第一章   风网测试 中常用仪器及使用

第一节   常用的测量仪器

    为了检查通风或气力输送管路中的运转操作状态，校核系统中各个部分的阻力以及进行必要的调整，常需测定管路中的气流压力，速度以及流量。因此，了解和正确地使用各种常用测量仪器是十分重要的。

一、 U 形管液拄 压力计

U 形管波柱 压力计又称 U 形压力计，它的结构比较简单 ( 见下图 ) 。

U 型 压力计

它是用一根固定在底板上的弯成 U 形的玻璃管所构成。二玻璃管的顶端均开口，玻璃管内装有根据测压范围选取的指示液体，玻璃管内径均匀，通常为 5 毫米 。底板上设有刻度标尺，用于读取玻璃管中指示液所处的位置。为了读数方便，标尺的零点通常置于中间，分别读取 U 形管二侧 指示液所在的刻度，相加后即可得到二侧液柱 的高度差。

    使用时， U 形玻璃管应垂直 放置，两管中指示液体置于刻度零点。若需测量管道中某点的表压时，只需将 U 形管的 一端用软管与测压点处的测压管相接，另一端由于与大气相通，所以读取的两侧液柱差 Δ h 即为管道内相对于大气压力的表压值． 如指示液为水，测得的高度以毫米计，则所示压力单位即为常用的毫米水柱，如指示液为其它液体，则 tr 应根据指示液的ρ值，由 H= ρ gh 计算。

    若要测量气流流经一段等直径管道时的压降，只需将 U 形管的二端分别 与该段管道两端的测压口相连， U 形管两侧 的液拄差即 为两个测压点之间的压力差。

    若和毕托管 配合使用，将 U 形管的一端与毕托管 的任一测压口相连，另一端与大气相通则可分别测得静压和全压值，井可据此 算得气流速度。

    U 形压力计的测压范围很广，但其误差较大，可达± 0 ． 5 毫米水拄左右 ，用它测量小于 15-20 毫米水拄的压力时往往不够准确。

二、单管压力计

单管压力计又称杯拄 压力计，结构如下图所示。压力有一盛放指示液的杯形容器，容器一侧与直长细玻璃管相通。使用时，如测量正压可用 软管将容器顶端小管与测压口相连．如测得的是负压，别使直长 玻璃管与测压口相连，另一端则通大气．当容器内的液体表面受到压力时，玻璃管内的液柱上升 ，上升高度 h 可从玻璃管旁边的刻度板上读出．由于容器截面 Al 远远大于玻璃管的截面 A2 ，故可忽略容器液面下降 h1 的影响，认为玻璃管内指示液的高度 h2 ≈ h ，即为测压点处的压力 P 。由于压力计的另一端敞开于大气中，所以测得的压力为相对于大气压的表压值 。单管压力计的特点是只需要读取玻璃管中的高度，因而使用方便。

单管压力计

斜管压力计

三、斜管压力计

    斜管压力计又称倾斜微压计。是一种用以测量较小压差，精度较高的测压仪器，结构如上图所示。其工作原理与单管压力计基本相同。不同的是其柱形破璃 管的角度可以调节，测量正压时，测压点与杯形容 器顶端开口连接；测量负压时，测压点则与斜管 相连．另一端通大气。倾斜玻璃管内的液面可由玻璃管旁的 标尺读出。

    该压力与液拄 长度 l 之间的关系为 P= ρ gh = ρ glsin α =1k

    式中：ρ一 指示液的高度； k 一 压力计常数对于既定的指示液， k 是倾斜角α的函数。

调节玻璃和的倾斜角α，可得不同的 k 值，就有不同的测量范围。

四、毕托管

毕托管是一种感受和传导气流压力的仪器。常用毕托管的结构如下图所示，

毕托管

它由两根管子套装在一起组成，端部弯成 90 ○。测压时通过头部 A 中间的细管感受气流的全压，由尾部细管 C 引出，在毕托管头部 D 处的外管壁上，沿圆周均匀地开有 4 ～ 8 个小孔用以感受静压，由尾部细管 B 引出。

    使用时，将尾部的两根细管通过软管接在 U 形压力计或微形压力计的接口上，即可测得动压值；压力计仅与 B 管道相接则可测得全压力 。需要注意，测量时毕托管 头部管段的方向必须与气流方向平行，如果偏斜角达到 10 ○时，测得的结果将有 3 ％ 以上的误差。

由于测量风速时需将毕托管插入气流，这样将对气流的正常流动产生干扰从而影响测量精度。根据能量方程转换原理，其影响主要来自两个方面，一方面是气流流经头部时，局部地区速度增大导致静压下降；另一方面是垂直气流方向的杆部使 该处气流撞击杆部而 停滞，速度下降而导致静压增加。由于这种影响随着离头部顶端距离的增加互为消长，因此合理选择毕托管静压感受孔的位置。可使这两种干扰互相抵消。对于图示的毕托管，在距离顶端约 4 倍于毕托管 直径处开设静压感受孔，即能达到上述要求。毕托管的外形有很多种，如有锥形头、圆形头、椭圆杆、圆形杆等它们的静压孔开设位置各不相同，但原理相同。

