Замеры вентиляции анемометром: Замеры воздуха

Содержание

Прибор для замера воздуха в вентиляции


Приборы для измерения скорости движения воздуха

Измерение скорости движения воздуха может производиться в разных местах рабочего помещения в зависимости от целей исследования.

Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры различных конструкций. Выбор типа анемометра определяется величиной измеряемой скорости движения воздуха.

Замер скорости движения воздуха проводят различными видами анемометров: крыльчатыми (скорость потока от 0,3 до 0,5 м/с), чашечными и индукционными (скорость в пределах 1–30 м/с), термоанемометрами и кататермометрами (скорость не больше 0,5 м/с). Термоанемометры позволяют измерять незначительные колебания потоков воздуха и температуры по объему помещения. Анемометры представлены на рисунке 2.4.

Для измерения интенсивности теплового излучения используют актинометры и радиометры.

Чашечный анемометр воспринимает движение воздуха четырьмя полыми алюминиевыми полушариями, крыльчатый – колесом с пластинками, вращающимися под давлением потока воздуха.

Это движение системой зубчатых колёс передаётся стрелкам, движущимся по градуированным циферблатам, по которым производится отсчёт. Измерение скорости движения воздуха производится следующим образом. Записав исходное положение стрелок на циферблатах (стрелки на нуль не ставятся), на маленьких циферблатах учитывают только целые деления, помещают прибор в поток воздуха. На приборе расположен: слева циферблат, показывающий сотни делений, справа – тысячи делений; полный оборот стрелки большого циферблата даёт 100 делений. Анемометр необходимо поместить в поток воздуха таким образом, чтобы ось вращения колеса была для крыльчатого анемометра параллельна, а для чашечного – перпендикулярна направлению потока воздуха. После преодоления чашечками или крылышками анемометра инерции прибора и приобретении ими максимальной скорости, поворотом рычажка, находящегося на боковой стороне прибора, включают стрелки, одновременно включая секундомер для отсчёта времени замера. Через 1 мин, не отводя прибор с места исследования, отключают стрелки прибора, одновременно отмечая время проведения замера (в секундах).

Пересчёт полученного числа оборотов в 1 с на скорость воздушного потока в м/с производится с помощью графиков, представленных на рисунках 2.5а и 2.5б, где по вертикальной оси отложено число оборотов 1 с, а по горизонтали – скорость воздушного потока в м/с.

Рис. 2.5. Графики определения скорости движения воздуха по анемометру:

а – чашечному; б – крыльчатому

Анемометры обладают большой инерцией и начинают работать при движении воздуха со скоростью около 0,5 м/с; давление, создаваемое потоком воздуха меньшей скорости, не в состоянии преодолеть сопротивление оси колеса с крылышками или чашек, поэтому для измерения малых скоростей движения воздуха в помещениях используются кататермометры и термоанемометры. Для определения суммарной охлаждающей способности воздушной среды, для замера малых скоростей движения воздуха (до 2 м/с) пользуются прибором, называемым кататермометром.

Шаровой кататермометр, показанный на рисунке 2.6, представляет собой спиртовой термометр с двумя резервуарами – шаровым внизу и цилиндрическим вверху со шкалой деления от 31 до 41 °С.

Количество теплоты, теряемой кататермометром, при его охлаждении от 38 до 35 °С постоянно при всех условиях среды, а продолжительность охлаждения различна и зависит от взаимного действия всех метеорологических факторов.

Количество теплоты в милликалориях, теряемой с 1 см2 резервуара кататермометра, называется его фактором F, величина которого указывается на приборе.

Разделив фактор на время (в секундах), в течение которого произошло охлаждение кататермометра от температуры 38 до 36 °С, получаем охлаждающую силу воздуха:

Скорость движения воздуха определяется по формулам, выбираемым в зависимости от величины f/Δt. Величина Δt – это разность между средней температурой кататермометра (36,5 °С) и температурой окружающего воздуха.

Если , то (2.3)

Если , то (2.4)

Определение суммарной охлаждающей силы воздушной среды с помощью кататермометра производится следующим образом. Прибор погружают в воду, нагретую до 60–70 °С (но не более 80 °С во избежание закипания спирта в приборе и разрыва резервуара), держат его в воде до заполнения спиртом на 1/3 или 1/4 объёма верхнего расширения капилляра. Затем кататермометр вынимается из воды, тщательно вытирается и подвешивается в точке замера. Прибор охлаждается окружающим воздухом. При достижении столбиком спирта 38 °С включают секундомер и замеряют время охлаждения прибора (Т, с) на 3° (от 38 °С до 35 °С). Далее производятся расчёты.

Скорость движения воздуха менее 1 м/с также измеряется термоанемометрами. В основу работы термоанемометра положен принцип охлаждения датчика, находящегося в воздушном потоке и нагреваемого электрическим током.

Датчик представляет собой полупроводниковое микросопротивление. Питание прибора осуществляется либо от сети напряжением 220 В, либо от малогабаритных батареек напряжением 1,5 В.

Термоанемометром измеряют скорости движения воздуха от 0,03 до 5 м/с при температуре от 1 до 60 °С. С помощью термоанемометра можно измерить и температуру воздуха помещения, для чего производят соответствующее переключение прибора.

Изучение барометрического давления при исследовании метеорологических условий позволяет, с одной стороны, полнее учесть зависимость температуры и относительной влажности воздуха от барометрического давления (при повышении давления температура повышается), а с другой стороны, существенно влияние этого показателя на характерные эндотермические (испарение влаги) и экзотермические (конденсация пара) процессы, оказывающие большое влияние на метеорологический комфорт.

Барометр-анероид (рис. 2.7), предназначен для измерений атмосферного давления в пределах от 600–800 мм рт. ст.

Рис. 2.7. Барометр-анероид:

1 – корпус; 2 – анероид; 3 – стекло; 4 – шкала;

5 – металлическая пластина; 6 – стрелка; 7 – ось

Главная часть барометра-анероида – лёгкая, упругая, полая внутри металлическая коробка (анероид) 2 с гофрированной (волнистой) поверхностью. Воздух из коробочки откачан. Её стенки растягивает пружинящая металлическая пластина 5. К ней при помощи специального механизма прикреплена стрелка 6, которая насажена на ось 7. Конец стрелки передвигается по шкале 4, размеченной в мм рт. ст. Все детали барометра помещены внутрь корпуса 1, закрытого спереди стеклом 3.

Значение давления определяется как алгебраическая сумма отсчёта по шкале и поправок, которые указаны в паспорте прибора.

Интенсивность теплового излучения измеряют актинометрами различных конструкций, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении её втепловую, количество которой регистрируется различными способами.

Обеспечение требуемых нормами метеорологических условий и чистоты воздуха в рабочей и обслуживаемой зонах помещений устраивается системами вентиляции, кондиционированием воздуха и отоплением.

Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязнённого воздуха и подачу на место удалённого свежего чистого воздуха.

Промышленную вентиляцию применяют для технических и санитарно-гигиенических целей. Для технических целей её используют в различных технологических процессах, в санитарно-гигиенических целях вентиляцию применяют для создания нормальных условий труда путём правильного воздухообмена в производственных помещениях. Воздухообмен осуществляется путём удаления из помещения воздуха, не отвечающего требованиям санитарных норм, и подачи чистого свежего воздуха. В этом процессе количество удаляемого и подаваемого воздуха должно быть равно.

По способу перемещения воздуха различают два основных вида вентиляции: естественную и механическую.

Выбор системы вентиляции зависит от особенностей производственного процесса, типа здания, характера выделяющихся вредностей и необходимой кратности воздухообмена.

Вентиляцию называют естественной, если воздухообмен осуществляется путём использования естественного движения воздуха в результате теплового или ветрового напора. Тепловой напор создаётся в результате наличия разности температур или разности удельных весов внутреннего и наружного воздуха, а ветровой – движением наружного воздуха.

Естественную вентиляцию называют аэрацией, когда естественный воздухообмен организован, т.е. осуществляется путём регулирования притока и вытяжки, за счёт открытия форточек, стенных клапанов, фонарей.

На практике имеет место и неорганизованный способ естественной вентиляции (инфильтрация), т.е. когда воздухообмен осуществляется за счёт случайных отверстий и щелей в оконных и дверных проёмах, в стенах и перекрытиях зданий и возможен в помещениях, где необходим не более, чем однократный обмен воздуха в час.

При механической вентиляции воздухообмен достигается за счёт разности давлений, создаваемой вентилятором, который приводится в движение электромотором. Механическая вентиляция применяется в случаях, когда тепловыделения в цехе недостаточны для систематического использования аэрации, а также, если количество или токсичность выделяющихся в помещение вредных веществ требует поддержания постоянного воздухообмена независимо от внешних метеорологических условий.

При механической вентиляции воздух почти всегда подвергается предварительной обработке. В зимнее время приточный воздух подогревается, а в летнее – охлаждается. В необходимых случаях воздух увлажняется или осушается. Если удаляемый (подаваемый) механической вентиляцией воздух запылён или содержит в большом количестве вредные газы и пары, он подвергается очистке.

