第一章 風網(wǎng)測試 中常用儀器及使用
第一節(jié)
常用的測量儀器
為了檢查通風或氣力輸送管路中的運轉操作狀態(tài)，校核系統(tǒng)中各個部分的阻力以及進行必要的調整，常需測定管路中的氣流壓力，速度以及流量。因此，了解和正確地使用各種常用測量儀器是十分重要的。
一、 U 形管液拄 壓力計
U 形管波柱 壓力計又稱 U 形壓力計，它的結構比較簡單 ( 見下圖 ) 。
U 型
壓力計
它是用一根固定在底板上的彎成 U 形的玻璃管所構成。二玻璃管的頂端均開口，玻璃管內裝有根據(jù)測壓范圍選取的指示液體，玻璃管內徑均勻，通常為 5 毫米 。底板上設有刻度標尺，用于讀取玻璃管中指示液所處的位置。為了讀數(shù)方便，標尺的零點通常置于中間，分別讀取 U 形管二側 指示液所在的刻度，相加后即可得到二側液柱 的高度差。
使用時， U 形玻璃管應垂直 放置，兩管中指示液體置于刻度零點。若需測量管道中某點的表壓時，只需將 U 形管的 一端用軟管與測壓點處的測壓管相接，另一端由于與大氣相通，所以讀取的兩側液柱差 Δ h 即為管道內相對于大氣壓力的表壓值． 如指示液為水，測得的高度以毫米計，則所示壓力單位即為常用的毫米水柱，如指示液為其它液體，則 tr 應根據(jù)指示液的ρ值，由 H= ρ gh 計算。
若要測量氣流流經一段等直徑管道時的壓降，只需將 U 形管的二端分別 與該段管道兩端的測壓口相連， U 形管兩側 的液拄差即 為兩個測壓點之間的壓力差。
若和畢托管 配合使用，將 U 形管的一端與畢托管 的任一測壓口相連，另一端與大氣相通則可分別測得靜壓和全壓值，井可據(jù)此 算得氣流速度。
U 形壓力計的測壓范圍很廣，但其誤差較大，可達± 0 ． 5 毫米水拄左右 ，用它測量小于 15-20 毫米水拄的壓力時往往不夠準確。
二、單管壓力計
單管壓力計又稱杯拄 壓力計，結構如下圖所示。壓力有一盛放指示液的杯形容器，容器一側與直長細玻璃管相通。使用時，如測量正壓可用 軟管將容器頂端小管與測壓口相連．如測得的是負壓，別使直長 玻璃管與測壓口相連，另一端則通大氣．當容器內的液體表面受到壓力時，玻璃管內的液柱上升 ，上升高度 h 可從玻璃管旁邊的刻度板上讀出．由于容器截面 Al 遠遠大于玻璃管的截面 A2 ，故可忽略容器液面下降 h1 的影響，認為玻璃管內指示液的高度 h2 ≈ h ，即為測壓點處的壓力 P 。由于壓力計的另一端敞開于大氣中，所以測得的壓力為相對于大氣壓的表壓值 。單管壓力計的特點是只需要讀取玻璃管中的高度，因而使用方便。
單管壓力計
斜管壓力計
三、斜管壓力計
斜管壓力計又稱傾斜微壓計。是一種用以測量較小壓差，精度較高的測壓儀器，結構如上圖所示。其工作原理與單管壓力計基本相同。不同的是其柱形破璃 管的角度可以調節(jié)，測量正壓時，測壓點與杯形容 器頂端開口連接；測量負壓時，測壓點則與斜管 相連．另一端通大氣。傾斜玻璃管內的液面可由玻璃管旁的 標尺讀出。
該壓力與液拄 長度 l 之間的關系為 P= ρ gh = ρ glsin α =1k
式中：ρ一 指示液的高度； k 一 壓力計常數(shù)對于既定的指示液， k 是傾斜角α的函數(shù)。
調節(jié)玻璃和的傾斜角α，可得不同的 k 值，就有不同的測量范圍。
四、畢托管
畢托管是一種感受和傳導氣流壓力的儀器。常用畢托管的結構如下圖所示，
畢托管
它由兩根管子套裝在一起組成，端部彎成 90 ○。測壓時通過頭部 A 中間的細管感受氣流的全壓，由尾部細管 C 引出，在畢托管頭部 D 處的外管壁上，沿圓周均勻地開有 4 ～ 8 個小孔用以感受靜壓，由尾部細管 B 引出。
