一、測壓儀器

在礦井通風(fēng)測量儀器中，測定空氣壓力的便攜式儀器有三類：一是測量壓力的氣壓計；二是測量相對壓力的壓差計和皮托管；三是可同時測定壓力、相對壓力的精密氣壓計或礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀等。

（一）壓力測量儀器

常用的是空盒氣壓計，其內(nèi)部構(gòu)造如圖2-3所示。

圖2-3 空盒氣壓計內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1、2、3、4—傳動機構(gòu)；5—拉桿；6—波紋真空膜盒；7—指針；8—彈簧

空盒氣壓計的感壓元件是外表呈波紋形、內(nèi)為真空的特殊合金金屬膜盒。當(dāng)壓力增大或減小時，膜盒面相應(yīng)地凹下、凸出，通過傳動機構(gòu)將這種微小位移放大后，驅(qū)動指針指示出當(dāng)時測點的壓力值。

測壓時，將儀器水平放置在測點處，輕輕敲擊儀器外殼，以消除傳動機構(gòu)的摩擦誤差，放置3～5min待指針變化穩(wěn)定后讀數(shù)。讀數(shù)時，視線與刻度盤平面要保持垂直，同時，還要根據(jù)每臺儀器出廠時提供的校正表（或曲線），對讀數(shù)進(jìn)行刻度、溫度及補償校正。

常用的DYM3型空盒氣壓計的測壓范圍為80000～108000Pa，小分度為10Pa，經(jīng)過校正后的測量誤差不大于200Pa。因精度較低，一般只適用于粗略測量和空氣密度測算。

（二）相對壓力測量儀器

測量井巷中（或管道內(nèi)）某點的相對壓力或兩點的壓力差時，一般需要用皮托管配合壓差計來進(jìn)行。壓差計有U形壓差計、單管傾斜壓差計、補償式微壓計等。

1、皮托管

皮托管是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個同心圓管相套組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。內(nèi)管前端有中心孔，與標(biāo)有“+”號的接頭相通；外管前端側(cè)壁上分布有一組小孔，與標(biāo)有“-”號的接頭相通，內(nèi)外管互不相通。

圖2-4  皮托管

使用時，將皮托管的前端中心孔正對風(fēng)流，此時，中心孔接受的是風(fēng)流的靜壓和動壓（即全壓），側(cè)孔接受的是風(fēng)流的靜壓。通過皮托管的“+”接頭和“-”接頭，分別將全壓和靜壓傳遞到壓差計上。

2、U形壓差計

有U形垂直壓差計和U形傾斜壓差計兩種，構(gòu)造如圖2-5所示。

圖2-5  U形壓差計

a—垂直形  b—傾斜形

1—U形玻璃管；2—標(biāo)尺

U形垂直壓差計由垂直放置的U形玻璃管和標(biāo)尺組成，U形玻璃管中裝入蒸餾水或酒精，當(dāng)玻璃管兩端分別接入不等的空氣壓力時，通過兩端液面的高差，在標(biāo)尺上讀出兩點之間的空氣壓力差。

U形垂直壓差計精度低，但量程大，適用于精度要求不高，壓差較大的地方，如礦井主通風(fēng)機房內(nèi)測量風(fēng)硐內(nèi)外的壓差。為了減小讀數(shù)誤差，可使用U形傾斜壓差計，其測得的讀數(shù)按下式計算壓差：

                          h＝ρgLsinα                          （2-13）

式中   h——兩液面的垂直高差，即壓差，Pa；

  ρ——玻璃管內(nèi)液體的密度，kg/m3；

  L——兩端液面傾斜長度差，mm；

  α——U形管傾斜的角度（可調(diào)整），對于U形垂直壓差計α＝90º。

3、單管傾斜壓差計

單管傾斜壓差計的外部結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2-6所示。它由一個大斷面的容器10（面積為F1）和一個小斷面的傾斜測壓管8（面積為F2）及標(biāo)尺等組成。大容器10和測壓管8互相連通，并在其中裝有用工業(yè)酒精和蒸餾水配成的密度為0.81kg/m3的工作液。兩斷面之比（F1/F2）為250～300。儀器固定在裝有兩個調(diào)平螺釘9和水準(zhǔn)指示器2的底座1上，弧形支架3可以根據(jù)測量范圍的不同將傾斜測壓管固定在5個不同的位置上，刻在支架上的數(shù)字即為校正系數(shù)。大容器通過膠管與儀器的“+”接頭相通，傾斜測壓管的上端通過膠皮管與儀器的“-”接頭相連，當(dāng)“+”接頭的壓力高于“-”接頭的壓力時，雖然大容器內(nèi)液面下降甚微，但測壓管端的液面上升十分明顯，經(jīng)過下式計算相對壓力或壓差h：

                       h＝LKg  ，Pa                        （2-14）

式中 L——傾斜測壓管的讀數(shù)，mm；

K——儀器的校正系數(shù)（又稱常數(shù)因子），測壓時傾斜測壓管在弧形支架上的相應(yīng)數(shù)字。

圖2-6  YYT—200型單管傾斜壓差計結(jié)構(gòu)