Вентиляционные системы по их назначению подразделяются на вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также рабочую и аварийную.

В зависимости от места применения различают вентиляцию: общеобменную, предназначенную для обмена воздуха всего помещения, и местную, обеспечивающую приток или вытяжку воздуха непосредственно на рабочем месте, т.е. у мест выделения вредностей.

В тех помещениях, где возможно внезапное поступление токсических или взрывоопасных веществ, устраивается аварийная вытяжная вентиляция, включение которой производится автоматически от показаний газоанализаторов, настроенных на допустимую по санитарным и противопожарным требованиям концентрацию газов или паров.

Независимо от наличия искусственной вентиляции во всех помещениях необходимо предусматривать также устройство проёмов в ограждениях (форточки, фрамуги) для проветривания.

Механическая вентиляция может быть устроена таким образом, что в вентилируемом помещении поддерживаются постоянные, заранее заданные условия температуры, влажности, чистоты воздуха независимо от наружных условий и колебаний режима технологического процесса. Такая вентиляция называется кондиционированием воздуха.

Обычно кондиционированный воздух до поступления в помещение проходит тепловлажную обработку в установках, называемых кондиционерами, которые состоят из устройств нагрева воздуха – калориферов, устройств охлаждения воздуха – поверхностных или контактных воздухоохладителей, устройств осушения воздуха.

Воздух в калориферах получает тепло от оребрённых или гладких поверхностей трубок, по которым протекает теплоноситель – вода или пар.

В поверхностных воздухоохладителях воздух отдаёт тепло поверхностям трубок, по которым пропускается холодная вода или другой холодоноситель. В контактных охладителях происходит непосредственный контакт охлаждаемого воздуха с водой, обычно воздух проходит через дождевое пространство камеры орошения, в которой форсунками разбрызгивается охлаждённая вода. Осушение воздуха производится влагопоглощающими веществами: твёрдыми (силикатель), жидкими (растворы хлористого лития, хлористого кальция).

Количественно любой способ воздухообмена можно охарактеризовать кратностью воздухообмена, т.е. величиной, показывающей, сколько раз в единицу времени (в минуту, час) происходит полная смена всего объёма воздуха в помещении.

Требования безопасности, предъявляемые к системе вентиляции, изложены в ССБТ ГОСТ 12.4.021–75:

— вентиляторы вытяжных систем, обслуживающих помещения с производствами категорий А, Б должны быть выполнены из материалов, не вызывающих искрообразования;

— взрывоопасность и пожароопасность производственных помещений не должна увеличиваться применением вентиляционных систем;

— вентиляционные системы, обслуживающие помещения с производствами категорий А, Б, где возможно появление статического электричества, должны обеспечивать электростатическую безопасность и иметь заземление.

В помещениях с постоянным или длительным (более 24 часов) пребыванием людей следует предусматривать в холодный период года поддержание требуемых температур внутреннего воздуха путём подачи тепла системами отопления.

Системы отопления зданий должны удовлетворять следующим требованиям, т.е. обеспечивать:

— равномерный нагрев воздуха помещения в течение отопительного периода;

— безопасность в отношении пожара и взрывов;

— возможность регулирования;

— увязку с системами вентиляции;

— уровни звуковых давлений в пределах нормы;

— наименьшее загрязнение атмосферного воздуха.

Системы отопления разделяются на местные и центральные. В местных системах отопления теплогенератор (котёл), теплопроводы (трубы) и нагревательные приборы (батареи) объединены и находятся в отапливаемом помещении. В центральных системах отопления выработка тепла происходит в каком-либо центре (в котельной), а теплоноситель к нагревательным приборам, находящимся в отапливаемом помещении, подаётся по трубопроводам.

В зависимости от вида используемого теплоносителя отопление бывает водяное, паровое и воздушное.

Системы водяного отопления подразделяются:

— по принципу подводки теплоносителя к нагревательным приборам – на двухтрубные и однотрубные;

— на системы с естественным побуждением (циркуляцией) и искусственным побуждением – с применением циркуляционного насоса;

— на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой.

Водяное отопление более безопасно (по отношению к паровому), т.к. температура нагревательных приборов не превышает 80–90 °С.

Системы парового отопления подразделяются на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой. В паровых системах отопления водяной пар, конденсируясь в нагревательных приборах, выделяет скрытую теплоту парообразования. Это тепло передаётся в помещение через стенки нагревательного прибора, а конденсат по конденсатопроводу стекает снова в котел для повторного использования. Недостатки парового отопления: высокая температура нагревательных приборов, которая может привести к возгоранию легковоспламеняющихся веществ и пыли, и как следствие, к ожогам обслуживающего персонала.

Системы воздушного отопления могут быть отопительными, в которых осуществляется полная рециркуляция воздуха, и отопительно-вентиляционными – используемые свежий воздух. Воздушное отопление обладает следующими преимуществами: гигиеничностью, безопасностью, быстрым повышением температуры воздуха в помещении, исключением множества местных нагревательных приборов. Воздушное отопление целесообразно применять для отопления крупных производственных помещений.

Основой аттестации рабочих мест по условиям труда является соответствие параметров воздуха данным, приведённым в таблицах 2.6, 2.7, 2.8 и 2.9, характеризующим класс условий труда по показателям микроклимата для производственных помещений и открытых территорий в различные периоды года.

Таблица 2.6

Приборы для измерения скоростей воздуха: анемометры

Анемометр ручной крыльчатый АСО-3 типа Д предназначен для измерения скорости воздуха от 0,2 до 6 м/сек.

Перед замером записывается начальное показание счетчика анемометра, затем анемометр с выключенным механизмом вводится в воздушный поток и через 5—10 сек. счетчик включается одновременно с секундомером. Через 1—2 мин. или через 50—100 сек. (для удобства в последующих подсчетах) счетчик выключается и записывается конечное его показание.

Разность конечною и начального отсчетов делится на число секунд замера, а результат по тарировочному графику, которым должен быть снабжен каждый анемометр, переводится в скорость (в м/сек).

Анемометр чашечный предназначен для измерения скоростей от 1 до 20 м/сек.

Определение скорости воздушного потока производится так же, как и при работе с крыльчатым анемометром.

Анемометр крыльчатый с часовым механизмом (фирмы «Розенмюллер» ГДР — рис 17) состоит из колеса с алюминиевыми лопастями, укрепленного на стальной оси, вращающейся в цапфовых подшипниках.

Счетный и часовой механизмы расположены в центре анемометра Циферблат имеет две шкалы большую, разбитую на 100 делений, и малую, разбитую на 10 делений Деление малой шкалы соответствует 100 делениям большой шкалы.

Управление анемометром производится двумя рычагами Рычаг 3 отводится влево и отпускается. При возвращении рычага в исходное положение включается часовой механизм спустя 30 сек автоматически включается счетный механизм. За эти 30 сек колесо анемометра получает полный разгон.

Счетный механизм работает в течение 60 сек, после чего автоматически выключается и на циферблате непосредственно отсчитывается путь, пройденный воздушным потоком за 1 мин в м.

Стрелки счетного механизма приводятся к нулю (к начальному положению) нажатием на кнопку рычага.

Завод часового механизма производится вращением головки ключа.

Истинное значение скорости воздушного потока в м/сек определяется по паспорту, прилагаемому к каждому прибору Анемометр чашечный с часовым механизмом (фирмы «Розенмюллер», ГДР) снабжен тремя полусферическими чашечками, укрепленными на оси, вращающейся в цапфовых подшипниках Он снабжен счетным и часовым механизмами. Циферблат  счетного механизма имеет такие же шкалы, как у крыльчатого анемометра с часовым механизмом.

Красная стрелка на циферблате вращается при работе счетного механизма и останавливается при его выключении. Перед замером прибор вносится в поток воздуха, и спустя некоторое время рычаг отводится до упора вниз и отпускается. При возвращении рычага в исходное положение включаются счетный и часовой механизмы. Спустя 100 сек с момента включения прибора счетный механизм автоматически останавливается, и с циферблата снимается показание анемометра, выраженное в м/сек Стрелки приводятся к нулю нажатием на кнопку.

Правила измерения скоростей воздуха анемометрами

Измерения анемометрами производятся в проемах внешних ограждений зданий, в приточных и вытяжных отверстиях, в открытых концах воздуховодов и т п.

Анемометры должны быть укреплены на рейках, чтобы не заслонять площадь живого сечения проема, в котором производятся замеры Пуск и выключение счетного механизма должны осуществляться с помощью шнура.

Ось колеса чашечного анемометра должна быть перпендикулярна направлению потока, а ось колеса крыльчатого анемометра должна совпадать с направлением потока.

В каждом проеме замер производится 2 раза. Разница между замерами не должна превышть ±5%, в противном случае производит дополнительный замер.

В открытых отверстиях и проемах размером до 1—2 м2 скорость воздуха замеряется при медленном равномерном передвижении анемометра по всему сечению отверстия или проема.

