CN110361077A - 一种流量及风速传感器标校装置及标校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种流量及风速传感器标校装置及标校方法，包括管件、安装在管件上的风机及稳流滤网、电源、变频器、毕托管、微压计、大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置；管件侧壁上开设位于稳流滤网的出风侧的毕托管插孔、传感器插孔，以管件中空气流动的方向为后，风机位于稳流滤网的前方，或者，风机位于毕托管插孔及传感器插孔的后方；风机连接至电源及变频器；毕托管的两个管角与微压计的两个接口连通。方法包括如下步骤：测量大气压力、温度、空气湿度等参数，计算空气密度，测动压，计算风速、流量，标校传感器。发明的优点在于：标校成本低，标校用时短，避免传感器备用量紧张的情况。
Description
技术领域
本发明涉及传感器标校领域，具体涉及一种流量及风速传感器标校装置及标校方法。
背景技术
矿用风速传感器及管道流量传感器是煤矿监测监控***中所用的重要传感器，在投入井下使用前，必需在地面进行标校工作，标校后，要求传感器测量误差要满足井下现场测量需要。常规的标校装置属精密装置，对使用环境各方面有一定的限制，标校精度远高于现场使用的需要，装置价格昂贵，主要用于科研及仪表检验资质单位。现场使用的传感器，一旦出现失准时，只能返厂重新标校，整个过程时间长，造成传感器备用量紧张。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有技术中风速传感器及流量传感器标校成本高、用时较长的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种流量及风速传感器标校装置，包括管件、安装在管件上的风机及稳流滤网、电源、变频器、毕托管、微压计、大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置；
所述管件侧壁上还开设有用于安装毕托管的毕托管插孔、用于安装待测传感器的传感器插孔，且所述毕托管插孔、传感器插孔均位于稳流滤网的出风侧，以管件中空气流动的方向为后，所述风机位于稳流滤网的前方，或者，所述风机位于毕托管插孔及传感器插孔的后方；
所述风机连接至电源及变频器；
所述毕托管的两个管角与微压计的两个接口连通。
本发明中的一种流量及风速传感器标校装置在实际应用时，首先用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力、温度、空气湿度，然后计算出空气密度，然后用毕托管测出不同变频器数值下的动压，计算不同变频器数值时标校点处的风速及流量，并将计算值作为标准值，随后进行流量及风速传感器标校，相对于现有技术，采用此装置进行流量及风速传感器标校时，无需购置昂贵的标校设备，也不用花费太多的标校费用，因此成本较低，同时由于无需送至标校厂家进行标校，因此标校用时较短，避免传感器备用量紧张的情况。
优化的，所述管件两端均为喇叭口，所述风机安装在管件端部。
优化的，所述毕托管插孔、传感器插孔均位于风机与稳流滤网之间。将毕托管插孔、传感器插孔布置在风机与稳流滤网之间，实际标校时，风机向管件外抽风，风经过稳流滤网之后再经过毕托管插孔、传感器插孔，最后被风机抽出，此流动方式中风流动较为稳定，不易产生乱流，确保标校较为准确。
优化的，所述稳流滤网为纱网或者铁丝网。纱网或者铁丝网结构简单，稳流效果较好，且成本较低，容易获取。
优化的，所述电源采用稳压电源。稳压电源能够为风机提供稳定的电源，进而确保风机运转稳定，保证标校准确。
优化的，所述微压计采用补偿式微压计。补偿式微压计与毕托管连接，可方便、准确的检测出管件动压，进而便于计算管件中风速及流量，为传感器的标校做准备。
优化的，所述大气压力检测装置采用空盒气压计。空盒气压计结构简单，便于操作，且检测经过较为精确。
优化的，所述空气湿度检测装置采用湿度计。湿度计能够方便检测空气湿度，操作简单，检测结果较为准确。
本发明还公开一种采用上述任一项所述的一种流量及风速传感器标校装置的标校方法，包括如下步骤：
S1、用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力P、温度T、空气湿度φ；
S2、计算标校环境空气密度，公式为：
此为公式①，其中：
ρ—空气密度，kg/m3；P—大气压，Pa；T—绝对温度，K，T＝273+t，t—环境摄式温度，℃；—空气湿度，％；P饱—饱合水蒸气压力(查表得到)，Pa；
S3、将毕托管***毕托管插孔，启动风机，将变频器调整至不同数值，控制风机转速，并得出微压计在不同变频器数值时的动压H动，H动＝H全-H静，其中H动—动压，mmH2O；H全—全压，mmH2O；H静—静压，mmH2O；
S4、计算不同变频器数值时标校点处的风速，公式为：
此为公式②，其中：
V—风速，m/s；H动—动压，Pa，计算时，将H动的单位由mmH2O转化为Pa，转化公式为1mmH2O＝9.8Pa；C—毕托管系数，NPL标准毕托管，C＝0.998；ρ—标校点空气密度，kg/m3；
记录计算所得的不同变频器数值时标校点处的风速，作为标准风速；
S5、计算不同变频器数值时标校点处的流量，公式为：
Q＝60KVS
此为公式③，其中：
Q—流量，m3/min；K—流场分布系数，K＝0.95～1.00；V—风速，m/s；S—管件内径截面积，m2；
记录计算所得的不同变频器数值时标校点处的流量，作为标准流量；