1—底座；2—水準(zhǔn)指示器；3—弧形支架；4—加液蓋；5—零位調(diào)整旋鈕；

6—三通閥門柄；7—游標(biāo)；8—傾斜測壓管；9—調(diào)平螺釘；10—大容器；11—多向閥門

儀器的操作和使用方法如下：

（1）注入工作液。將零位調(diào)整旋鈕5調(diào)整到中間位置，測壓管固定在弧形支架的適當(dāng)位置，旋開加液蓋4，緩緩注入預(yù)先配置好的密度為0.81 kg/m3的工作液，直到液面位于傾斜測壓管的“0”刻度線附近，然后旋緊加液蓋，再用膠皮管將多向閥門11中間的接頭與傾斜測量管的上端連通。將三通閥門柄6撥在儀器的“測壓”位置，用嘴輕輕從“+”端吹氣，使酒精液面沿測壓管緩慢上升，察看液柱內(nèi)有無氣泡，如有氣泡，應(yīng)反復(fù)吹吸多次，直至氣泡消除為止。

（2）調(diào)零。首先調(diào)整儀器底座上的兩個調(diào)平螺釘9，觀察水準(zhǔn)指示器內(nèi)的氣泡是否居中，使儀器處于水平。順時針轉(zhuǎn)動三通閥門柄6到“校正”位置，使大容器和傾斜測壓管分別與“+”接頭和“-”接頭隔斷，而與大氣相通。旋動零位調(diào)整旋鈕5，使測壓管的酒精液面對準(zhǔn)“0”刻度線。

（3）測定。根據(jù)待測壓差的大小，將傾斜測壓管固定在弧形支架相應(yīng)的位置上，用膠皮管將較大的壓力接到儀器的“+”接頭，較小的壓力接到儀器的“-”接頭。逆時針轉(zhuǎn)動三通閥門柄6到“測壓”位置，讀取測壓管上酒精液面的讀數(shù)和弧形支架的K值，用式（2-14）計算壓差值或相對壓力。

常用的YYB—200B型單管傾斜壓差計大測量值為2000Pa，小分刻度為2Pa，誤差不超過大讀數(shù)的1.0%。單管傾斜壓差計是通風(fēng)測量中應(yīng)用廣的一種壓差計。

4、補償式微壓計

補償式微壓計可以作的壓差測量，其主要構(gòu)造和原理如圖2-7所示。它有充水的大小兩個容器2和1，下部用膠皮管9連通。大容器與儀器的“-”接頭相通，小容器與儀器的“+”接頭相通。轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤3，大容器可隨之上下移動。當(dāng)“+”“-”接頭的壓力相同時，兩容器液面處于同一平面上，通過裝在小容器上的反射鏡6可以看到水準(zhǔn)器7的同它自己的像正好相接（如圖2-7b所示）。當(dāng)“+”接頭壓力大于“-”接頭壓力時，小容器液面下降，反射鏡6內(nèi)的和影像互相接觸重疊，通過轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤3，使兩液面再次恢復(fù)到同一水平面上，由大容器的垂直移動距離（從標(biāo)尺11和讀數(shù)盤3上讀出）來確定大小容器所受到的壓力差。

圖2-7  DJM9型補償式微壓計

1—小容器；2—大容器；3—讀數(shù)盤；4—指針；5—螺蓋；6—反射鏡；

7—水準(zhǔn)器；8—調(diào)節(jié)螺母；9—膠皮管；10—調(diào)平螺釘；11—標(biāo)尺

儀器的操作和使用方法如下：

（1）注入蒸餾水并調(diào)零。轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤3，使讀數(shù)盤及位移指針4均處于“0”點。打開螺蓋5，注入蒸餾水，直到從反射鏡中觀察到水準(zhǔn)器7的正、倒影像近似接觸。蓋緊螺蓋，緩慢轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤使大容器2上下移動數(shù)次，以排除膠皮管9內(nèi)的氣泡。用調(diào)平螺釘10將儀器調(diào)平，慢慢轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母8使小容器微微移動，水準(zhǔn)器中的正、倒影尖恰好相接觸。若兩個影尖重疊，表明水量不足，應(yīng)再加水；若兩個影尖分離，表明水量過多，應(yīng)排出部分水量。

（2）測定。儀器調(diào)平、調(diào)零后，將被測壓力較大的膠皮管接到儀器的“+”接頭，壓力較小的膠皮管接到儀器的“-”接頭上。小容器1中的液面下降，從反射鏡6中可觀察到水準(zhǔn)器的正、倒影像消失或重疊，順時針緩慢轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤3，直到兩個影像再次恰好相接。指針4所指示的標(biāo)尺整數(shù)與讀數(shù)盤所指的小數(shù)之和，即為所測壓力差值。