При больших размерах сечение разбивается на несколько равных площадей и замеры производятся в центре каждой из них. При этом за истинную скорость принимается среднее арифметическое значение замеренных скоростей.

В отверстиях, закрытых решетками, замеры производятся крыльчатым анемометром, снабженным насадкой, который в процессе замера плотно примыкает к решетке. Насадок обычно изготовляется из листовой стали или винипласта.

Замеренная скорость должна быть скорректирована поправочным коэффициентом, величина которого обычно находится в пределах 0,7—1.

Для приближенного определения значения этого коэффициента изготовляется насадок, сечение которого соответствует габаритам решетки, а длина (относ от решетки) составляет не менее двух длин большей ее стороны. Искомый коэффициент равен отношению расхода воздуха, определенного по скорости, замеренной в насадке, сделанном по габариту решетки, к расходу воздуха, определенному по скорости, измеренной непосредственно у решетки.

Измерение воздушного потока подручными средствами

При сборе приточной вентиляции своими силами, как, впрочем, и при использовании готовых решений, может возникнуть необходимость измерения воздушного потока. Например, с какой скоростью поступает воздух, какой приток в кубических метрах реально обеспечивает вентиляция или отдельная ветка воздуховода. Кто занимается системами вентиляции профессионально, могут позволить себе для этой цели специальные измерительные приборы. Другое дело любители, которым измерения могут понадобиться лишь однажды.

Именно любителям, возможно, пригодится способ измерений, о котором я хочу рассказать. Мысль о нем пришла совершенно внезапно. Больше всего мне в этом понравилось, что оказалось достаточно подручных средств. Думаю, они есть у многих. В крайнем случае, их можно купить совсем недорого в любом радиомагазине.

И так, нам понадобятся всего две вещи:

  • Небольшой вентилятор. Например, его можно взять от компьютера. Я себе в компьютере менял вентиляторы в блоке питания и на видеокарте с целью понижения шума. В результате штатные извлеченные из компьютера вентиляторы валялись после этого мероприятия без дела. Также подойдет, думаю, пропеллер с моторчиком от какой-нибудь игрушки.
  • Вольтметр. Для тех, кто не в курсе, это такой прибор, который измеряет напряжение. Сейчас отельных таких приборов не найти. Продаются всякие комплексные измерители для радиолюбителей. У меня как раз такой. Подобные приборы очень распространены, и китайские варианты стоят копейки.

Принцип измерений прост. Основан он на том, что, пожалуй, любой электрический двигатель может не только крутится при подаче на него напряжения, но и наоборот — вырабатывать это самое напряжение. Не важно, что делает это он не так эффективно, как специализированные генераторы. Для нашей цели это не имеет значения. В общем, если поместить вентилятор в воздушный поток, то он, очевидно, начнет вращаться. Нам остается лишь померить на его контактах величину вырабатываемого при этом напряжения и произвести расчет.

Пример измерений

Я имею канальный вентилятор S&P TD-500/160 Mixvent. Согласно графику в паспортных данных для него на холостом ходу заявлена максимальная производительность примерно Q1 = 570 м3/час. Присоединительные отверстия у вентилятора диаметром D = 160 мм = 0,16 м.

Находим площадь этих отверстий:

S = П*R2 = П*(D/2)2 = 3,14*(0,16/2)2 = 0,02009 м2

Находим максимальную скорость потока для вентилятора:

V1 = Q1/(S*3600) = 570/(0,02009*3600) = 7,8 м/сек.

Теперь нужно померить, какое напряжение будет вырабатываться, если подносить измерительный вентилятор к выходному отверстию работающего на холостом ходу канального вентилятора. В моем случае напряжение составило U1 = 0,97 В.

Исходные данные есть, переходим непосредственно к измерениям.

Например, подсоединяем к выходу канального вентилятора канальный фильтр и снова производим изменение напряжения в потоке воздуха, теперь уже после фильтра. У используемого фильтра такой же диаметр входного и выходного отверстия как у вентилятора D = 0,16 м, соответственно площадь их тоже аналогична S = 0,02009 м2. Очевидно, что напряжение в данном случае снизится. Ведь скорость потока стала ниже из-за сопротивления, которое создает воздуху фильтр. Соответственно, измерительный вентилятор тоже станет вращаться медленнее. В моем случае напряжение после фильтра составило U2 = 0,64 В.

Делаем расчет скорости потока воздуха после фильтра:

V2 = (V1/U1)*U2 = (7,8/0,97)*0,64 = 5,1 м/сек.

Делаем расчет полученной в итоге производительности:

Q2 = S*V2*3600 = 0,02009*5,1*3600 = 368 м3/час.

Вот собственно и все, мы получили оба интересующих нас параметра.

Погрешность измерений

Конечно, это не идеальный способ измерений. Его точность может зависеть от равномерности потока, от того как вы будете держать вентилятор в потоке, кроме того от самого вентилятора. Тем не менее, для примерной оценки — это, считаю, очень неплохой вариант. Он определенно лучше, чем подставлять к вентиляционному каналу руку и пытаться определить степень дуновения по ощущениям.

Что касается равномерности воздушного потока, то для уменьшения погрешности измерений можно постараться применить советы, которые обычно дают при установке канальных датчиков температуры. Во-первых, измерения будут корректны, если их производить в центре потока. Нельзя прижиматься к краям вентиляционного канала. Во-вторых, после канальных устройств, таких как вентилятор, фильтр, нагреватель и прочих, необходимо сделать отступ, составляющий, как минимум, два диаметра воздуховода. Таким образом, для повышения точности имеет смысл какой-то небольшой кусок трубы подсоединять к таким устройствам, а затем уже после него делать замеры.

 

,  друзья тоже любят читать интересные статьи 🙂

Измерения на вентиляционных решетках

Объемный расход воздуха на всех входных и выходных вентиляционных отверстиях должен соответствовать расчетным величинам, необходимым для эффективной работы системы. Поэтому необходимо проводить достоверные измерения объемного расхода воздуха согласно требованиям стандарта EN 16211.

10 в категории Измерения на вентиляционных решетках

Приборы для наладки и регулирования систем вентиляции

 Функция
9515
9525
9535,
9535-A
9545,
9545-A

Диапазон скоростей

от 0 до 10 м/с

 
*
 
 

Диапазон скоростей

от 0 до 20 м/с

*
 
 
 

Диапазон скоростей от

0 до 30 м/с

 
 
*
*
Температура
*
 
*
*
Объемный расход
 
 
*
*
Влажность, точка росы
 
 
 
*
Зонд
Прямой
 
Прямой или — А поворотный
Прямой или — А поворотный
Цифровой дисплей
*
*
*
*
Ручное сохранение данных
 
 
*
*
Автоматическое сохранение данных
 
 
 
*
Статистика
 
 
*
*
Просмотр сохраненных данных
 
 
*
*
Программное обеспечение для импорта данных LogDat2TM
 
 
*
*

Анемометр Testo 416



Анемометр Testo 416 – компактный прибор для измерения скорости воздушного потока и объёмного расхода в системах вентиляции. Для точного расчета объемного расхода в анемометр необходимо ввести данные о площади сечения воздуховода. Скорость воздушных потоков измеряется в диапазоне от 0,6 до 40,0 м/c. В качестве детектора используется телескопический зонд-крыльчатка диаметром 16 мм и длиной до 890 мм. Зонд анемометра размещается в воздуховоде и производит точный расчет объемного расхода воздуха. Функция усреднения по времени и количеству замеров позволяет получить усредненное значение расхода.

Принцип действия анемометра Testo 416 при измерении скорости основан на тахометрическом принципе преобразования скорости воздушного потока в частоту электрического сигнала с помощью крыльчатки, угловая скорость вращения которой линейно зависит от скорости измеряемого воздушного потока. Из дополнительных функций Testo 416 можно выделить подсветку дисплея, автоотключение и функцию HOLD для фиксации текущего значения.

Анемометр Testo 416 внесен в Госреестр средств измерения РФ (№ 17273-11). Измерение скорости и температуры воздуха с применением анемометра Testo 416 соответствует требованиям ГОСТ Р 52931-2008, ГОСТ 8.558-2009 и ГОСТ 8.542-86 ГСИ. Поверка проводится по методике МП РТ 1574-2011. Межповерочный интервал – 1 год. Свидетельство о поверке в стандартный комплект поставки не входит и поставляется по заявке. Производитель: Testo AG – Германия. Срок гарантии – 2 года. Средняя наработка на отказ – 5 000 часов. Гарантийный ремонт прибора проводится в московском сервисном центре.