使用時，將尾部的兩根細管通過軟管接在 U 形壓力計或微形壓力計的接口上，即可測得動壓值；壓力計僅與 B 管道相接則可測得全壓力 。需要注意，測量時畢托管 頭部管段的方向必須與氣流方向平行，如果偏斜角達到 10 ○時，測得的結果將有 3 ％ 以上的誤差。
由于測量風速時需將畢托管插入氣流，這樣將對氣流的正常流動產生干擾從而影響測量精度。根據(jù)能量方程轉換原理，其影響主要來自兩個方面，一方面是氣流流經頭部時，局部地區(qū)速度增大導致靜壓下降；另一方面是垂直氣流方向的桿部使 該處氣流撞擊桿部而 停滯，速度下降而導致靜壓增加。由于這種影響隨著離頭部頂端距離的增加互為消長，因此合理選擇畢托管靜壓感受孔的位置�？墒惯@兩種干擾互相抵消。對于圖示的畢托管，在距離頂端約 4 倍于畢托管 直徑處開設靜壓感受孔，即能達到上述要求。畢托管的外形有很多種，如有錐形頭、圓形頭、橢圓桿、圓形桿等它們的靜壓孔開設位置各不相同，但原理相同。
測量風壓時儀器的連接方法
前已述及，畢托管和測壓計配合 可分別測得靜壓、全壓和動壓。測量時的連接方法如圖所示。需要注意的是，畢托管應放置在氣流流動達到穩(wěn)定的地區(qū)，即遠離彎頭、三通、閥門等管件的直長風管部分，以避免渦流對測量精度所帶來的影響。
根據(jù)測得的動壓值，由 H 動 =1 ／ 2 ρ v2 則可算得氣流的速度值。顯然，這是畢托管頭部所在位置的速度。已經知道，流體在管道內流動時，沿截面存在著速度分布。在同一截面上的速度實際上是不均勻的。為了得到管道內的平均速度 U ，目前，常用方法是測量管中心的最大流速 Umax ，計算出 Remax =D ρ Umax ／μ值，然后由表達式 U/Umax 與 Remax 關系的圖表查得 U/Umax 值，據(jù)此即可算得平均速度，乘以截面積則得流量。
第二節(jié)
測試方法
在通風和氣力輸送工程中，阻力、流速、風量是最基本的操作和設計參數(shù)。測量氣流流經設備、管道時的壓差可以求得阻力。通過動壓力則可求得風速并進而求得風量、這些都與測量壓力有關，因而正確掌握壓力的測量方法是十分重要的。
1 ．合適的測試截面
為了測定氣流流 以作業(yè)機、接料器，卸料器、變徑管 ，彎管或除塵器的阻力，測點位置應取在緊靠這些設備的進出口處。但氣流流經構件時往往會產生渦流，影響附近測點的測量精度，因而測點又應離開設備足夠距離，且在直長管道部分。通常，離上游管件的距離應大于 4 — 5 倍的管道直徑，離下游管件的距離應大于 2 倍管徑。如圖所示。若風管的直長部分較短，測點則應偏近 氣流下游方向的管件。
測點離管件的距離
2 ．合理確定截面上的測點
氣流在同一管道截面上的速度分布是不相同的，根據(jù)已掌握的速度分布規(guī)律，對于直長圓管道可用前述查圖的 方法進行計算。若由于 測試目的和條件所限，可對測量截面的不同點上進行測定，然后求得所測數(shù)據(jù)的平均值，截面上測點的位置可按等截面分環(huán)法 確定。
對于圓截面管道，如圖所示，可將其劃分成幾個等面積的同心圓環(huán)，測點則定于等到分圓環(huán)截面的中心線與管直徑的交點處。
令各點劃線相對圓心的距離為 ri （ i 為同心圓環(huán)序號 ) ，管道半徑為 R ，圓環(huán)截面積為 Fi ，則有：
由圖可知：
若以管壁作為基準，測點離管壁的距離 Yi 為：
圓形風管測點布置
截面上劃分的圓環(huán)數(shù)愈多，測點愈多，所測數(shù)據(jù)平均后的結果愈接近實際值，然而也不能大多。通�？蓞⒖枷卤硭兄祫澐謭A環(huán)數(shù)與布點，為使用方便，在表中測點位置以 y ／ D 列出選用。
