矿用风速表检定中标准风速影响因素的分析

万金笔 陆馗枢

【摘要】矿用风速表应用于矿井巷道中，对矿井巷道中风速进行有效测量。矿井通风可为井下提供新鲜空气，排出有毒有害气体以及粉尘。矿用风速表属于安全防护类型计量器具，其量值的准确关乎煤矿安全生产。所以在检定中我们要注意那些产生测量误差的相关因素，确保经量值溯源的矿用风速表示值准确可靠。准确的矿用风速表可以保证矿井稳定运营和安全生产，为煤炭开采企业的安全生产保驾护航。本文针对矿用风速表在检定过程中实际标准风速的影响因素进行探讨。

【关键词】矿用风速表；标准风速；影响因素

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.013

Analysis of Influencing Factors of Standard Wind Speed in Mine Anemometer Verification

WAN Jinbi， LU Kuishu*

（Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute， Zunyi 563000， China）

Abstract：The mine anemometer is applied in the mine tunnel to effectively measure the wind speed in the mine tunnel. Mine ventilation can provide fresh air for the underground， expel toxic and harmful gases as well as dust. The mine anemometer belongs to the type of safety protection measuring instrument， and its accuracy is related to the safety production of coal mines. So in the verification process， we need to pay attention to the relevant factors that cause measurement errors， and ensure that the mine wind speed represented by the traceable values is accurate and reliable. An accurate mine anemometer can ensure stable operation and safe production of the mine， providing a safeguard for the safety production of coal mining enterprises. This article explores the factors that affect the actual standard wind speed during the calibration process of mining anemometers.

Key words：mine anemometer； standard wind speed； influence factor

提到“以風定产”就不得不提矿井通风。在对大量的煤矿事故进行调查分析中，我们不难发现绝大多数瓦斯爆炸的原因都涉及矿井通风的问题，这就突显了矿井通风在煤矿安全生产中的重要性。

目前煤矿井下风速测量的仪表主要有机械式风速表、机械式电子风速表、电子风速表和风速传感器等。各种风速仪表在下井之前都必须到国家授权的机构进行检定，检定合格或校准符合要求后方可使用。由于煤矿井下环境恶劣，以及在使用中发生碰撞、震动等都会造成风速表不能准确测量实际风速。这不仅会严重影响矿井通风工作，而且也无法正确掌握矿井通风情况，给煤矿安全生产带来严重的隐患。

所以，我们每个矿用风速表检定工作人员，不仅应懂得风速仪表的结构原理，还应了解影响风速表检定过程的各种因素，尽自己最大的努力做好计量工作，为煤矿安全生产作出自己的贡献。

机械叶片式风速表是被普遍使用，主要用来测量煤矿井下平均风流速度的一种仪表，主要分为高速风表、中速风表、低速风表3种。高速风表的测量范围为0.8～25 m/s，起动风速不大于0.6 m/s；中速风表的测量范围为0.5～10 m/s，起动风速不大于0.4 m/s；低速风表的测量范围为0.3～5 m/s，起动风速不大于0.2 m/s。

机械式风速表是煤矿井下运用最广的风速测量仪表。机械式风速表主要由翼轮、涡轮、涡轮轴、计数器、指示针、回零装置离合闸、护壳、提环、底座等组成。翼轮是由8个叶片按照与旋转轴的垂直平面呈一定角度安装组成，翼轮轴安装在2个三脚架中的刚玉轴眼中。翼轮转动时，通过涡轮、涡轮轴将运动传给计数器，计数器指针转动指示出翼轮转动速度，翼轮转动速度与实际风速之间的关系记载于风表的曲线图标上。表头上部有2支杠杆，顶端1支圆帽形的圆柱杠杆是回零闸压杆，将它轻轻压下能使长短指针立即恢复零位，另1支为离合闸，将它左右推动能使计数器与翼轴连接或分开。

根据所测地点的风速，选择合适的风表。取出风表和秒表，将风表和秒表指针回零，然后使风表迎着风流，并与风流方向垂直，风表空转30 s后同时打开风表和秒表开关，开始测定。

选用风表移动路线：可以采用折线法（六线法）、四线法、迂回八线法、12点法、标准线路法等方法。测风过程中，风表移动要平稳、匀速。风表在移动时，测风员持表姿势应采用侧身法。机械式风表在1 min时同时关闭风表、秒表开关，读出表速。在同一断面处测风不得少于3次，每次的结果误差不应超过5%。