Метрологические и технические характеристики измерителей Testo 405, Testo 416, Testo 417, Testo 425 приведены в следующей таблице:

Характеристики Testo 405 Testo 416 Testo 417 Testo 425
Диапазон измерений:
скорости воздушного потока,
температуры

от 0,1 до 10,0 м/c
от 0 до 50 °С

от 0,6 до 40,0 м/c

от 0,3 до 20,0 м/c
от 0 до 50 °С

от 0,1 до 20,0 м/c
от – 20 до + 70 °С
Диапазон показаний:
скорости воздушного потока,
температуры

от 0 до 10 м/c
от 0 до 50 °С

от 0 до 40 м/c

от 0 до 20 м/c
от 0 до 50 °С

от 0 до 20 м/c
от – 20 до + 70 °С
Значение единицы младшего разряда 0,01 м/с
0,1 °С
0,1 м/с
0,01 м/с
0,1 °С
0,01 м/с
0,1 °С
Пределы допускаемых значений основной абсолютной погрешности:
 — скорости воздушного потока, м/с;
 
 
 
 — температуры, °С
 
 
 

Δv = ± (0,1+0,05V)
в диапазоне (0,10…2,00) м/с
Δv = ± (0,3+0,05V)
в диапазоне (2,01…10,00) м/с
Δt = ± 0,5
 
 
 

Δv = ± (0,2+0,05V)
 
 
 

 
 
 

Δv = ± (0,1+0,05V)
 
 
 
Δt = ± 0,5
 
 
 

Δv = ± (0,1+0,05V)
 
 
 
Δt = ± 0,5
в диапазоне (0…50)°С
Δt = ± 0,7
(в остальном диапазоне)
Пределы допускаемой дополнительной абсолютной погрешности, вызванной изменением температуры на 1 °С от нормальной (20 ± 5) °С, м/с ± 0,3Δv ± 0,3Δv
V – значение скорости воздушного потока, м/с; Δv – пределы допускаемых значений основной абсолютной погрешности при измерении скорости воздушного потока, м/с; Δt — пределы допускаемых значений основной абсолютной погрешности при измерении температуры, °С
Рабочая среда воздух
Напряжение питания, В 4,5 9 9 9
Диапазоны рабочих температур, °С от 0 до 50 от – 20 до + 50 от 0 до 50 от – 20 до + 50
Относительная влажность, %, не более 80
Диапазоны температуры хранения, °С от – 20 до + 70 от – 40 до + 85 от – 40 до + 85 от – 40 до + 85
Габаритные размеры (Д × Ш × В), мм, не более 300 × 37 × 36 182 × 64 × 40 277 × 105 × 45 182 × 64 × 40
Масса, кг, не более 0,115 0,325 0,230 0,285
Наработка на отказ, ч 5000 5000 5000 5000

Видео презентация анемометра Testo 416


Подпишитесь на наш канал YouTube

Комплект поставки:

Дополнительные материалы:

 

Анемометр Тесто 416 можно купить с доставкой до двери или до терминалов транспортной компании в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов. Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и другие города, кроме того, в Республике Крым. А также Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

Лидеры продаж ТК

Шаблон Красовского УШК-1

Эталоны чувствительности канавочные

Магнитный прижим П-образный

Услуги по тепловому контролю

Альбом радиографических снимков

ОПРОС:
Какое оборудование кроме НК вас интересует:

Как проверить работу вытяжной вентиляции

 Грибок и плесень на плитке и стенах в ванной, неприятные запахи, которые подолгу не уходят из квартиры — все это симптомы того, что в вашем жилье стала плохо функционировать система вентиляции. Если не начать решать данную проблему, самочувствие членов семьи начнёт ухудшаться, белье будет долго сохнуть, а в комнатах надолго останется канализационный запах.

Как самостоятельно проверить работу вытяжной вентиляции?

Для проверки вентиляции необходимо совершить ряд действий в следующей последовательности:

  1. Первым делом нужно взять полоску тонкой бумаги.
  2. Открыть окна и входную дверь. Взять бумагу за один конец и поднести её к отдушине вентиляции на расстояние в пять сантиметров. Если полоску засасывает в отдушину, тогда вытяжка работает должным образом и проблема кроется в приточной вентиляции. Вероятной причиной этого является недостаточная инфильтрация, как пример, из-за не пропускающих воздух пластиковых окон.
  3. Если полоска бумага осталась в неподвижном состоянии, это говорит о засоренности вытяжных каналов. Их можно прочистить с помощью щетки на гибком тросике из стали или проволоке. После осуществления механической чистки необходимо будет пропылесосить каналы, для чего достаточно надеть кусок гибкого винилового шланга на трубу пылесоса.
  4. После проверяется переток: насколько хорошо воздух циркулирует по квартире. Для этого закрывают окна и входную дверь, но открывают двери между помещениями. Если при открытых дверях бумажка засасывается в отдушину, а при закрытых остается неподвижной, это говорит о нарушенной циркуляции.

Категорически не рекомендуется проверять вентиляцию свечой или горящей спичкой, поскольку это очень опасно: в каналах вентиляции могут скапливаться газы, в том числе и те, которые легко воспламеняются.

Привлечение к проверке профессионалов

С помощью профессионального обследования вытяжной вентиляции оценивается степень засоренности общедомовых и поэтажных вентиляционных каналов. В процессе вычисляется возникающая вследствие образования сравнительно низкого давления степень «засасывания» и мощность воздушной тяги. Замеры осуществляются по каждой вытяжной шахте с целью выяснения причин появления обнаруженных в работе вентиляции сбоев.

Инструментальные замеры являются наиболее точным способом проверки вентиляции в многоквартирном доме. В процессе используется анемометр. Вы и сами при желании можете  приобрести простейшую модель. Санитарная служба использует куда более совершенные приборы с целью расчета кратности обмена воздуха в различных по назначению помещениях. Более продвинутые анемометры оснащаются встроенными вычислительными модулями и выносными датчиками.

Согласно актуальным нормам должно быть такое естественное движение воздуха:

  • для ванной, санузла – 25 м3/ч;
  • для кухни – 60 м3/ч.

Полученные с помощью анемометра показания являются скоростью движения воздуха в канале вентиляции. С данными значениями, а также сечением решетки, можно высчитать производительность системы.

Выбор прибора для наладки вентиляционных систем и газоходов — Журнал АКВА-ТЕРМ

Опубликовано: 24 августа 2010 г.

179

М. Коротков, И. Адаев, И. Левин

При контроле работы отопительного оборудования и наладке систем вентиляции возникает вопрос, какой прибор использовать для измерения в воздуховодах (газоходах) таких параметров воздушного (газового) потока, как скорость и объемный расход. На рынке представлено большое количество приборов: крыльчатые анемометры с различными диаметрами крыльчаток, термоанемометры, дифференциальные манометры с различными пневмометрическими (напорными) трубками, комбинированные приборы и т.д. Выбор прибора зависит от того, где проводятся измерения – на вентиляционной решетке или непосредственно в воздуховоде (газоходе), каковы диапазон скоростей, температура, запыленность. В этой статье рассматриваются принципиальные различия между приборами, а также даны советы по выбору приборов в зависимости от задачи, решаемой наладчиком. Указанные в статье технические характеристики приборов – ориентировочные, так как существует множество моделей с различными параметрами.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Конструктивные особенности приборов
На рис. 1 показана линейка приборов для измерения параметров воздушного потока на примере продукции одной из фирм-производителей (KIMO Instruments), в порядке перечисления: термоанемометр, крыльчатый анемометр, дифференциальный манометр, пневмометрические трубки, комбинированный прибор со сменными зондами, воронки для определения объемного расхода. Принципы действия, области применения и технические характеристики трех первых из перечисленных приборов приведены в табл. К ней следует сделать два примечания: во-первых, функция усреднения, расчета объемного расхода, а в случае с дифманометром и функция расчета скорости, могут быть заложены в прибор или отсутствовать; во-вторых, дифференциальный манометр, как правило, более надежен и доступен, чем анемометры.

Комбинированный (многофункциональный) прибор – совокупность перечисленных в табл. – представляет собой измерительный блок с возможностью подключения различных зондов: пневмометрических трубок, зондов-крыльчаток, термоанемометров, зондов скорости вращения, температуры и влажности и др.

Для измерения объемного расхода на вентиляционных решетках и диффузорах совместно с анемометрами используются воронки. Их применение делает процесс измерения проще и точнее, так как проводится один замер, а не несколько, как в случае работы только с анемометром с последующим усреднением результатов. Необходимо, чтобы воронка полностью накрывала решетку (диффузор), то есть имела соответствующие размеры и форму. При использовании воронки в память прибора вносится ее коэффициент, поэтому чаще всего анемометр можно использовать только той фирмы, которая производит и воронки к нему.

Отметим: когда задачей наладчика является измерение нескольких параметров (например, давления, скорости потока, влажности, температуры), удобнее всего воспользоваться комбинированным прибором, но это далеко не всегда дешевле покупки отдельно дифманометра, анемометра, гигрометра и т.п.

Ограничения по использованию приборов
Термоанемометры и трубки Пито не следует применять для измерения параметров потоков воздуха или другой газовой среды с большой запыленностью, а термоанемометры также и в высокоскоростных потоках (более 20 м/с). В трубках Пито отверстие, воспринимающее полное давление, имеет небольшой диаметр и может засориться (в этом случае лучше использовать трубку НИИОГАЗ или подобную ей). А в термоанемометре может порваться чувствительный элемент – «обогреваемая струна». Большая запыленность встречается, например, при производстве цемента, муки, сахара, в металлургии, при наладке вентсистем в период строительства и др.

