢測數據表格

圖3 風速檢測數據圖表

4 結語

（1）新型壓差式風速在線檢測系統與葉輪式風速儀相比較，兩種測量方式的數據差值百分比在5%以內，滿足工程使用的要求。

（2）風速在線檢測系統檢測數據與實際風速的線性關系優于葉輪式風速儀。

（3）風速在線檢測系統反應靈敏，響應速度快。

（4）風速在線檢測系統采用氣流吹入式檢測方式，有效避免檢測點處灰塵和物料料堆積堵塞，可用于除塵管道、稀相氣力輸送管道的風速在線檢測。