《变风量末端装置风速传感器对比介绍》.pdf

变风量末端装置风速传感器的基本原理及其应用 1 概述 变风量末端装置是变风量空调系统的主要设备之一。风速传感器又是变风量末端装置的关 键部件,因此,风速传感器的类型与性能直接影响系统风量的检测和控制质量。 风速传感器一般由各末端装置生产厂家自行开发或委托控制设备商配套生产。风速传感器 品种繁多,最常用的是皮托管式风速传感器,超声波涡旋式风速传感器,螺旋桨风速传感器和热 线、热膜式风速传感器等。 目前,我国及欧美各厂家的变风量末端装置均采用皮托管式风速传感器,而日本各厂家无一 采用皮托管式风速传感器。风速测量的方法多种多样,风速检测范围、精度要求、使用要求都是 选择风速传感器的主要依据。风速测量方法有气压法、机械法与散热率法等。气压法是通过测 量全压和静压的差值求得风速,如皮托管式风速传感器;机械法是利用流体的动压推动机械装置 旋转来求得风速,如螺旋桨风速传感器;散热率法利用流速与散热率成对应关系的原理,通过测量 相等散热量的时间,或测温度变化,或保持原温度的加热电流量的变化来确定风速。 随着现代科学技术的发展,激光、超声波等一些新式的风速传感器也在风速检测中使用。 2 风速传感器的基本原理 2. 1 皮托管式风速传感器 皮托管是测压管,由于其结构简单,使用方便,理论研究完善而得到广泛应用。皮托管根据流 体流动引起的压差进行流速检测[1 ] 。 标准皮托管是一根弯成直角的金属细管,它由感测头、外管、内管、管柱与全压、静压引出 导管等组成。在皮托管头部的顶端,迎着来流开有一个小孔,小孔平面与流体流动方向垂直。在皮 托管头部靠下游的地方,环绕管壁的外侧又开了多个小孔,流体流动的方向与这些小孔的孔面相 切。顶端的小孔与侧面的小孔分别与两条互不相通的管路相连。进入皮托管顶端小孔的气流压 力(称为全压) ,除了流体本身的静压,还含有流体滞止后由动能转变来的那部分压力,而进入皮托 管侧面小孔的气流压力仅仅是流体的静压,根据全压和静压即可求出动压,从而求出风速。用皮托 管只能测量某一点处的流速,而流体在管道中流动时,同一截面上各点的流速各不相同。 在变风量末端装置中,由于管道截面较大,测量某一点的流速不能反映该截面的平均流速。实 际上,人们采用一种变形的皮托管即均速管来测量流经末端装置的风速,对被测截面上各测点的 动压取平均值,求取平均流速。 均速管也称为阿纽巴。一般用于圆形管道,用一根细的管子插入变风量装置的入口,将被测截 面分成若干区域,在每个区域中心位置的细管上开小孔作为测点,迎着气流方向,这些孔就是全压 测孔,同时,在另一根相同截面的细管的背流方向开一个或多个静压测压孔。变风量末端装置的皮 托管式风速传感器本身不输出电信号,只能输出压差信号。用皮托管式风速传感器测出的压差与 空气流速呈二次曲线关系,其数学表达式为 Δp = K ρ v2 2 式中 Δp ———皮托管式风速传感器的输出压差,Pa ; K ———皮托管式风速传感器放大系数, K 值最大为 3 ,一般 K ≤2 ; v ———测点处气流的速度,m/ s ; ρ———流体密度,kg/ m3 。 皮托管式风速传感器由铜管或不锈钢管制成[2 ] ,其外径越小对气流干扰越小,测量精度越 高。 一般来说,全压测孔的总面积应小于测压管总面积的 3 % 。为了保证传感器具有足够的刚度, 一般测压管的外径与管道内径之比在 0. 04～0. 09 之间,测压管上全压测孔的直径应是测压管 内径的0. 2～0. 3 倍,且应在 0. 5～1. 5 mm 之间。皮托管式风速传感器应具有抗堵塞性、抗偏 流性和抗破坏性的能力。 在我国常用的几种皮托管式风速传感器的基本结构和特点见表 1 ①。 表 1 几种常用皮托管式风速传感器基本结构及特点 基本结构及特点 平均风速十字分布,4 测孔布置,全压、静压测管重合,中心抽出 结构一 压差测管 等面积十字分布,多测孔布局,全压、静压测管呈 45°错位,中心 结构二 抽出压差测管 等面积一字分布,多测孔布局,全压、静压测管呈 90°错位,端头 结构三 抽出压差