Нежелательно использование приборов вне диапазонов температур, предписанных для измерительного блока и зондов. При высоких температурах лучше применять пневмометрические трубки из нержавеющей стали или высокотемпературные крыльчатки из специальных сплавов, нежели скоростные зонды, изготовленные с пластиковыми элементами. Например, при измерениях в газоходах, где чаще всего преобладают высокие температуры.

При проведении замеров необходимо, чтобы чувствительный элемент зонда был направлен строго навстречу потоку воздуха. При отклонении от этой оси увеличивается погрешность измерений, и чем больше угол отклонения, тем больше погрешность.

Измерения на вентиляционной решетке
Для измерений можно использовать любой анемометр или термоанемометр, но замеры будут произведены быстрее и точнее, если использовать анемометр с крыльчаткой большого (60–100 мм) диаметра, так как в этом случае диаметр крыльчатки сопоставим с размерами решетки. Для упрощения измерений и уменьшения погрешности можно использовать вместе с прибором воронку. Если необходимо проводить замеры в труднодоступных местах (например, под потолком), используется телескопический зонд или зонд с удлинителем.

Другой вариант – проведение измерений анемометром с крыльчаткой малого (16–25 мм) диаметра и термоанемометром.

При их использовании требуется провести большее количество измерений, нежели при использовании анемометра с крыльчаткой большого диаметра. Это занимает больше времени, а также уменьшает точность измерений ввиду того, что увеличивается вероятность отклонения от оси измерений при каждом замере. При использовании любого из вышеперечисленных приборов желательно, чтобы он имел функцию расчета объемного расхода, а также усреднения по времени и количеству замеров.

В противном случае наладчику придется рассчитывать эти значения самостоятельно. Необходимо провести измерения скорости потока в нескольких точках, распределенных по решетке, например, как показано на рис. 2. После этого рассчитывается средняя скорость потока – vср: полученные при каждом измерении значения складываются, а сумма делится на число замеров. Значение объемного расхода определяется по формуле:


Q = vср × F × 3600, м3/ч,
 

где vср – средняя скорость потока, м/с; F – площадь поперечного сечения на измеряемом участке (решетки), м2.

Анемометры с функциями расчета и усреднения облегчают работу наладчика, автоматически определяя параметры воздушного потока. Однако остается необходимость проводить измерения по точкам сечения, а также вводить в прибор значение площади сечения.

Использование прибора с воронкой исключает необходимость проведения множества замеров; осуществляется только одно измерение.

В случае с измерениями на диффузоре без воронки вообще очень трудно обойтись. После установки воронки с анемометром на вентиляционную решетку (диффузор), как показано на рис. 3, однородный поток воздуха устремляется прямо на чувствительный элемент прибора, благодаря чему будет измерена средняя скорость. Анемометры с функцией расчета объемного расхода отображают его автоматически. При этом следует учесть, что у каждой воронки есть свой коэффициент преобразования, который необходимо предварительно ввести в прибор. Если прибор не рассчитывает объемный расход, то его можно рассчитать по формуле:


Q = Kв × vср, м3/ч,
 

где vср – средняя скорость потока, м/с, Kв – коэффициент преобразования воронки.

Иногда замеры необходимо производить в труднодоступных местах, когда решетки находятся на потолке или сразу под потолком. В этих случаях, чтобы не пользоваться стремянкой, можно использовать зонды с телескопической рукояткой или удлинители зондов.

Измерение непосредственно в воздуховоде (газоходе) Перед работой следует убедиться, что в стенке воздуховода есть отверстие, диаметр которого соответствует диаметру измерительного зонда. Необходимо, чтобы это отверстие было
на прямом участке воздуховода, так как в этом случае воздушный поток максимально однороден. Прямой участок должен быть длиной не менее пяти диаметров воздуховода. Точка замера выбирается с условием, что до нее должно быть расстояние, равное трем диаметрам воздуховода, и после нее – двум диаметрам.

Для проведения замеров используются термоанемометры, крыльчатые анемометры с малым (16–25 мм) диаметром крыльчатки и дифференциальные манометры с пневмометрическими трубками. Если в воздуховоде бывают потоки малой (< 2 м/с) скорости, то дифференциальный манометр для их измерения не подходит. В этом случае используются крыльчатые анемометры или термоанемометры. Ограничения по использованию приборов приведены выше. Когда воздуховод расположен достаточно высоко, можно использовать зонды с телескопической рукояткой или удлинители зондов, при работе с пневмометрической трубкой – выбирать ее соответствующей длины.

Отметим: при осуществлении замера чувствительный элемент прибора должен быть направлен строго навстречу потоку, иначе погрешность заметно увеличится.

Анемометры с крыльчаткой диаметром 16–25 мм и термоанемометры можно применять в чистых воздушных потоках для измерения низких (< 2 м/с) и более высоких скоростей, а анемометры с крыльчаткой также и в запыленных потоках. При высоких (> 80°С) температурах среды используются высокотемпературные крыльчатки.

Измерения проводятся в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой (рис. 2). При использовании анемометров в зависимости от того, есть ли у прибора функция расчета объемного расхода и функция усреднения по времени и количеству замеров, искомые значения средней скорости и объемного расхода либо рассчитывает прибор, либо вычисляются самостоятельно по указанным выше формулам.

Дифференциальные манометры с пневмометрической трубкой используются при высоких (> 80°С) температурах и (или) скорости потока более 2 м/с. Приборы можно условно разделить на две группы: одни измеряют только перепад давлений (динамический напор), другие имеют также функцию усреднения и рассчитывают скорость потока и объемный расход.

Обращаем внимание на необходимость введения в расчеты (в алгоритм прибора) специального коэффициента (как в случае применения воронок) при использовании пневмометрических трубок. Кроме того, в прибор следует вводить значения площади сечения воздуховода и температуры потока. Можно использовать дифманометры с автоматическим каналом ввода значения температуры и пневмометрические трубки со встроенной термопарой для упрощения вычислений. Применять пневмометрическую трубку Пито в запыленных потоках не рекомендуется – лучше проводить измерения с трубкой НИИОГАЗ. И здесь замеры делаются в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой.

При отсутствии у дифманометров функции расчета скорости потока и объемного расхода (например, ДМЦ-01О), можно использовать упрощенные (точные, с расчетом плотности среды в общем случае приведены в ГОСТ 17.2.4.06-90) формулы.

Динамический напор, измеряемый прибором, определяется как разность полного и статического давлений:


Pd = Pt – Ps, Па.
 

Скорость потока в точке замера:


vi = 0,07523 × (Pdi × (Тр+273) × Kт)1/2, м/с,
 

где Pdi – динамический напор в точке замера, Па; Тр – температура среды, °С; Kт – коэффициент пневмометрической трубки.

Если значение динамического напора выражено в мм вод. ст., константа 0,07523 в формуле расчета скорости потока vi меняется на 0,2356.

Среднее значения скорости потока и объемного расхода определяется, как в случае с замерами на вентиляционной решетке без использования воронки.

В качестве резюме изложенного материала на рис. 4 приведена блок-схема с алгоритмом выбора прибора для аэродинамических измерений в газоходах и системах вентиляции.

Нормативные документы
ГОСТ 17.2.4.06-90 «Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения».
ГОСТ 8.361-79 «Расход жидкости и газа. Методика выполнения измерений по скорости в одной точке сечения трубы».
ГОСТ 12.3.018-79 «Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний».

Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #5(39) 2007

 


вернуться назад

Читайте также:

Электронный анемометр UNI-T UT363. Тестируем вентиляционные решётки

Всем привет!
Сегодня мы посмотрим поближе на один из тех приборов, с которыми мало кому приходится сталкиваться в жизни, и с помощью которого можно наглядно убедиться, почему не все вентиляционные решётки одинаково полезны.
Подробности под катом.

Посылка упакована в пластиковый почтовый пакет морковного цвета.

Внутри — коробка из цветастого гофрокартона размерами 170х60х40 мм.
На лицевой стороне изображён содержащийся в ней прибор.

На тыльной стороне приведены таблицы технических характеристик(на китайском языке).

Прибор умеет измерять скорость потока воздуха в диапазоне 0-30 м/с(1,4-108 км/ч, 0,7-58 узлов, 0,8-67 миль/час, 78-5905 футов/минуту) с пересчётом в баллы шкалы Бофорта и температуру от 10 до 50 градусов Цельсия. Частота обновления показаний 2Гц, есть автоматическая(максимум/среднее) и ручная фиксация показаний.
На время дороги до покупателя он упакован в пакет из пупырчатой плёнки.

Внутри пакета с прибором располагается листок с кратким руководством пользователя. Оно тоже на китайском и его полезность исчерпывается рисунком жидкокристаллического индикатора с полностью задействованными сегментами.

Кому надо — вот тут оно есть на русском.
Размеры самого прибора 160x50x28 мм.
На задней стенке располагается откидная крышка отсека для элементов питания.

Под ней находится отсек для размещения трёх элементов типоразмера ААА(в комплект поставки прибора не входят, приобретаются отдельно).