S6、风速传感器标校：将待标校风速传感器***传感器插孔中，并将风速传感器接通传感器电源，启动风机，观察风速传感器的风速显示值，并与步骤S4中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使风速传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S4中的计算结果为标准值，修正风速传感器的显示值，标校完成后，将变频器调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同风速时风速传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出风速传感器；
S7、流量传感器标校：将待标校流量传感器***传感器插孔中，并将流量传感器接通传感器电源，启动风机，观察流量传感器的流量显示值，并与步骤S5中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使流量传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S5中的计算结果为标准值，修正流量传感器的显示值，标校完成后，将变频器调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同流量时流量传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出流量传感器，并关闭风机。
优化的，在进行步骤S6和S7之前，用测值准确的传感器分别对计算的结果进行验证，误差在5％以内则计算准确，误差超过5％则重复步骤S1-S5，并重新进行验证，直至误差在5％以内。
采用上述一种流量及风速传感器标校方法，能够从理论上准确的计算出不同变频器数值情况下的风速及流量，并以此作为标准值，然后在不同变频器数值情况下，将传感器数值调整至标准值，即可实现对流量及风速传感器的标校，该方法无需购置昂贵的标校设备，也不用花费太多的标校费用，因此成本较低，同时由于无需送至标校厂家进行标校，因此标校用时较短，避免传感器备用量紧张的情况。
本发明的有益效果在于：
1.本发明中的一种流量及风速传感器标校装置在实际应用时，首先用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力、温度、空气湿度，然后计算出空气密度，然后用毕托管测出不同变频器数值下的动压，计算不同变频器数值时标校点处的风速及流量，并将计算值作为标准值，随后进行流量及风速传感器标校，相对于现有技术，采用此装置进行流量及风速传感器标校时，无需购置昂贵的标校设备，也不用花费太多的标校费用，因此成本较低，同时由于无需送至标校厂家进行标校，因此标校用时较短，避免传感器备用量紧张的情况。
2.将毕托管插孔、传感器插孔布置在风机与稳流滤网之间，实际标校时，风机向管件外抽风，风经过稳流滤网之后再经过毕托管插孔、传感器插孔，最后被风机抽出，此流动方式中风流动较为稳定，不易产生乱流，确保标校较为准确。
3.纱网或者铁丝网结构简单，稳流效果较好，且成本较低，容易获取。
4.稳压电源能够为风机提供稳定的电源，进而确保风机运转稳定，保证标校准确。
5.补偿式微压计与毕托管连接，可方便、准确的检测出管件动压，进而便于计算管件中风速及流量，为传感器的标校做准备。
6.空盒气压计结构简单，便于操作，且检测经过较为精确。
7.湿度计能够方便检测空气湿度，操作简单，检测结果较为准确。
8.采用上述一种流量及风速传感器标校方法，能够从理论上准确的计算出不同变频器数值情况下的风速及流量，并以此作为标准值，然后在不同变频器数值情况下，将传感器数值调整至标准值，即可实现对流量及风速传感器的标校，该方法无需购置昂贵的标校设备，也不用花费太多的标校费用，因此成本较低，同时由于无需送至标校厂家进行标校，因此标校用时较短，避免传感器备用量紧张的情况。
附图说明
图1为本发明实施例中一种流量及风速传感器标校装置的示意图；
其中，
管件-1、毕托管插孔-11、传感器插孔-12；
风机-2；
稳流滤网-3；
电源-4；
变频器-5。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
如图1所示，一种流量及风速传感器标校装置，包括管件1、风机2、稳流滤网3、电源4、变频器5，还包括毕托管、微压计、大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置(图中未示出)。
所述管件1为圆管，本实施例中管件1采用内径为250mm的标准管件，其两端均为喇叭口，所述风机2安装在管件1右端部，稳流滤网3安装在管件1左端内部，且稳流滤网3垂直于管件1的轴线。
所述管件1侧壁上还开设有用于安装毕托管的毕托管插孔11、用于安装待测传感器的传感器插孔12，且所述毕托管插孔11、传感器插孔12均位于稳流滤网3的出风侧，以管件1中空气流动的方向为后，所述风机2位于稳流滤网3的前方，或者，所述风机2位于毕托管插孔11及传感器插孔12的后方，本实施例中，所述毕托管插孔11、传感器插孔12均位于风机2与稳流滤网3之间。
所述稳流滤网3为纱网或者铁丝网，所述电源4采用稳压电源。
所述风机2连接至电源4及变频器5，所述毕托管的“+”、“-”两个管角与微压计的“+”、“-”两个接口连通。
所述微压计采用补偿式微压计，所述大气压力检测装置采用空盒气压计，所述空气湿度检测装置采用湿度计。
实施例二：
本发明还公开一种采用实施例一所述的一种流量及风速传感器标校装置的标校方法，包括如下步骤：
S1、用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力P、温度T、空气湿度φ；
S2、计算标校环境空气密度，公式为：
此为公式①，其中：
