礦用風速表檢定中標準風速影響因素的分析

萬金筆 陸馗樞

【摘要】礦用風速表應用于礦井巷道中，對礦井巷道中風速進行有效測量。礦井通風可為井下提供新鮮空氣，排出有毒有害氣體以及粉塵。礦用風速表屬于安全防護類型計量器具，其量值的準確關乎煤礦安全生產。所以在檢定中我們要注意那些產生測量誤差的相關因素，確保經量值溯源的礦用風速表示值準確可靠。準確的礦用風速表可以保證礦井穩定運營和安全生產，為煤炭開采企業的安全生產保駕護航。本文針對礦用風速表在檢定過程中實際標準風速的影響因素進行探討。

【關鍵詞】礦用風速表；標準風速；影響因素

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.013

Analysis of Influencing Factors of Standard Wind Speed in Mine Anemometer Verification

WAN Jinbi， LU Kuishu*

（Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute， Zunyi 563000， China）

Abstract：The mine anemometer is applied in the mine tunnel to effectively measure the wind speed in the mine tunnel. Mine ventilation can provide fresh air for the underground， expel toxic and harmful gases as well as dust. The mine anemometer belongs to the type of safety protection measuring instrument， and its accuracy is related to the safety production of coal mines. So in the verification process， we need to pay attention to the relevant factors that cause measurement errors， and ensure that the mine wind speed represented by the traceable values is accurate and reliable. An accurate mine anemometer can ensure stable operation and safe production of the mine， providing a safeguard for the safety production of coal mining enterprises. This article explores the factors that affect the actual standard wind speed during the calibration process of mining anemometers.

Key words：mine anemometer； standard wind speed； influence factor

提到“以風定產”就不得不提礦井通風。在對大量的煤礦事故進行調查分析中，我們不難發現絕大多數瓦斯爆炸的原因都涉及礦井通風的問題，這就突顯了礦井通風在煤礦安全生產中的重要性。

目前煤礦井下風速測量的儀表主要有機械式風速表、機械式電子風速表、電子風速表和風速傳感器等。各種風速儀表在下井之前都必須到國家授權的機構進行檢定，檢定合格或校準符合要求后方可使用。由于煤礦井下環境惡劣，以及在使用中發生碰撞、震動等都會造成風速表不能準確測量實際風速。這不僅會嚴重影響礦井通風工作，而且也無法正確掌握礦井通風情況，給煤礦安全生產帶來嚴重的隱患。

所以，我們每個礦用風速表檢定工作人員，不僅應懂得風速儀表的結構原理，還應了解影響風速表檢定過程的各種因素，盡自己最大的努力做好計量工作，為煤礦安全生產作出自己的貢獻。

機械葉片式風速表是被普遍使用，主要用來測量煤礦井下平均風流速度的一種儀表，主要分為高速風表、中速風表、低速風表3種。高速風表的測量范圍為0.8～25 m/s，起動風速不大于0.6 m/s；中速風表的測量范圍為0.5～10 m/s，起動風速不大于0.4 m/s；低速風表的測量范圍為0.3～5 m/s，起動風速不大于0.2 m/s。

機械式風速表是煤礦井下運用最廣的風速測量儀表。機械式風速表主要由翼輪、渦輪、渦輪軸、計數器、指示針、回零裝置離合閘、護殼、提環、底座等組成。翼輪是由8個葉片按照與旋轉軸的垂直平面呈一定角度安裝組成，翼輪軸安裝在2個三腳架中的剛玉軸眼中。翼輪轉動時，通過渦輪、渦輪軸將運動傳給計數器，計數器指針轉動指示出翼輪轉動速度，翼輪轉動速度與實際風速之間的關系記載于風表的曲線圖標上。表頭上部有2支杠桿，頂端1支圓帽形的圓柱杠桿是回零閘壓桿，將它輕輕壓下能使長短指針立即恢復零位，另1支為離合閘，將它左右推動能使計數器與翼軸連接或分開。

根據所測地點的風速，選擇合適的風表。取出風表和秒表，將風表和秒表指針回零，然后使風表迎著風流，并與風流方向垂直，風表空轉30 s后同時打開風表和秒表開關，開始測定。

選用風表移動路線：可以采用折線法（六線法）、四線法、迂回八線法、12點法、標準線路法等方法。測風過程中，風表移動要平穩、勻速。風表在移動時，測風員持表姿勢應采用側身法。機械式風表在1 min時同時關閉風表、秒表開關，讀出表速。在同一斷面處測風不得少于3次，每次的結果誤差不應超過5%。

