1、引言

        主通风机是矿井的重要设备之一，担负着向井下输送足够数量的新鲜空气，以冲淡有害气体的浓度和带走飞扬的煤尘，保证给井下作业的工人一个安全、可靠、良好的工作条件，井下风量的大小与作业环境有密切的关系，因此，通风机的风量是矿井通风的一个#重要的参数之一。

        现在很多矿井还采用传统方式监测井下风量，通过读取U形管中液压差判断井下风量大小。西安科技大学开发的基于USB总线结构的便携式通风机性能测试分析虚拟仪器，采用测量风速或动压来测量风量。传统方法测量准确度受人为因素影响较大，不能连续测量，李曼等开发的测量方法能够自动测量风量，但测量元件和测量方法复杂，成本较高。本文采用微差压变送器作为采集元件，通过自制的引压装置引压，由计算机完成对风量的采集和计算，完成对风量的准确采集和连续纪录，同时完成相关预警等，保证对风量的准确监测，该方法测量手段简单，结果准确可靠，成本相对较低，在矿井风量测量中应用前进广阔。

2、微差压变送器的测量原理

        微差压变送器是一种电容式传感器，以可变参数电容器作为传感元件，将被测非电量变化转换为电容量变化，再通过测量线路转换为电信号输出的非电量测量装置。如图1所示，平行板电容器电容量C为：C=εS/δ

式中：ε——极板间介质的介电常数；

S——极板面积

δ——极板间的距离。

(1)式中任意一个量的改变都将使电容C随之改变，因此，通过一定的测量电路将变化量转换为电信号输出，即可确定被测量的大小。

        微差压变送器是由压力传感元件和压力变送元件组成的，压力传感元件是将被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送元件是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器，当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。

3、风压采集方案设计

        要准确的测量风量，需要对风峒中的实际风流情况进行准确采集，引压装置在这里就显得较为重要，笔者根据经验选择了中国矿业大学胡亚非教授发的引压装置，引压装置包括与风道截面形状相同的均压管，通过固定架固定在风道的风峒墙上，均压管上安置有若干个测压头，测压头垂直于风道截面，且端头平行于来流方向，均压管内的压力信号通过测压引出导管引出。

        确定了引压装置，通过一定的引压管路和滤配装置即可将压力信号引入三畅微差压变送器，完成压力信号的采集和变送，如图2所示。

4、风量的计算

        由流体力学知识可知，在同一管路中，由于截面的改变带来的压力不同可求得风机通过的风量。在不考虑流动损失时，由流体力学基本方程式：

式中

P-静压，Pa；

t-时间，s；

g-重力加速度，m/s；

ρ-空气密度，kg/m；

v-风流流动速度，m/s；

l-风流的流线长度，m；

若视风道中的风流为定常流，那么沿流线积分为常数，并积分(2)式得：

式中：z-标高，m；

对矿井通风系统来说，在风峒中标高z不变，Zgρ项可以省略，则有：

上式表明：在流动损失可以忽略的情况下，风峒中各截面上的全压相等，并且截面上的静压和动压可以相互转化，动能较大的截面静压较低，动能较小的截面静压较高。根据这一原理，选择两个截面，一个在风机人口集流器附近(定义为截面1)，一个在动轮前集流罩处的环形空间上(定义为截面2)，截面1、2面积的变化使流经气流产生静压差，忽略1、2截面微小的流动损失，由式(4)可得，1、2截面的静压差等于两截面的动压差，即：