矿用风速传感器

矿用风速传感器用于煤矿井下各种主要的测风巷道及风口,主扇风机井口等处的风速检测,以确保煤矿的安全生产;矿用风速传感器为本质安全型,是一种智能型的检测仪表,使用方便,能与各种煤矿安全监测系统配套使用。

什么是矿用风速传感器

矿用传感器是煤矿监控系统的“耳目”,它用于监测煤矿环境参数与生产过程参数,将各种物理量转换为电信号。

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(图片来源于网络)

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煤矿安全监测系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。世界各主要产煤国对此都十分重视,研制、生产和推广使用了环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统,提高了生产率和设备利用率,增强了矿山安全。

矿用风速传感器的技术指标

测量范围:0.4~15m/s

测量误差:≤±0.3m/s

输出信号:频率型 200Hz~1000Hz 或电流型 1mA~5mA

工作电压:12V~21V(DC)

工作电流:≤90mA

传输距离:≤2Km

矿用风速传感器的分类

(1)按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。

(2)按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。

(3)按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。模拟信号应符合下列信号制式:电流模拟信号为 1~5mA 或 4~20mA,频率模拟信号为 200~1000Hz 或 5~15Hz。

(4)按作用原理不同可分为:机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。

(5)按风速的测量范围可分为高速风速传感器(V>10m/s)、中速风速传感器(V=0.5m/s~10m/s)、低速风速传感器(V =0.3m/s~0.5m/s)。

矿用风速传感器工作原理

工作原理:

矿用风速传感器是利用卡曼涡街原理和超声波旋涡式风速传感器工作原理。

卡曼涡街原理

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图 1 卡曼涡街效应

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(图片来源于网络)

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超声波旋涡式风速传感器是利用卡曼涡街效应设计的。在流体中设置旋涡发生体(阻流体),从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图 1 所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

卡曼涡街效应

f=s·v/d

式中:f- 漩涡频率;

s- 常数;圆柱形挡体的 s 值为 0.21;

v- 未扰动流体的速度;

d- 阻挡体宽度(或直径)

首先将风速转换成与风速成正比的旋涡频率,然后通过超声波将旋涡频率转换成超声波脉冲,后将超声波脉冲转换成电脉冲,从而测得风速。由于超声波旋涡式风速传感器具有寿命长,易维护,成本低等优点。因此,在矿井监控系统中获得了广泛应用。

我们知道,在流动的水中,垂直于流向插人一阻挡体,在阻挡体的下游会产生两列内旋的互相交替的旋涡。可以证明:在无限界流场中,垂直流向插入一根无限长非流线形阻挡体,阻挡体的下游将产生两列内旋、互相交替的旋涡,若对流速、阻挡体截面面积和形状作适当的限制,则旋涡频率与流速成正比:其旋涡的发生频率为 f,被测介质来流的平均速度为 V,旋涡发生体迎面宽度为 d,交替产生的漩涡数通过压电元件检测出频率 f,经电子线路检测后送给定时控制器、锁定寄存器进行运算处理给显示电路进行显示。

超声波旋涡式风速传感器工作原理:

如图 2 所示。在风洞中设置确定旋涡发生杆(即阻挡体),在阻挡体下方安装一对超声波发射器和接收器,当流动空气经过旋涡发生杆时,在其下方产生两列内旋相互交替的旋涡。由于旋涡对超声波的阻挡作用,超声波接收器将会收到强度随旋涡频率变化的超声波,即旋涡没有阻挡超声波时,接收到的超声波强度最大,旋涡正好阻挡超声波时,接收到的超声波强度最小。超声波接收器将接收到的幅度变化的超声波转换成电信号,所经过放大、解调、整形等就可获得与风速成正比的脉冲频率。

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当发生杆一定时,风速越大,形成的卡曼旋涡就越强,对超声波束调制度越大。当风速很低时,会形不成旋涡。为检测较低的风速,可以增大发生杆直径或提高超声波接收器的灵敏度。能产生旋涡的发生杆直径与风速关系如图 3 所示。

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(图片来源于网络)

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产生旋涡的发生杆直径与风速关系

为了解决低风速的测量问题,首先要设法提高调制度,方法一是选择合理的漩涡发生体;方法二是用灵敏度高的超声波换能器,超声波发射与接收器的形状、断面尺寸、相对位置及安装紧固程度和偏移角等都会影响灵敏度。超声波发射与接收器应设置在其轴线距发生杆的距离为发生杆直径 6 倍的地方,以保证线性度。超声波的工作频率应为 140~150kHz,即高于风速旋涡频率两个数量级,但不要过高,过高会造成超声波在空气中传播时的严重衰减。

矿用风速传感器作用

矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。在煤炭开采的过程中,总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯,需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此,对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。

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作者:网友投稿
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来源:轩哥技术分享
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