Для разборки прибора необходимо вывернуть семь саморезов с крестообразным шлицем(пять расположены открыто, ещё два находятся в отсеке для элементов питания). После этого заднюю крышку корпуса можно снять.

Прибор собран на двухсторонней печатной плате, его основой является бескорпусная микросхема без маркировки.

Связи с ПК/смарфтоном в данной модели не предусмотрено, но в старшей(и более дорогой) UT363BT есть Bluetooth.
Датчики крупным планом.

Скорость потока воздуха определяется магнитным датчиком частоты оборотов крыльчатки(частота выходного сигнала 50 Гц соответствует скорости потока 3,4 м/с), температура воздуха — терморезистором. Учитывая, что терморезистор находится внутри корпуса и не имеет свободного обдува, а точность замера температуры в руководстве пользователя заявлена ± 2 градуса, не совсем понятно, для чего оно там вообще надо.
На передней панели прибора находятся жидкокристаллический индикатор и четыре кнопки — Power, UNIT, MAX/AVG, HOLD/BL.
Кнопка Power выполняет включение и выключение устройства(для экономии энергии источника питания прибор автоматически отключается через 5 минут).
Кнопка UNIT переключает используемые единицы измерения скорости(доступны метры в секунду, километры в час, узлы, мили в час и футы в минуту).
Кнопка MAX/AVG задействует и переключает режимы автоматической фиксации максимальной или средней скорости потока воздуха и температуры.
Кнопка HOLD/BL коротким нажатием включает и выключает режим ручной фиксации результатов измерений, длинным нажатием — бело-голубую подсветку индикатора, которой прибор снабжён для работы в слабоосвещённых местах.
Для дальнейших экспериментов мне пришлось изготовить трубу прямоугольного сечения с площадкой для крепления анемометра.

Анемометр крепится к площадке при помощи двухстороннего скотча.

В качестве источника образцового потока воспользуемся вентилятором 80х80 мм, подключенным к выходу блока питания на 12 В.

Измерим скорость потока воздуха без дополнительных препятствий в нём.

Она составляет 2,5 м/с.

Начнём эксперименты с испытания простых проволочных решёток.

Они ведь не могут сильно влиять на производительность вентилятора? Или могут?
Сначала установим на вентилятор решётку с четырьмя проволочными кольцами(одно кольцо при этом оказывается в пределах проекции двигателя крыльчатки) — и скорость сразу проседает до 2,2 м/с.

Другая решётка — пять колец, одно в пределах проекции двигателя крыльчатки, ещё одно на её краю. Скорость потока снижается ещё больше — до 2,1 м/с.

Решётка корпуса блока питания ExeGate просадила скорость потока до 1,9 м/с. Да, это очень неважные блоки питания.

А вот решётка от Codegen. Она ведёт себя гораздо лучше — итоговый результат 2,1 м/с

Очередное днище — JNC. Тормозит до 1,7 м/с.

Теперь переходим к решёткам на корпусах для ПК.
Вот эта, несмотря на достаточно большое количество лучей, мешает потоку не так сильно, как это сначала казалось — 2,0 м/с.

Корпус от InWin демонстрирует точно такой же результат.

Корпус от сервера HP выступил несколько хуже — 1,9 м/с.

Это вытяжка? С точки зрения конструктора корпуса — да, а в реальности она просаживает поток в 2,5 раза от контрольного значения.

В принципе, это не предел — бывает и хуже, но устраивать раскопки в подвале как-то не хочется.
Хитрая двухуровневая решётка от Microlab. Тоже не фонтан — 1,6 м/с.

Сдвоенная решётка от Apple. Неожиданно хороший результат для такого плотного расположения ребер — 2,0 м/с.

Выводы: 1. Прибор работоспособный. Обычному пользователю в общем-то не нужен, вентиляционщикам и кондиционерщикам будет полезен.
2. Любая решетка на компьютерном вентиляторе заметно снижает его производительность. Даже если она состоит из редких проволочных колец, не говоря уже о пылевом фильтре.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Измерение расхода воздуха в воздуховоде: типы измерителей, организация замеров

Экологически чистая атмосфера является важнейшим фактором нормальной жизнедеятельности человека. Поэтому сегодня такое большое значение придается эффективным системам вентиляции и кондиционирования воздуха.

Современная система вентиляции и кондиционирования в помещениях позволяет организовать комфортную жизнедеятельность человека.

Успешная долговечная эксплуатация таких систем невозможна без их качественной настройки и постоянного техобслуживания. Определению эффективности оборудования служат также регулярные измерения различных параметров работы, в том числе и измерение расхода воздуха в воздуховоде. Для этой важной операции разработаны различные методики и приборы.

Для чего необходимо проводить измерение расхода воздушной массы?

Схема вентиляции и кондиционирования в жилом помещении.

Течение воздуха по системе проветривания осуществляется при определенной скорости, на которую влияют многие факторы. Данный параметр, зависящий от конструкции и сечения вентиляционных каналов, является ключевым критерием для выяснения величины расходования воздуха в воздуховоде. Средняя скорость исчисляется на основе замеров уровня динамического давления.

При этом следует учитывать, что измерение реальной скорости воздуха имеет решающее значение для чистых жилых комнат, которые снабжаются однонаправленным воздушным потоком. В то же время фиксация уровня расхода воздуха является первостепенной операцией для жилых зон с разнонаправленными потоками воздуха.

Целью замеров расхода воздушной массы, перемещающейся в воздуховоде в чистые жилые помещения, является фиксация объема этой массы, прибывающей внутрь комнаты в единицу времени.

Измерения в воздуховоде производятся через специальное технологическое отверстие, точно соответствующее диаметру зонда.

Расход замеряется либо после воздушных фильтров (решеток), либо непосредственно в воздуховоде. В обоих случаях производится измерение скорости движения воздушной массы и учитывается площадь сечения трубы.

Для качественных замеров выбирается достаточно ровный и прямой отрезок трубы. Длина данного участка не может быть меньше 4-5 размеров диаметра после точки местного сопротивления. Вместе с тем до следующего местного сопротивления должно быть 2 или более диаметра канала.

Для фиксации средней скорости воздуха в воздуховоде следует произвести несколько измерений. Их количество зависит от диаметра круглой трубы или от размера сторон прямоугольного канала.

Вернуться к оглавлению

Типы измерителей расхода и скорости воздушного потока

При наладке вентиляционных систем возникает вопрос, какой именно контрольно-измерительный прибор задействовать для замеров скорости воздуха и его расхода в воздуховоде. Следует отметить, что на данный момент рынок специальной аппаратуры для измерения характеристик вентиляции предлагает большое количество самой разнообразной техники, которая учитывает многие факторы естественного и искусственного проветривания помещений.

В частности, при выборе оптимального инструмента необходимо знать, где именно – на вентиляционной входной решетке или прямо в воздуховоде – будут проводиться измерения. Еще важно знать, какие скорости движения воздуха допускаются в трубе, каковы допустимые температура и уровень запыленности вентиляционного канала.

Наиболее популярными типами таких приборов являются следующие:

  1. Конструкция крыльчатого анемометра.

    Термоанемометр. Осуществляет измерение скорости воздушной массы. Замеры производятся от специального датчика, который в нагретом состоянии помещается в воздушную струю. Скорость воздуха определяется в зависимости от скорости остывания датчика.

  2. Ультразвуковой трехмерный анемометр. Данный прибор помещается в воздушный поток, где определяет скорость воздуха благодаря фиксации разницы частоты звука между выбранными контрольными точками
  3. Крыльчатый анемометр. Скорость течения воздуха определяется при измерении скорости вращающейся крыльчатки прибора.
  4. Трубка Пито. В данном приборе применяется цифровой электрический манометр. С его помощью в заданной точке потока фиксируется разница между полным и статическим давлением.
  5. Балометр. Быстро определяет суммарный расход воздушной массы, концентрируя поток в точке замеров с заранее установленным сечением.

Вернуться к оглавлению

Измерение расхода на входной вентиляционной решетке воздуховода

Схема рабочих датчиков телескопического зонда.

Наилучшим образом можно осуществить точные замеры объемного расхода воздуха, используя в указанном месте любой подходящий анемометр или термоанемометр. При этом специалисты рекомендуют обратить особое внимание на анемометр, снабженный достаточно большой крыльчаткой. При своем диаметре от 60 до 100 мм она вполне сопоставима с габаритами решетки. Благодаря такому прибору можно достичь оптимального результата при минимальном количестве замеров.

Вместе с тем упростить процесс измерения и одновременно минимизировать возможные погрешности можно и с помощью дополнительных приспособлений, таких как, например, воронка. Эта несложная по конструкции принадлежность дает возможность проводить более точные измерения всего за один замер, что, как нетрудно догадаться, значительно экономит время работника. Получить доступ для замеров в труднодоступных местах позволит также применение специального телескопического зонда (удлинителя зонда).