礦用風速表檢定裝置主要由風洞、微差壓變送器、皮托管、溫度計等組成。測量下限不大于0.2 m/s，測量上限不小于25 m/s。JJG（煤炭）01—96《礦用風速表檢定規程》中要求：風洞的風速測量范圍大于風速表的測量范圍，風洞氣流均勻性不大于1.50%，風洞氣流穩定性不大于0.50%；微差壓計測量范圍不小于500 Pa，誤差0.8 Pa；皮托管校準系數0.998～1.004，準確度為二等；大氣壓力計最小分度值10 Pa，誤差±40 Pa；溫度計測量范圍為0～50℃，在檢定一只風速表環境溫度變化不超過1℃。

風速表誤差應符合表1規定。

在檢定過程中，其標準風速值與皮托管、微差壓變送器、大氣壓力表、溫度計的準確度以及風洞的穩定性有關。

6.1微差壓變送器的影響

6.1.1微差壓計變送器零點偏差的影響

假如微差壓變送器量程為500 Pa，準確度等級為0.1級時最大允許誤差為0.5 Pa，符合規程要求；假如微差壓變送器量程為1000 Pa，準確度等級為0.1級時最大允許誤差為1.0 Pa，不符合規程要求。所以在配備微差壓變送器時要注意準確度等級的同時要合理選擇滿足規程要求的量程。

6.2皮托管的影響

從JJG（煤炭）01—96《礦用風速表檢定規程》可知，皮托管安裝在風洞工作段距離內壁應大于1/8工作段直徑的風速均勻區，皮托管側頭迎風正對氣流，測頭與氣流軸向最大偏角為±3°。

皮托管校準系數在0.998～1.004，假設其他要素均為恒定情況下，空氣密度ρ= 1kg/m3，皮托管系數對標準風速的影響系數為0.998～1.002，對于低速風表最大測量點5 m/s時，標準風速范圍為4.99～5.01 m/s；對于中速風表最大測量點10 m/s時，標準風速范圍為9.98～10.02 m/s；對于高速風表最大測量點25 m/s時，標準風速范圍為24.95～25.05 m/s。從上述數據可知皮托管系數對標準風速的影響量很小。

6.3大氣壓力的影響

大氣壓隨著高度的升高而降低，而空氣密度則隨著高度的升高而降低，所以大氣壓高則空氣密度大，反之也是。

從JJG（煤炭）01—96《礦用風速表檢定規程》可知，大氣壓力表最大允許誤差40 Pa，由公式（2）可知大氣壓力值的變化主要影響介質空氣的密度。假設其他要素均為恒定情況下，通過公式計算大氣壓力表最大允許誤差對介質密度的影響系數為0.96～1.04，對標準風速的影響系數為0.98～1.02。

6.4溫度的影響

當空氣溫度升高時，在質量一定的情況下，空氣因膨脹而體積變大，所以其密度會變小，相反則變大。假設其他要素均為恒定情況，規程規定檢定一只風表環境溫度變化不超過1℃，根據實驗可知一般溫度變化1℃，標準風速變化0.05 m/ s。所以在檢定過程中嚴格控制室內溫度以及風洞內溫度，減少檢測室溫度與風洞內溫差。

6.5風洞的影響

由JJG（煤炭）01—96《礦用風速表檢定規程》可知風洞氣流均勻性不大于1.50%，風洞氣流穩定性不大于0.50%。風洞不均勻和不穩定影響標準風速值主要體現在測量重復性引入的標準不確定度。風洞的均勻性和穩定性是在重復性條件下利用標準風速表來測量的，通過多次重復性測量計算其實驗標準偏差。

采用A類方法進行評定。測量點為15 m/s，在重復性條件下測量，重復性試驗結果見表2。

綜上所述，在礦用風速表的檢定過程中，合理控制好影響標準風速值的每一個變量是十分必要的。同時煤礦用風速表的種類繁多，外形也各不相同，計量檢定人員只有熟知其工作原理、內部構造以及使用方法，才能保證礦用風速表測量數據的準確性，進而為煤礦企業的安全生產保駕護航。

【參考文獻】

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[2]礦用風速表：JJG（煤炭）01—96[S].

[3]張悅.礦用風速表測量結果的不確定度評定[J].中國計量，2014（10）：96-97，100.

【作者簡介】

萬金筆，男，1987年出生，高級工程師，學士，研究方向為計量檢定、校準以及測試。

通訊作者：陸馗樞，男，1981年出生，高級工程師，碩士，研究方向為礦山安全計量以及溫度、壓力，郵箱：843416412@qq. com。

（編輯：李加鵬）