ρ—空气密度，kg/m3；P—大气压，Pa；T—绝对温度，K，T＝273+t，t—环境摄式温度，℃；—空气湿度，％；P饱—饱合水蒸气压力(查表得到)，Pa；
S3、将毕托管***毕托管插孔11，启动风机2，将变频器5调整至不同数值，控制风机2转速，并得出微压计在不同变频器5数值时的动压H动，H动＝H全-H静，其中H动—动压，mmH2O；H全—全压，mmH2O；H静—静压，mmH2O；
S4、计算不同变频器5数值时标校点处的风速，公式为：
此为公式②，其中：
V—风速，m/s；H动—动压，Pa，计算时，将H动的单位由mmH2O转化为Pa，转化公式为1mmH2O＝9.8Pa；C—毕托管系数，NPL标准毕托管，C＝0.998；ρ—标校点空气密度，kg/m3；
记录计算所得的不同变频器5数值时标校点处的风速，作为标准风速；
通过实验，测量点的空气密度范围为1.18-1.22kg/m3，因此可将公式②优化为：此为公式④，其中，H读—补偿式微压计测量读数，mmH2O；由于井下现场测量精度要求并不是特别高，为满足井下需求，同时为了提高标校效率，实际应用时采用经验公式④进行快速计算，并以此计算结果作为标准值对传感器进行标校；
S5、计算不同变频器5数值时标校点处的流量，公式为：
Q＝60KVS
此为公式③，其中：
Q—流量，m3/min；K—流场分布系数，K＝0.95～1.00；V—风速，m/s；S—管件1内径截面积，m2，本实施例中所述管件1内径截面积为0.049m2；
记录计算所得的不同变频器5数值时标校点处的流量，作为标准流量；
接下来，用测值准确的新风速传感器及新管道流量传感器分别对计算的结果进行验证，误差在5％以内则计算准确，误差超过5％则重复步骤S1-S5，并重新进行验证，直至误差在5％以内。
具体的，风速检测计算结果如表1所示：
表1风速测值对比表
由表1可知，标校装置测量出的风速值与新风速传感器的显示值误差在5％左右，仅第1组数据超出误差范围，在对精度要求不高的井下测量，可认为其符合行业技术要求，可进行接下来的标校，另外，若对误差要求较低，则重复步骤S1-S5，并重新进行验证，直至误差在5％以内。
流量检测计算结果如表2所示：
表2管道流量测值统计表
通过表2数据对比，可以得出标校装置测量出的管道流量值与新管道流量传感器显示值误差在5％左右，仅第1组数据超出误差范围，在对精度要求不高的井下测量，可认为其符合行业技术要求，可进行接下来的标校，另外，若对误差要求较低，则重复步骤S1-S5，并重新进行验证，直至误差在5％以内。
计算结果符合行业要求，接下来则可进行传感器的标校工作：
S6、风速传感器标校：将待标校风速传感器***传感器插孔12中，并将风速传感器接通传感器电源，启动风机2，观察风速传感器的风速显示值，并与步骤S4中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器5数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使风速传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S4中的计算结果为标准值，修正风速传感器的显示值，标校完成后，将变频器5调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同风速时风速传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出风速传感器；
S7、流量传感器标校：将待标校流量传感器***传感器插孔12中，并将流量传感器接通传感器电源，启动风机2，观察流量传感器的流量显示值，并与步骤S5中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器5数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使流量传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S5中的计算结果为标准值，修正流量传感器的显示值，标校完成后，将变频器5调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同流量时流量传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出流量传感器，并关闭风机2。
另外，为保证标校准确，在实际标校时，可进行两次标校，以确保标校准确、可靠。
工作原理：
首先用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力、温度、空气湿度，然后计算出空气密度，然后用毕托管测出不同变频器5数值下的动压，计算不同变频器5数值时标校点处的风速及流量，并将计算值作为标准值，随后进行流量及风速传感器标校，相对于现有技术，采用此装置进行流量及风速传感器标校时，无需购置昂贵的标校设备，也不用花费太多的标校费用，因此成本较低，同时由于无需送至标校厂家进行标校，因此标校用时较短，避免传感器备用量紧张的情况。
通过研制的流量及风速传感器标校装置及标校方法，实现了煤矿现场独立标校多类型风速及管道流量传感器的需求，节省了原标校所需用的时间和资金。在此之前，管道流量传感器返厂标校周期一般为30天，标校费用，以光力产循环自激式自动计量为例，3000元/套。标校装置投入后，管道流量传感器一经升井，由检修员工进行清洗、检修、标校、入库等工作，6个小时即可完成，且不产生标校费用，并且标校后的传感器测量误差符合国家相关标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：包括管件(1)、安装在管件(1)上的风机(2)及稳流滤网(3)、电源(4)、变频器(5)、毕托管、微压计、大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置；