При выборе для работы того или иного оборудования рекомендуется отдавать предпочтение тем приборам, которые имеют опции автоматического исчисления объемного расхода воздуха и определения усредненных показателей по времени и числу замеров. Если у прибора отсутствуют указанные функции, оба этих параметра придется определять своими силами.

Вернуться к оглавлению

Организация замеров расхода воздуха в воздуховоде

Процесс замера скорости воздуха с помощью зонда.

Прежде чем начать измерение непосредственно в воздуховоде, необходимо убедиться в том, что в стенке трубы имеется рабочее отверстие, предназначенное для контрольно-измерительных операций. Его диаметр должен точно соответствовать диаметру зонда.

Важно точно выбрать и место для замеров. В частности, указанное отверстие следует просверлить на прямом отрезке воздуховода, длина которого должна составлять не менее 5 диаметров трубы. При этом само отверстие надо располагать таким образом, чтобы расстояние до него равнялось 3 диаметрам, а после него – 2 диаметрам воздуховода.

В отличие от замеров на вентиляционной решетке, при измерении расхода воздуха внутри воздуховода рекомендуется применять крыльчатые анемометры с крыльчаткой небольшого диаметра (16-25 мм). Для данной операции используются также термоанемометры и дифференциальные манометры, снабженные пневмометрической трубкой.

Здесь следует отметить, что дифференциальные манометры не подходят для проведения замеров в воздуховодах, по которым проходит воздушная масса с заведомо невысокой скоростью (менее 2 м/сек). В этом случае необходимо воспользоваться термоанемометром или крыльчатым анемометром.

В случае достаточно высокого расположения воздуховода в помещении (например, под потолком комнаты) рекомендуется воспользоваться зондом с телескопической ручкой либо удлинителем зонда. Если при измерениях используется пневмометрическая трубка, то выбирать ее длину следует заранее, учитывая высоту точки измерения.

Вернуться к оглавлению

Несколько полезных советов по правильному использованию приборов

Если воздушный поток в воздуховоде характеризуется повышенным уровнем запыленности, термоанемометр и трубку Пито в таком случае лучше не применять. Так как отверстие в трубке, которое принимает суммарное давление потока, имеет маленький диаметр, при воздействии загрязненного воздуха оно может быстро засориться.

Термоанемометры не подходят для работы в условиях высоких скоростей воздушного потока (более 20 м/сек). Дело в том, что основной термодатчик, который характеризуется повышенной чувствительностью, под сильным давлением воздуха может просто разрушиться.

Использование контрольно-измерительных приборов для определения расхода воздуха должно осуществляться строго в номинальных температурных диапазонах, указанных в паспортах приборов.

В газоходах (воздуховодах, в которых протекает в основном нагретый воздух) рекомендуется использовать пневмометрические трубки, корпус которых изготовлен из нержавейки. Использование в указанных трубах оборудования с компонентами из пластика нежелательно по причине возможной деформации корпуса под воздействием высоких температур.

Проводя замеры скорости и расхода воздуха, надо следить, чтобы чувствительный датчик зонда был всегда сориентирован точно навстречу воздушному потоку. Несоблюдение данного требования ведет к искажению результатов измерений. Причем искажения и неточности будут тем значительнее, чем больше будет степень отклонения датчика от идеального положения.

Таким образом, правильный выбор контрольно-измерительных приборов для определения расхода воздушных масс в воздуховоде и их надлежащее применение во время работы позволит специалистам составить объективную картину вентиляции помещений. Особую важность этот аспект приобретает, когда речь идет о жилых помещениях.

Что такое анемометр и что он измеряет?

Анемометр — это прибор, используемый для измерения скорости или скорости газов либо в ограниченном потоке, таком как поток воздуха в воздуховоде, либо в неограниченных потоках, таких как атмосферный ветер. Чтобы определить скорость, анемометр обнаруживает изменение некоторых физических свойств жидкости или влияние жидкости на механическое устройство, вставленное в поток.

Термоанемометр — самый популярный вид анемометров с постоянной температурой.Он состоит из электрически нагреваемого элемента из тонкой проволоки (диаметром 0,00016 дюйма и длиной 0,05 дюйма), поддерживаемого иглами на концах. В то время как анемометры с горячей проволокой лучше всего подходят для чистых газов при низких скоростях, расходомеры Вентури также могут быть рассмотрены для некоторых применений, связанных с потоками жидкости (включая суспензию).

Подробнее об анемометрах

Для чего используются анемометры?
Анемометр может измерять общую величину скорости, величину скорости в горизонтальной плоскости или составляющую скорости в определенном направлении.

Типы анемометров
Существует широкий выбор моделей анемометров для прямого измерения скорости ветра и воздуха. Четыре самые популярные модели анемометров: крыльчатые анемометры, тепловые анемометры, тепловые анемометры с профилированием скорости / температуры и чашечные анемометры. Анемометры обычно классифицируются как анемометры постоянной температуры или анемометры постоянной мощности.

Анемометры постоянной температуры популярны из-за их высокочастотной характеристики, низкого уровня электронных шумов, устойчивости к перегоранию датчика при резком падении воздушного потока, совместимости с сенсорами с горячей пленкой и их применимости к потокам жидкости или газа.

Анемометры постоянной мощности не имеют системы обратной связи. Температура просто пропорциональна расходу. Они менее популярны, потому что их показания при нулевом расходе нестабильны, реакция на температуру и скорость медленная, а температурная компенсация ограничена.

Наиболее распространенные применения анемометра
Анемометр обычно измеряет потоки газа в условиях турбулентного потока. Пластинчатый анемометр, термоанемометр и чашечный анемометр (обычно используемые на метеостанциях) в основном используются для измерения средней скорости, а анемометры с термоанемометром обычно используются при измерении характеристик турбулентности, таких как поперечные измерения в поперечном сечении.Термин «термоанемометр» часто используется для обозначения любого анемометра, который использует соотношение между теплопередачей и скоростью для определения скорости.

ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ АНЕМОМЕТРОВ Термин анемометр произошел от греческих слов anemos, «ветер», и metron, «мера». Механические анемометры были впервые разработаны еще в 15 веке для измерения скорости ветра.

Анемометры для метеостанций
Чашечный анемометр (используемый на метеостанциях) измеряет скорость в плоскости, перпендикулярной оси его чашки вращения.Если чашечный анемометр установлен с валом, перпендикулярным горизонтали, он будет измерять только ту составляющую ветра, которая параллельна земле. Другие анемометры, такие как анемометры с крыльчаткой, используются с наконечником, выровненным по вектору общей скорости. Перед использованием анемометра важно определить, как его следует расположить и какую составляющую общей скорости представляет его измерение.

Выберите подходящий анемометр

Анемометры с крыльчаткой
Формы вращающихся анемометров с механической скоростью могут быть описаны как принадлежащие к классу лопастных или гребных.В анемометрах этого типа ось вращения должна быть параллельна направлению ветра и, следовательно, обычно горизонтальна. На открытых пространствах ветер меняется по направлению, и ось должна следовать за его изменениями. В случаях, когда направление движения воздуха всегда одно и то же, как, например, в вентиляционных шахтах и ​​зданиях, используются флюгеры, известные как счетчики воздуха, и дают наиболее удовлетворительные результаты. Пластинчатые анемометры доступны с дополнительными функциями, такими как измерение температуры, влажности и точки росы, преобразование объема и возможность регистрации данных.

Учить больше

Термоанемометры
В термоанемометрах используется очень тонкая проволока (порядка нескольких микрометров) или элемент, нагретый до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Обтекающий воздух имеет охлаждающий эффект. Поскольку электрическое сопротивление большинства металлов зависит от температуры металла (вольфрам — популярный выбор для горячей проволоки), можно получить соотношение между сопротивлением проволоки и скоростью потока.

Существует несколько способов реализации этого, и устройства с горячей проволокой можно дополнительно классифицировать как CCA (анемометр постоянного тока), CVA (анемометр постоянного напряжения) и CTA (анемометр постоянной температуры). Выходное напряжение этих анемометров, таким образом, является результатом какой-то схемы внутри устройства, пытающейся поддерживать постоянную конкретную переменную (ток, напряжение или температуру). Кроме того, также используются анемометры с широтно-импульсной модуляцией (PWM), в которых скорость определяется длительностью повторяющегося импульса тока, который доводит провод до заданного сопротивления, а затем останавливается до тех пор, пока не будет достигнут пороговый «пол», при в этот раз импульс отправляется снова.

Термоанемометры, хотя и очень хрупкие, обладают чрезвычайно высокой частотной характеристикой и прекрасным пространственным разрешением по сравнению с другими методами измерения и поэтому почти повсеместно используются для детального изучения турбулентных потоков или любого потока, в котором происходят быстрые колебания скорости. представляют интерес. Термоанемометры доступны с дополнительными функциями, такими как измерение температуры, возможность регистрации данных.

Учить больше

Термоанемометры с профилированием скорости / температуры
Системы профилирования термоанемометров имеют самый маленький из доступных сенсоров.Датчики измеряют скорость и температуру. Многоточечная система регистрации данных позволяет пользователю профилировать характеристики потока в приложении и анализировать данные графически. Они обычно используются в аэродинамических трубах для анализа печатных плат и радиаторов.