對于氣流速度呈軸對稱分布的直長風管，第個 圓環(huán)上的測點只需按軸對稱分布選取二點，如管件后直長圓管段較短，截面上氣流速度分布不再有軸對稱性，或對于 大直徑管道，每個圓環(huán)上的測點數(shù)可分布在互相垂直的二條直徑上，如圖中點 1 、 2 、 3 、 4 。
圓環(huán)劃分數(shù)
|
風管直徑 D （毫米） |
< 200 |
200-400 |
400-600 |
600-800 |
800-1000 |
>1000 |
|
劃分環(huán)數(shù) n |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
10 |
圓管測點位置
|
測點序號 |
測點位置  |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 |
0.25
0.067 |
0.296
0.174
0.044 |
0.323
0.194
0.105
0.033 |
0.342
0.226
0.147
0.082
0.026 |
0.356
0.25
0.177
0.118
0.067
0.022 |
0.367
0.269
0.201
0.147
0.099
0.057
0.018 |
0.375
0.284
0.221
0.170
0.125
0.086
0.05
0.016 |
0.382
0.296
0.237
0.188
0.147
0.109
0.075
0.044
0.014 |
0.388
0.307
0.25
0.204
0.165
0.129
0.097
0.067
0.039
0.013 |
3 ．準確讀取壓力計的讀數(shù)
工程實踐證明，用 U 形壓力計測量壓力時即使在穩(wěn)態(tài)操作下一步，由于氣流的瞬息波動， U 形管中的液柱高度 通常會隨之作小幅度的上下跳動，致使讀數(shù)困難。因此，使用畢托管測量全壓力 、靜壓力、動壓力只用一個 U 形管勢必 無法測得在同一瞬間的三個對應值，而只能分別進行測定。這樣就造成在不同瞬間測得的三個值往往不符合 H 全 =H 靜 +H 動這一基本規(guī)律，即使改用三個 U 形壓力計同時讀取 6 個讀數(shù)也難以滿足。若采用組合液測壓計則可測得 同一瞬間的三個壓力值，有效地解決了上述困難。其結構和使用的示意圖如圖所示。通過雙路單向閥門分別引出由畢托管 感受的 H 全和 H 靜，然后應用兩個三通按圖示接法，使壓力分別傳感至二根單管壓力計以及一根斜管壓力計上。單管壓力計上分別顯示靜壓力、全壓力 的數(shù)值，斜管壓力計則顯示動壓力值。當壓力計液柱波難以 讀數(shù)，或在氣力輸送管道內含有較高粉塵而易于堵塞畢托管的情況下，使用這種壓力計可在讀數(shù)時隨時切斷雙路單向閥，使三個液柱同時 停止波動，即可讀取瞬時壓力值，由于其具有上述優(yōu)點，目前已在國內推廣使用。
組合液柱測壓 計原理圖
4 ．數(shù)據(jù)處理
根據(jù)上述方法得到的幾個測點數(shù)值后，則可按下列公式求得平均數(shù)：
對于靜壓 Hj ，
對于全壓 H ○
對于動壓
在測定動壓時，有時會碰到某些測點的讀數(shù)出現(xiàn)零值或 負值的情況，這是由于氣流很不穩(wěn)定而出現(xiàn)旋渦所產生的。在上式計算平均動壓時，應將負值當作零計算，而測點數(shù) n 仍包括 該測點在內。