常用的補償式微壓計有DJM9型、YJB-150/250-1型、BWY-150/250型等。其中，DJM9型的測量范圍為0～1500Pa，小分度值為0.1Pa。這類儀器的精度高，可用于微小壓差測量，但受壓力波動影響大，水準(zhǔn)針尖不宜調(diào)準(zhǔn)，多用于實驗室內(nèi)。

（三）礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀

我國生產(chǎn)的JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀，是一種能同時測量空氣的壓力、相對壓力、風(fēng)速、溫度、濕度和時間的精密便攜式本質(zhì)安全型儀器，適用于煤礦井下使用。其主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。

表2-2  JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀技術(shù)參數(shù)表

該儀器由壓力傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器以及智能微機組成。其中的壓力傳感器采用高精度振動筒壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，主要由保護(hù)筒、激振元件、振動彈性體、溫度傳感器、真空腔和拾振元件等組成。振動彈性體3為一個薄壁圓筒（壁厚0.08mm），是感受壓力的敏感元件，與保護(hù)筒1焊接在一起，共同構(gòu)成真空腔，此腔是測壓基準(zhǔn)參考腔。激振元件2、拾振元件6與放大器構(gòu)成測壓振蕩器，在常壓下產(chǎn)生一個固有的振動頻率f，當(dāng)壓力P變化時，振蕩器的固有頻率也發(fā)生變化，即壓力P與頻率f一一對應(yīng)，并且單值連續(xù)。通過測量頻率f（或周期T ）即可測出外界的壓力P。

圖2-8  振動筒壓力傳感器

1—保護(hù)筒；2—激振元件；3—振動彈性體；

4—溫度傳感器；5—真空腔；6—拾振元件；7—底座支架

儀器的操作方法參見儀器面板布置圖2-9。測量前先將電源開關(guān)打到“通”的位置，電源電壓指示燈亮，若指示燈發(fā)暗，說明電源電壓不足，應(yīng)先充電。

圖2-9  JFY型礦井通風(fēng)參數(shù)檢測儀面板圖

1—氣孔；2—電源開關(guān)；3—電源電壓指示燈；4—壓力記憶開關(guān)；5—充電插座；6—壓力鍵；7—壓差鍵；8—溫度鍵；9—相對濕度鍵；10—風(fēng)速鍵；11—記風(fēng)速鍵；12—讀平均風(fēng)速鍵；13—總清鍵；14—備用鍵；15—風(fēng)速傳感器；16—溫度傳感器；17—濕度傳感器；18—液晶顯示；19—單位顯示；20—電子表

（1）測量壓力。儀器通電后，整機進(jìn)入自檢狀態(tài)，顯示傳感器的周期數(shù)，按“總清”鍵，則顯示測點的壓力，單位為hPa。

（2）測量相對壓力。儀器通電后，只要按下“差壓”鍵，并將記憶開關(guān)撥向“記憶”位置，則進(jìn)入相對壓力測定狀態(tài)，此時，儀器將按鍵時測點的壓力P0值記入內(nèi)存中，并將此值作為后面的測壓基準(zhǔn)，當(dāng)儀器發(fā)生位移或測點的壓力變化后，面板上液晶窗口顯示的總是壓差值（⊿P =P -P0），單位為mmH2O。只要不斷電和記憶開關(guān)處于“記憶”位置不變，后面的測壓基準(zhǔn)P0也不變。要想了解其它參數(shù)值，只要按下相應(yīng)的鍵即可。

（3）測量溫度和相對濕度。儀器通電后，不論處于何種狀態(tài)，只要按下“溫度”鍵，就顯示當(dāng)時測點的溫度值；按下“濕度”鍵，就顯示當(dāng)時測點的相對濕度值。因溫度和濕度傳感器都有滯后現(xiàn)象，因此，從前一測點轉(zhuǎn)到另一測點時，應(yīng)等待2～5min后再讀數(shù)。

（4）測量風(fēng)速。可以測量點風(fēng)速，也可以測量斷面的平均風(fēng)速。測量點風(fēng)速時，只要把風(fēng)速傳感器上的箭頭方向朝向風(fēng)流，按下“風(fēng)速”鍵讀數(shù)即可，單位為m/s。要測斷面的平均風(fēng)速時，可利用機械風(fēng)表測風(fēng)時的定點法（如圖1-10），先測1點風(fēng)速，按下“風(fēng)速”鍵，顯示1點風(fēng)速值。再按下“記風(fēng)”鍵，顯示該點風(fēng)速后，又顯示一下“1”，表示1點的風(fēng)速已存入內(nèi)存中；將傳感器移到2點，按下“記風(fēng)”鍵，顯示2點的風(fēng)速值后又顯示一下“2”，表示2點的風(fēng)速已存入內(nèi)存；……，如此進(jìn)行，直到將所有測點測完，后再按“讀風(fēng)”鍵，讀出該巷道斷面的平均風(fēng)速值。

礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測儀廣泛應(yīng)用于礦井通風(fēng)阻力測定、通風(fēng)壓能圖測定等工作中。除此之外，常用的數(shù)字式氣壓計還有BJ—1型、WFQ—2型等，既能測壓力又可測相對壓力。