矿用风速表检定装置主要由风洞、微差压变送器、皮托管、温度计等组成。测量下限不大于0.2 m/s，测量上限不小于25 m/s。JJG（煤炭）01—96《矿用风速表检定规程》中要求：风洞的风速测量范围大于风速表的测量范围，风洞气流均匀性不大于1.50%，风洞气流稳定性不大于0.50%；微差压计测量范围不小于500 Pa，误差0.8 Pa；皮托管校准系数0.998～1.004，准确度为二等；大气压力计最小分度值10 Pa，误差±40 Pa；温度计测量范围为0～50℃，在检定一只风速表环境温度变化不超过1℃。

风速表误差应符合表1规定。

在检定过程中，其标准风速值与皮托管、微差压变送器、大气压力表、温度计的准确度以及风洞的稳定性有关。

6.1微差压变送器的影响

6.1.1微差压计变送器零点偏差的影响

假如微差压变送器量程为500 Pa，准确度等级为0.1级时最大允许误差为0.5 Pa，符合规程要求；假如微差压变送器量程为1000 Pa，准确度等级为0.1级时最大允许误差为1.0 Pa，不符合規程要求。所以在配备微差压变送器时要注意准确度等级的同时要合理选择满足规程要求的量程。

6.2皮托管的影响

从JJG（煤炭）01—96《矿用风速表检定规程》可知，皮托管安装在风洞工作段距离内壁应大于1/8工作段直径的风速均匀区，皮托管侧头迎风正对气流，测头与气流轴向最大偏角为±3°。

皮托管校准系数在0.998～1.004，假设其他要素均为恒定情况下，空气密度ρ= 1kg/m3，皮托管系数对标准风速的影响系数为0.998～1.002，对于低速风表最大测量点5 m/s时，标准风速范围为4.99～5.01 m/s；对于中速风表最大测量点10 m/s时，标准风速范围为9.98～10.02 m/s；对于高速风表最大测量点25 m/s时，标准风速范围为24.95～25.05 m/s。从上述数据可知皮托管系数对标准风速的影响量很小。

6.3大气压力的影响

大气压随着高度的升高而降低，而空气密度则随着高度的升高而降低，所以大气压高则空气密度大，反之也是。

从JJG（煤炭）01—96《矿用风速表检定规程》可知，大气压力表最大允许误差40 Pa，由公式（2）可知大气压力值的变化主要影响介质空气的密度。假设其他要素均为恒定情况下，通过公式计算大气压力表最大允许误差对介质密度的影响系数为0.96～1.04，对标准风速的影响系数为0.98～1.02。

6.4温度的影响

当空气温度升高时，在质量一定的情况下，空气因膨胀而体积变大，所以其密度会变小，相反则变大。假设其他要素均为恒定情况，规程规定检定一只风表环境温度变化不超过1℃，根据实验可知一般温度变化1℃，标准风速变化0.05 m/ s。所以在检定过程中严格控制室内温度以及风洞内温度，减少检测室温度与风洞内温差。

6.5风洞的影响

由JJG（煤炭）01—96《矿用风速表检定规程》可知风洞气流均匀性不大于1.50%，风洞气流稳定性不大于0.50%。风洞不均匀和不稳定影响标准风速值主要体现在测量重复性引入的标准不确定度。风洞的均匀性和稳定性是在重复性条件下利用标准风速表来测量的，通过多次重复性测量计算其实验标准偏差。

采用A类方法进行评定。测量点为15 m/s，在重复性条件下测量，重复性试验结果见表2。

综上所述，在矿用风速表的检定过程中，合理控制好影响标准风速值的每一个变量是十分必要的。同时煤矿用风速表的种类繁多，外形也各不相同，计量检定人员只有熟知其工作原理、内部构造以及使用方法，才能保证矿用风速表测量数据的准确性，进而为煤矿企业的安全生产保驾护航。

【参考文献】

[1]朱凤山.矿山安全计量技术[M].北京：中国计量出版社，2007.

[2]矿用风速表：JJG（煤炭）01—96[S].

[3]张悦.矿用风速表测量结果的不确定度评定[J].中国计量，2014（10）：96-97，100.

【作者简介】

万金笔，男，1987年出生，高级工程师，学士，研究方向为计量检定、校准以及测试。

通讯作者：陆馗枢，男，1981年出生，高级工程师，硕士，研究方向为矿山安全计量以及温度、压力，邮箱：843416412@qq. com。

（编辑：李加鹏）