测量风压时仪器的连接方法

    前已述及，毕托管和测压计配合 可分别测得静压、全压和动压。测量时的连接方法如图所示。需要注意的是，毕托管应放置在气流流动达到稳定的地区，即远离弯头、三通、阀门等管件的直长风管部分，以避免涡流对测量精度所带来的影响。

根据测得的动压值，由 H 动 =1 ／ 2 ρ v2 则可算得气流的速度值。显然，这是毕托管头部所在位置的速度。已经知道，流体在管道内流动时，沿截面存在着速度分布。在同一截面上的速度实际上是不均匀的。为了得到管道内的平均速度 U ，目前，常用方法是测量管中心的最大流速 Umax ，计算出 Remax =D ρ Umax ／μ值，然后由表达式 U/Umax 与 Remax 关系的图表查得 U/Umax 值，据此即可算得平均速度，乘以截面积则得流量。

第二节   测试方法

在通风和气力输送工程中，阻力、流速、风量是最基本的操作和设计参数。测量气流流经设备、管道时的压差可以求得阻力。通过动压力则可求得风速并进而求得风量、这些都与测量压力有关，因而正确掌握压力的测量方法是十分重要的。

1 ．合适的测试截面

为了测定气流流 以作业机、接料器，卸料器、变径管 ，弯管或除尘器的阻力，测点位置应取在紧靠这些设备的进出口处。但气流流经构件时往往会产生涡流，影响附近测点的测量精度，因而测点又应离开设备足够距离，且在直长管道部分。通常，离上游管件的距离应大于 4 — 5 倍的管道直径，离下游管件的距离应大于 2 倍管径。如图所示。若风管的直长部分较短，测点则应偏近 气流下游方向的管件。

测点离管件的距离

2 ．合理确定截面上的测点

    气流在同一管道截面上的速度分布是不相同的，根据已掌握的速度分布规律，对于直长圆管道可用前述查图的 方法进行计算。若由于 测试目的和条件所限，可对测量截面的不同点上进行测定，然后求得所测数据的平均值，截面上测点的位置可按等截面分环法 确定。

    对于圆截面管道，如图所示，可将其划分成几个等面积的同心圆环，测点则定于等到分圆环截面的中心线与管直径的交点处。

    令各点划线相对圆心的距离为 ri （ i 为同心圆环序号 ) ，管道半径为 R ，圆环截面积为 Fi ，则有：

由图可知：

若以管壁作为基准，测点离管壁的距离 Yi 为：

圆形风管测点布置

    截面上划分的圆环数愈多，测点愈多，所测数据平均后的结果愈接近实际值，然而也不能大多。通常可参考下表所列值划分圆环数与布点，为使用方便，在表中测点位置以 y ／ D 列出选用。

    对于气流速度呈轴对称分布的直长风管，第个 圆环上的测点只需按轴对称分布选取二点，如管件后直长圆管段较短，截面上气流速度分布不再有轴对称性，或对于 大直径管道，每个圆环上的测点数可分布在互相垂直的二条直径上，如图中点 1 、 2 、 3 、 4 。

圆环划分数

圆管测点位置

3 ．准确读取压力计的读数

工程实践证明，用 U 形压力计测量压力时即使在稳态操作下一步，由于气流的瞬息波动， U 形管中的液柱高度 通常会随之作小幅度的上下跳动，致使读数困难。因此，使用毕托管测量全压力 、静压力、动压力只用一个 U 形管势必 无法测得在同一瞬间的三个对应值，而只能分别进行测定。这样就造成在不同瞬间测得的三个值往往不符合 H 全 =H 静 +H 动这一基本规律，即使改用三个 U 形压力计同时读取 6 个读数也难以满足。若采用组合液测压计则可测得 同一瞬间的三个压力值，有效地解决了上述困难。其结构和使用的示意图如图所示。通过双路单向阀门分别引出由毕托管 感受的 H 全和 H 静，然后应用两个三通按图示接法，使压力分别传感至二根单管压力计以及一根斜管压力计上。单管压力计上分别显示静压力、全压力 的数值，斜管压力计则显示动压力值。当压力计液柱波难以 读数，或在气力输送管道内含有较高粉尘而易于堵塞毕托管的情况下，使用这种压力计可在读数时随时切断双路单向阀，使三个液柱同时 停止波动，即可读取瞬时压力值，由于其具有上述优点，目前已在国内推广使用。

组合液柱测压 计原理图

4 ．数据处理

根据上述方法得到的几个测点数值后，则可按下列公式求得平均数：

对于静压 Hj ，

对于全压 H _○

对于动压

在测定动压时，有时会碰到某些测点的读数出现零值或 负值的情况，这是由于气流很不稳定而出现旋涡所产生的。在上式计算平均动压时，应将负值当作零计算，而测点数 n 仍包括 该测点在内。