礦用風速表檢定裝置改造及應用

郭釗

[摘 ? ?要]礦用風速表可以用來對礦井的風量進行檢測，是我國煤礦領域的常用儀器。研究了礦用風速表檢定裝置的改造，包括裝置改造硬件組成、裝置改造軟件特點、裝置改造的系統(tǒng)、裝置改造的儀器儀表性能，并且對它在煤礦風速表的應用進行了分析。

[關鍵詞]礦用風速表;檢定裝置;裝置改造

[中圖分類號]TD723 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]Mine anemometer can be used to detect the air volume of the mine， and it is a common instrument in the field of coal mine in China. This paper studies the transformation of the verification device of the mine anemometer， including the hardware composition of the device transformation， the characteristics of the device transformation software， the system of the device transformation， the performance of the instrument of the device transformation， and analyzes its application in the coal mine anemometer.

[Keywords]mine anemometer; verification device; plant modification

1 礦用風速表檢定裝置的改造工作概述

原本的礦用風速表檢定裝置的使用時間很長，配套設備均處于年久失修且技術落后的狀態(tài)，這些配套設備包括可控硅電源控制器與電機，使得該礦用風速表的檢定裝置檢測出的數(shù)據(jù)存在誤差很大且費時費力的問題，而且部分風速表存在正面轉速示值無法檢定、噪聲音量超過規(guī)定標準、無法為量值傳遞的準確與一致提供保障的問題，這些問題均表明針對礦用風速表的檢定裝置的技術改造工作刻不容緩[1]。

本次針對礦用風速表的檢定裝置的改造工作的主要目標：使風洞檢測系統(tǒng)與風洞調速系統(tǒng)能夠達到自動化目的，使礦用風速表檢定裝置的檢測范圍擴大，使礦用風速表的檢定裝置的檢測精準程度和準確程度提高，降低因為人為因素產(chǎn)生的視覺誤差，保證進行準確且一致的量值傳遞，使檢定人員的視覺疲勞問題得到改善，降低檢定人員的工作強度，使礦用風速表的檢測效率得到大幅提升[2]。

礦用風速表檢定裝置的改造工作內(nèi)容、形式及要求：將礦用風速表檢定裝置的直流電機改換成交流電機;將礦用風速表檢定裝置的可控硅控制器改換成變頻器;將精密的微差壓傳感器替換礦用風速表的檢定裝置的原本的微差壓計;增加礦用風速表的檢定裝置的光點傳感器，以此實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的捕捉;增加計算機數(shù)量和打印機數(shù)量，使用這些設備來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，對檢測結果進行處理、儲存、查詢、輸出、統(tǒng)計、分析。礦用風速表的檢定裝置的改造工作完成之后，能夠將原本的裝置變成自動化的檢測裝置[3]。

2 礦用風速表的自動檢測系統(tǒng)簡述

礦用風速表的自動檢測系統(tǒng)除了能夠進行定點調速與無級調速之外，還能夠進行自動調速。定點調速功能與自動調速功能能夠直接用在礦用風速表測試上，能夠使視覺誤差得到減少，而且能夠在進行測試操作與制圖操作時完成打印操作，而無級調速能夠在指定的風速范圍中進行隨意調節(jié)，能夠對風洞進行遠程控制，不但能夠使工作人員的勞動強度減弱，而且能夠使檢定人員的工作環(huán)境得到有效改善。

礦用風速表的自動檢測系統(tǒng)在技術性能方面的要求：微壓差傳感器的精度應該在±0.14% FS以上，非線性在滿量程輸出的過程中能夠達到±0.1% FS，非重復性能夠達到±0.02% FS。

變頻器的最高輸出頻率的精度模塊設定時達為1/3 000，數(shù)字設定的時達為0.01 Hz（0～99.99 Hz），0.1 Hz（100.00 ～400.00 Hz）。工作段的氣流均勻度不超過1.5%，穩(wěn)定度不超過0.5%。

礦用風速表的自動檢測系統(tǒng)的組成：該檢測系統(tǒng)的組成部分除了有計算機系統(tǒng)和打印機之外，還有變頻器、微差壓及光電傳感器。

3 軟件功能的簡要介紹

此軟件非常適合在礦用風速表自動檢測系統(tǒng)中應用，能夠取代過去的手工檢測方式，能夠充分利用計算機的作圖功能進行，不但可以自動顯示并打印礦用風速表的回歸曲線方程，而且能夠自動顯示與打印有關數(shù)據(jù)。能夠在每一次檢測工作完成之后對檢測到的數(shù)據(jù)做存檔處理，工作人員能夠在有需要的時候依據(jù)存檔的特征字符實行調檔查閱操作，而且還能夠按照工作所需完成消檔操作。