所述管件(1)侧壁上还开设有用于安装毕托管的毕托管插孔(11)、用于安装待测传感器的传感器插孔(12)，且所述毕托管插孔(11)、传感器插孔(12)均位于稳流滤网(3)的出风侧，以管件(1)中空气流动的方向为后，所述风机(2)位于稳流滤网(3)的前方，或者，所述风机(2)位于毕托管插孔(11)及传感器插孔(12)的后方；
所述风机(2)连接至电源(4)及变频器(5)；
所述毕托管的两个管角与微压计的两个接口连通。
2.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述管件(1)两端均为喇叭口，所述风机(2)安装在管件(1)端部。
3.根据权利要求1或2所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述毕托管插孔(11)、传感器插孔(12)均位于风机(2)与稳流滤网(3)之间。
4.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述稳流滤网(3)为纱网或者铁丝网。
5.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述电源(4)采用稳压电源。
6.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述微压计采用补偿式微压计。
7.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述大气压力检测装置采用空盒气压计。
8.根据权利要求1所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：所述空气湿度检测装置采用湿度计。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的一种流量及风速传感器标校装置的标校方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、用大气压力检测装置、温度检测装置、空气湿度检测装置分别检测标校环境中大气压力P、温度T、空气湿度φ；
S2、计算标校环境空气密度，公式为：
此为公式①，其中：
ρ—空气密度，kg/m3；P—大气压，Pa；T—绝对温度，K，T＝273+t，t—环境摄式温度，℃；—空气湿度，％；P饱—饱合水蒸气压力(查表得到)，Pa；
S3、将毕托管***毕托管插孔(11)，启动风机(2)，将变频器(5)调整至不同数值，控制风机(2)转速，并得出微压计在不同变频器(5)数值时的动压H动，H动＝H全-H静，其中H动—动压，mmH2O；H全—全压，mmH2O；H静—静压，mmH2O；
S4、计算不同变频器(5)数值时标校点处的风速，公式为：
此为公式②，其中：
V—风速，m/s；H动—动压，Pa，计算时，将H动的单位由mmH2O转化为Pa，转化公式为1mmH2O＝9.8Pa；C—毕托管系数，NPL标准毕托管，C＝0.998；ρ—标校点空气密度，kg/m3；
记录计算所得的不同变频器(5)数值时标校点处的风速，作为标准风速；
S5、计算不同变频器(5)数值时标校点处的流量，公式为：
Q＝60KVS
此为公式③，其中：
Q—流量，m3/min；K—流场分布系数，K＝0.95～1.00；V—风速，m/s；S—管件(1)内径截面积，m2；
记录计算所得的不同变频器(5)数值时标校点处的流量，作为标准流量；
S6、风速传感器标校：将待标校风速传感器***传感器插孔(12)中，并将风速传感器接通传感器电源，启动风机(2)，观察风速传感器的风速显示值，并与步骤S4中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器(5)数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使风速传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S4中的计算结果为标准值，修正风速传感器的显示值，标校完成后，将变频器(5)调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同风速时风速传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出风速传感器；
S7、流量传感器标校：将待标校流量传感器***传感器插孔(12)中，并将流量传感器接通传感器电源，启动风机(2)，观察流量传感器的流量显示值，并与步骤S5中的计算结果进行比对，结果相同则进行下一变频器(5)数值时的标校，若结果不同，则用传感器遥控器操作，使流量传感器进入标校状态，在标校页面中，以步骤S5中的计算结果为标准值，修正流量传感器的显示值，标校完成后，将变频器(5)调整至不同数值，并重复上述步骤，完成不同流量时流量传感器的标校，标校完成后，退出传感器标校页面，关闭传感器电源，取出流量传感器，并关闭风机(2)。
10.根据权利要求9所述的一种流量及风速传感器标校装置，其特征在于：在进行步骤S6和S7之前，用测值准确的传感器分别对计算的结果进行验证，误差在5％以内则计算准确，误差超过5％则重复步骤S1-S5，并重新进行验证，直至误差在5％以内。
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