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超声波风速传感器在地下矿井通风系统中的原理与应用

发布时间:2021-07-28人气:74

超声波风速传感器是将空气的流动速度变量转换成有一定对应关系的输出信号的传感器装置。目前,在各行各业,用来测量风的方向和大小的风向传感器和风速传感器,得到了广泛的应用。虽然风向传感器和风速传感器是两种完全独立的传感器,但大多数情况下,这两种传感器是整合在同一测量设备中,通过综合处理数据信息。

矿井环境监测中的风速风向传感器在煤矿作业的巷道环境中,风速和风量的测量是非常重要的,其决定了矿工作业的巷道内氧气充足与否,也会影响到瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体的积聚程度。

由于安装在矿井中的通风设备,往往型号不一,而且其工作功率也有着较大的差别,所以需要使用风速传感器设备对各个通风道的风速值进行监视,防止某个位置的通风率过低而出现的有害气体浓度过高的现象出现。

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另外,在掘进面中需要安装风速传感器还有一个主要的原因,就是煤矿中的甲烷、一氧化碳、瓦斯等有害气体往往从掘进面出现的概率最大,甚至有些气体在地下形成的“气室”中的气体直接就是一些有害性气体,因此煤矿中需要在每个位置都安装风速传感器并连接通风设备。

   为确保各大、中、小型煤矿生产工作安全的进行,根据相关规定,在矿井采掘工作面进风的分风口、采区进风、一翼进风、总进风巷道,都应设置风速传感器设备。在设置传感器时,需注意将风速风向传感器放置到准确的朝向,同时进行加固处理,方能精准检测风速和风量。

  矿用风速传感器在地下矿山通风系统中,风速传感器用于监测井下风速实时变化情况。当风速传感器监测数据高于上限报警值或低于下限报警值时,可发出声光报警,便于通风人员及时分析井下风量是否充足、风流是否稳定,从而确认通风系统是否稳定。

传统的风速传感器下限报警值,以《煤矿安全规程》规定的掘进工作面岩巷风速0.15~4m/s;半煤岩巷、煤巷0.25~4m/s,采区进回风巷不大于6m/s,主要进回风巷不大于8m/s。允许风速最低值为准。在风速测量中,监测较为精确的常用传感器,是超声波风速传感器,这种风速传感器具备低成本、高精度、高稳定性的优点。

  超声波风速传感器的原理,简单来说就是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度,会和风向上的气流速度叠加。如果超声波的传播方向与风向相同,它的速度会加快;反之,若超声波的传播方向若与风向相反,它的速度会变慢。因此,在固定检测条件下,超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应,通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时,它的速度受温度的影响很大;风速仪检测两个通道上的两个相反方向,因此,温度对声波速度产生的影响可忽略不计。

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 由于超声波风速传感器没有机械转动部件,不存在机械磨损、阻塞、冰冻等问题,同时也没有机械惯性,可捕捉瞬时的风速变化,不仅可测出常规风速,也就是平均风速,也可测得任意方向上的风速分量,尤其可测出风速中的高频脉动成分。

嘉宏科技研发生产矿用远程智能测风装置同样利用超声波在空气中传播的时间差来进行风速测量。装置由显示主机和两个超声波探头组成。可实现(0.1-15)m/s的风速测量,适用于矿井盘区回风巷和总回风巷或测风站,远程智能测风装置可通过地面远程控制系统下发指令到地下控制装置,利用动力机构驱动超声波换能器装置,在保持统一水平面上进行垂直运动,借助分站,通过环网将测量数据实时上传软件平台,经计算得到实时风量,最终实现巷道全断面智能测风。


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