此軟件具備自動控制變頻器，從而能夠對風洞的風速進行很好的控制，能夠按照需要對定點校驗、無級調速、自動調速控制進行選擇。風速控制的實現(xiàn)需要依據(jù)給定風速與微差壓傳感器所測的差壓反饋進行計算，得到具體風速差值，利用控制算法來獲得控制量，最后將其送到變頻器中，除此之外，此系統(tǒng)還可以對環(huán)境溫度進行檢測。

4 操作注意事項

（1）對參數(shù)修改畫面來說，此畫面所呈現(xiàn)的參數(shù)為此前最近一次的數(shù)據(jù)記錄，此數(shù)據(jù)記錄的來源為磁盤。對新的風速表進行檢定，能夠依據(jù)情況進行再次修改，如果作圖畫面的數(shù)據(jù)是有效的，便需要進行存檔處理，如果不這樣做，那么再次開始時的畫面所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)仍然是之前的數(shù)據(jù)。出于查詢方便的目的，應該盡量選擇人們更加熟悉的規(guī)范性字符，否則細小的差異也會使查詢操作出現(xiàn)漏檔問題，而且能夠將一定程度的容錯能力給予操作者。

（2）對檢定控制畫面而言，自動調速轉換鍵為自動，無級調速轉換鍵為無級，定點調速轉換鍵為定點，無級調速能夠讓用戶于0～30 m/s風速的范圍內(nèi)，依據(jù)錄入的給定風速來完成控制。定點調速指的是礦用風速表上的固定校驗點，數(shù)量為7個，這些固定校驗點即程序的給定風速值，在符合給定風速值之后，系統(tǒng)將對被測的風速表展開1min測試，進而能夠獲得相關的風速表參數(shù)，在全部固定校驗點完成之后，操作人員按下按鍵便能夠呈現(xiàn)出回歸曲線方程。自動調速的啟動位置為定點調速的第一點，依據(jù)順序對全部固定校驗點進行測量。

（3）對畫面提示菜單來說，其功能鍵在進行無級調速的過程中需要對給定風速進行錄入，在此之后才能夠生效，假如有必要對給定風速進行更改，只需要敲擊空格鍵，隨后將數(shù)字鍵入就可以做到。

當變頻器處在接收外給頻率信號的狀態(tài)中，假如想要進行停車操作，必須按下檢定控制畫面中的停車按鍵，禁止使用變頻器中的停車按鍵，從而防止自動調節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)深度飽和問題，在此情況下如果再次開車就會發(fā)生過激超調問題。

（4）對曲線作圖畫面來說，相關人員通常需要對每次操作的有效數(shù)據(jù)進行存檔處理，不然在敲擊R鍵對數(shù)據(jù)進行修改時，系統(tǒng)將會做出是否存檔的提示，如果不對此次數(shù)據(jù)進行保存，那么該數(shù)據(jù)將會存在丟失風險，參數(shù)修改畫面所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)將會是上次保存的。

通常來說，數(shù)據(jù)文件的容量不是無限的，所以應該盡可能在記錄數(shù)趨近于300的情況下，使用軟盤對重要數(shù)據(jù)進行備份，并在消檔功能的輔助下將少數(shù)記錄刪除，進行另外再存操作，這樣做能夠使查閱的速度得到提升。

5 礦用風速表的檢定裝置改造的應用

礦用風速表的檢定裝置在改造之后，不但能夠使檢定裝置做到自動化檢測，而且能夠使檢定裝置做到自動化調速。礦用風速表的檢定裝置在改造后的主要應用表現(xiàn)如下。

（1）礦用風速表的檢定裝置在改造之后，其檢測范圍得到了擴大。這是因為礦用風速表的檢定裝置在改造之后能夠對光電傳感器多加利用，即使礦用風速表的轉速示值方向為正面，該檢定裝置也可以對礦用風速表進行檢測。

