礦用風(fēng)速傳感器示值誤差校準(zhǔn)方法及不確定度評(píng)定

【摘要】本文提出了礦用風(fēng)速傳感器示值誤差的校準(zhǔn)方法，并對(duì)校準(zhǔn)方法的測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)定，為保證煤礦環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的風(fēng)速量值準(zhǔn)確可靠提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】礦用風(fēng)速傳感器；示值誤差；校準(zhǔn)方法；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.085

Calibration Method and Uncertainty Evaluation for Indication Error of Mine Wind Speed Sensor

SHAO Shiqu1， WAN Jinbi2*

（1.Guizhou Tiandihe Big Data Engineering Co.， Ltd.， Xingyi 562409， China； 2.GuizhouAntuo Technology Co.， Ltd.， Bijie Testing Branch， Bijie 551599， China）

Abstract： This article proposes a calibration method for the indication error of mining wind speed sensors， and evaluates the uncertainty of the measurement results of the calibration method， providing a basis for ensuring the accuracy and reliability of wind speed values in coal mine environmental safety monitoring.

Keywords： mine wind speed sensor； indication error； calibration method； uncertainty

0引言

在煤礦開采過程中，風(fēng)速的大小直接影響礦工的生命安全，因而需要對(duì)煤礦開采場(chǎng)所的環(huán)境風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)。礦井環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用礦用風(fēng)速傳感器作為風(fēng)速監(jiān)測(cè)儀表，將風(fēng)速流量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井環(huán)境風(fēng)速的測(cè)量，為礦井環(huán)境安全提供監(jiān)測(cè)風(fēng)速量值。因此，礦用風(fēng)速傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)保證環(huán)境安全監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。為了保持再用礦用風(fēng)速傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確性，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。采用科學(xué)的校準(zhǔn)方法是進(jìn)行礦用風(fēng)速傳感器校準(zhǔn)的必要條件。本文提出的礦用風(fēng)速傳感器示值誤差的校準(zhǔn)方法，為礦用風(fēng)速傳感器的量值溯源及確保其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠提供了技術(shù)方案。

1礦用風(fēng)速傳感器的測(cè)量原理及示值誤差

1.1測(cè)量原理

礦用風(fēng)速傳感器是利用卡曼渦街原理或壓差式原理進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量的儀表，常用于礦井巷道中風(fēng)速的測(cè)量。礦用風(fēng)速傳感器通常由電源電路、微差元件、遙控電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、智能信號(hào)處理、顯示電路、信號(hào)輸出電路等構(gòu)成。礦用風(fēng)速傳感器通過差壓元件取得壓力信號(hào)后，經(jīng)智能信號(hào)處理后，由數(shù)碼管直接顯示風(fēng)速值，同時(shí)通過信號(hào)線輸出相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。礦用風(fēng)速傳感器測(cè)量原理如圖1所示。

1.2示值誤差

采用卡曼渦街原理的礦用風(fēng)速傳感器示值誤差：當(dāng)測(cè)量范圍為0.4～15 m/s時(shí)，最大允許誤差為±0.3 m/s；當(dāng)測(cè)量范圍為0.5～20 m/s時(shí)，最大允許誤差為±0.4 m/s。

采用壓差原理的礦用風(fēng)速傳感器示值誤差：當(dāng)測(cè)量范圍為0.4～15 m/s時(shí)，最大允許誤差為±0.2 m/s；當(dāng)測(cè)量范圍為0.5～ 20 m/s時(shí)，最大允許誤差為±0.3 m/s。

2校準(zhǔn)條件

2.1環(huán)境條件

環(huán)境溫度為（20±5）℃，相對(duì)濕度為45%～75%，大氣壓力為86～106 kPa。標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞工作的環(huán)境溫度為（20±5）℃，校準(zhǔn)期間環(huán)境溫度波動(dòng)不大于±1℃。

2.2校準(zhǔn)用設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞：風(fēng)速范圍測(cè)量下限≤0.2 m/s，風(fēng)速范圍測(cè)量上限≥25 m/s；工作段氣流均勻性≤1.5%，工作段氣流穩(wěn)定性≤0.5%；工作段直徑≥300 mm。皮托管：系數(shù)為0.998～1.004，偏差≤0.5%。微差壓計(jì)：測(cè)量范圍為0～625 Pa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)及以上。大氣壓計(jì)：最大允許誤差為±40 Pa。溫度計(jì)：測(cè)量范圍為0～50℃，分度值≤0.2℃。

3校準(zhǔn)方法

礦用風(fēng)速傳感器開機(jī)預(yù)熱15 min以上，在無風(fēng)的環(huán)境下調(diào)整零點(diǎn)；正確連接微差壓計(jì)與皮托管的接頭，調(diào)整微差壓計(jì)的零位；將礦用風(fēng)速傳感器的轉(zhuǎn)換部分固定在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞工作段中部，使其風(fēng)流通道軸線與風(fēng)洞軸線平行，平行度≤5°；將皮托管安裝在距標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞內(nèi)壁大于1/8工作段直徑的風(fēng)速均勻區(qū)，應(yīng)確保校準(zhǔn)期間，環(huán)境溫度波動(dòng)不大于±1℃。礦用風(fēng)速傳感器校準(zhǔn)安裝如圖2所示。

采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。礦用風(fēng)速傳感器在重復(fù)性條件下，對(duì)風(fēng)速為15 m/s的校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，重復(fù)測(cè)量結(jié)果見表1。

4.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總情況見表2。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1—2012[S].

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【作者簡(jiǎn)介】

邵詩(shī)衢，男，1988年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)量、檢驗(yàn)檢測(cè)。

通信作者：萬金筆，男，1987年出生，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榈V山安全計(jì)量檢定、校準(zhǔn)以及測(cè)試，843416412@qq.com。

（編輯：李加鵬）