（2）礦用風速表的檢定裝置在改造之后，其檢測精準程度得到了有效提升。在以往的人工檢測過程中，檢定人員需要依據(jù)肉眼來對補償微壓計的讀數(shù)進行獲取，需要在每臺礦用風速表上測定7點，而且需要在每一點上測量3次，讀取的數(shù)據(jù)不夠準確，存在的誤差很大。礦用風速表的檢定裝置在改造之后能夠直接利用光電傳感器完成對數(shù)據(jù)的采集工作，在每一點上測量20次，隨后將得到的數(shù)據(jù)輸入至計算機，由計算機來完成接下來的處理，不但能夠防止人為因素所造成的視覺誤差出現(xiàn)，而且能夠有效避免測量時產(chǎn)生的誤差，從而實現(xiàn)了使礦用風速表檢測的精確程度提高的目標。

（3）礦用風速表的檢定裝置在改造之后能夠使操作變得更加智能。在檢定裝置改造之前，檢定工作需要由兩名檢定員來共同完成，一名檢定員對補償微壓計的數(shù)據(jù)進行讀取，另一檢定員負責讀秒表并且進行計算，如今只需要安排一名檢定員便可快捷完成工作。

（4）改造后的檢定裝置檢測的效率得到了提升。風速表在檢測之后能夠對檢定曲線圖及檢定證書進行打印，還可以對檢定的原始記錄進行打印，無需進行計算畫圖環(huán)節(jié)，工作人員的勞動強度得到了減弱。

6 礦用風速傳感器的檢測與校準

以礦用風速傳感器為例，強化礦用風速表傳感器的檢測校準可以為井下作業(yè)的安全提供保障，可以按照出現(xiàn)的故障進行有針對地排除。

（1）風速傳感器的顯示器未能顯示。顯示器可以體現(xiàn)風速傳感器的檢測數(shù)值檢測，假如顯示器上沒有數(shù)據(jù)出現(xiàn)，需要對電源進行檢查，判斷是否存在未接通電源或電路問題。

（2）傳感器未能輸出信號且指示燈不亮。對LED燈進行檢查，如果LED燈發(fā)生損壞，應該對指示燈進行更換。

（3）傳感器顯示零有信號輸出，在有風時未能出現(xiàn)反應。應該對傳感器敏感元件進行檢測，如果發(fā)生損壞應該盡快將敏感元件更換。

因為風速傳感器的工作環(huán)境很惡劣，它的安全性能會對煤礦井下的作業(yè)安全產(chǎn)生直接影響，即使風速傳感器能夠長期工作，不過依據(jù)國家有關部門規(guī)定，調校風速傳感器的間隔時間不應超過兩周，檢驗校準的時間應該是半年一次，從而確保設備能夠安全運行。其檢測校準方法如下。

（1）傳感器的外觀需要符合安裝標準。因為礦井結構很復雜，在使用時會出現(xiàn)安裝方法不夠合理的問題，比如在對風速傳感器進行安裝時假如把傳感器全部放到風洞中，就會對風速穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，所以只可以使用分解方式來將穩(wěn)定性問題解決，而且在實際安裝時應該確保風速傳感器檢測設備的性能可以滿足需要，比如檢測顯示器的環(huán)境需要擁有透光性很好的特點，其表面不能存在顯著的裂紋，防止對風速傳感器功能造成影響。

（2）對檢測的溫濕度傳感器進行掌握。工作環(huán)境需要和傳感器檢測環(huán)境保持一致，溫度為0～40 ℃，相對濕度不應超過98%，大氣壓力為80～116 kPa，如果沒能符合，需要借助空調來完成對溫度的調節(jié)。

（3）對工作的穩(wěn)定性進行試驗。傳感器持續(xù)工作24 h，每8 h對風速測定3次，選取它們的平均值，測定基本誤差。

（4）跌落試驗。跌落高度0.5 m，以自由落體方式落至平滑和堅硬的混凝土面一共兩次，傳感器未包裝，沒有通電，未實行中間檢測，在試驗之后觀察其外觀，分析是否完好，從而測定有關誤差，判斷是否和規(guī)定相符。

7 結束語

礦用風速表是檢測礦井下風量的儀器，礦用風速表的檢定裝置能夠關系到礦井安全通風監(jiān)測的結果，需要對其不斷改造，以提高它的精準程度。在此基礎上研究了礦用風速表檢定裝置的改造以及應用，旨在為礦井風速表檢定裝置的應用提供指導，從而促進國家煤礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 饒家龍.一種高精度低成本礦用超聲波風速風向儀設計[J].自動化與儀器儀表，2020（11）：119-121，125.

[2] 王曉明.礦用風速表示值誤差的測量不確定度評定[J].科技與創(chuàng)新，2019（16）：145-146.

[3] 陳潔.礦用風速表測量儀表的使用與維護[J].山西青年，2018（7）：230.