Учить больше

Чашечные анемометры
Чашечный анемометр — это простой тип анемометра. Он состоял из трех или четырех полусферических чашек, каждая из которых была установлена ​​на одном конце горизонтальных рычагов, которые, в свою очередь, были установлены под равными углами друг к другу на вертикальном валу.Воздушный поток, проходящий мимо чашек в любом горизонтальном направлении, поворачивал чашки пропорционально скорости ветра. Следовательно, подсчет поворотов чашек за установленный период времени дает среднюю скорость ветра для широкого диапазона скоростей. На анемометре с четырьмя чашками легко увидеть, что, поскольку чашки расположены симметрично на концах плеч, ветер всегда имеет полость одной чашки, представленную ему, и дует на заднюю часть чашки на противоположном конце. креста.

Когда Робинсон впервые сконструировал свой анемометр, он ошибочно утверждал, что независимо от размера чашек или длины рук, чашки всегда перемещаются с одной третью скорости ветра.Это было очевидно подтверждено некоторыми ранними независимыми экспериментами, но это было очень далеко от истины. Позже было обнаружено, что реальная взаимосвязь между скоростью ветра и скоростью чашек, называемая фактором анемометра, зависит от размеров чашек и держателей и может иметь значение от двух до чуть более трех. Каждый эксперимент с анемометром приходилось повторять заново.

Анемометр с тремя чашками, разработанный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования чашек компанией Brevoort & Joiner из США в 1935 году привели к конструкции чашечного колеса, которая была линейной и имела погрешность менее 3% на скорости до 60 миль в час.Паттерсон обнаружил, что каждая чашка создает максимальный крутящий момент, когда она находится под углом 45 градусов к потоку ветра. Анемометр с тремя чашками также имел более постоянный крутящий момент и быстрее реагировал на порывы ветра, чем анемометр с четырьмя чашками.

Анемометр с тремя чашками был дополнительно модифицирован австралийцем Дереком Уэстоном в 1991 году для измерения направления и скорости ветра. Уэстон добавил метку к одной чашке, которая заставляет скорость колеса чашки увеличиваться и уменьшаться, поскольку метка перемещается поочередно с ветром и против ветра.Направление ветра рассчитывается на основе этих циклических изменений скорости чашечного колеса, в то время как скорость ветра, как обычно, определяется из средней скорости чашечного колеса.

Анемометры с тремя чашками в настоящее время используются в качестве промышленного стандарта для исследований по оценке ветровых ресурсов. NRG Systems # 40C — наиболее часто используемый чашечный анемометр для этой цели. По историческим причинам размеры анемометров измеряются в воронах.

Учить больше

Часто задаваемые вопросы

Анемометр с горячей проволокой или крыльчаткой?
Иногда называемые измерителями скорости ветра или скорости воздуха, анемометры обычно классифицируются как термоэлементы или крыльчатки.Анемометр с горячей проволокой лучше всего подходит для точного измерения воздушного потока при очень низких скоростях (например, менее 2000 футов / мин). Некоторые модели предназначены для измерения скоростей до 15 000 футов / мин, но при этом имеют возможность очень точного измерения вплоть до гораздо более низких скоростей. Пластинчатый анемометр полагается на вращающееся рабочее колесо для измерения скорости воздуха. Пластинчатые анемометры — лучший выбор для измерения скорости ветра. Многие из них имеют выбираемые пользователем единицы измерения: футы в минуту, м / с, миль в час, км / ч и узлы, что позволяет использовать их в самых разных областях.Термоанемометр — это любой анемометр с термоанемометром или крыльчаткой, имеющий дополнительную функцию измерения температуры воздуха. Анемометры гигротермометра включают в себя функции термоанемометра и датчика влажности, дающие заказчику полную информацию об окружающей среде. Анемометр с регистрацией данных предназначен для хранения результатов измерений для последующего просмотра. Некоторые загружают зарегистрированные показания скорости воздуха на ваш компьютер для просмотра, построения графиков и дальнейшего анализа.

Как использовать анемометры для пересечения воздуховодов?
Анемометры широко используются для балансировки воздуховодов.Это достигается размещением нескольких анемометров в поперечном сечении воздуховода или газовой трубы и ручной записью показаний скорости в многочисленных точках. Массовый расход получается путем вычисления средней скорости и умножения ее на плотность и на измерение площади поперечного сечения воздуховода. Для цилиндрических воздуховодов логарифмически линейный метод пересечения обеспечивает наивысшую точность, поскольку он учитывает эффекты трения вдоль стенок воздуховода. Из-за количества измерений пересечение воздуховодов — трудоемкая задача.Доступны микропроцессорные анемометры для автоматизации этой процедуры.

Из-за небольшого размера и хрупкости проволоки термоанемометры подвержены накоплению грязи и поломкам. Положительным следствием их небольшой массы является быстрая реакция. Они широко используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и вентиляции. Также доступны более крупные и прочные анемометры для более требовательных промышленных применений. Для обеспечения правильного формирования профиля скорости перед станцией анемометра обычно предусматривается прямая секция воздуховода (обычно длиной 10 диаметров).Форсунка кондиционирования используется для устранения эффектов пограничного слоя. Если нет места для прямого участка трубы, в блок датчика можно включить выпрямитель потока с сотовой структурой.

РИСУНОК 5-12A: ЦИРКУЛЯРНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ РИСУНОК 5-12B: ПРЯМОУГОЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

Техническое обучение Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

измерителей скорости воздуха | Instrumart

Измерители скорости воздуха, обычно называемые анемометрами, используются для измерения скорости и / или объема движения воздуха.Обычно анемометры используются с метеостанциями для определения скорости ветра. Однако анемометры также являются важными инструментами для таких приложений, как балансировка систем вентиляции и кондиционирования с принудительным горячим воздухом, анализ систем вентиляции, аэродинамические испытания и проверка вытяжного шкафа. Фактически, любое приложение, в котором движение воздуха является основной проблемой, может выиграть от качественного анемометра.

В современных анемометрах используется ряд технологий:

Лопасть: Использует вертикально установленный гребной винт.Когда воздух движется мимо пропеллера, он вращается со скоростью, пропорциональной скорости ветра. Пластинчатые анемометры измеряют воздушный поток независимо от воздуха плотность делает их идеальными для многих приложений, где требуется измерение без корректировки. Для правильной работы крыльчатые анемометры необходимо держать в направлении воздушного потока.

Чашка: Состоит из чашек, установленных под одинаковым углом на горизонтальных кронштейнах. Как и в случае с крыльчатыми анемометрами, чашки вращаются со скоростью, пропорциональной скорости ветра.Воздух, независимо от направления он движется, всегда обращен к одной из вращающихся чашек, что избавляет от необходимости стоять лицом к ветру.

Горячая проволока: В анемометрах с горячей проволокой используется очень тонкая проволока, электрически нагретая до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Воздух, проходящий мимо проволоки, охлаждает ее. Как поток увеличивается, электрический ток также должен увеличиваться, чтобы поддерживать температуру элемента. Ток пропорционален выходному напряжению, подаваемому на измеритель или дисплей.Датчики типа горячей проволоки лучше при измерениях малых потоков воздуха, чем другие технологии, и обычно применяются для скоростей воздуха ниже 100 футов в минуту из-за их чувствительности. Анемометры с горячей проволокой требуют корректировки для высокоточных измерений.

Дифференциальное давление: В анемометрах дифференциального давления используется трубка Пито для направления потока воздуха на прецизионный прибор для измерения давления (манометр). Поток воздуха создает давление который определяется манометром и переводится в единицы скорости ветра.Трубка Пито должна быть вставлена ​​правильно для точного измерения скорости.

Анемометры часто сочетаются с другими технологиями, такими как датчики температуры и влажности, чтобы повысить универсальность прибора. Другие анемометры, разработанные для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, могут включать: кожухи воздухозаборника для изоляции воздуха, выходящего из вентиляционных отверстий и регистров.

Как и многие современные инструменты, некоторые анемометры включают расширенные функции и функции, такие как регистрация данных и обмен данными, которые позволяют сохранять данные на приборе или передавать их компьютерам. для отчетов и графического представления.

Общие области применения анемометров:

  • Монтаж, ремонт, диагностика и оптимизация ОВК
  • Испытание, установка и проверка вытяжного шкафа
  • Монтаж, обслуживание и анализ систем вентиляции
  • Испытания / анализ воздействия ветра и температуры
  • Котельные
  • Мониторинг выходного потока ионизатора
  • Аэродинамические испытания автомобилей
  • Техническое обслуживание оборудования

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно измерителей скорости воздуха / анемометров, не стесняйтесь обращаться к одному из наших инженеров, отправив нам электронное письмо по адресу sales @ instrumart.com или по телефону 1-800-884-4967.

Четыре метода измерения дыхательного объема при высокочастотной колебательной вентиляции

Carlos, FerrandoMarina, SoroJaume, CanetMa Carmen, UnzuetaFernando, SuárezJulián, LibreroSalvador, PeiróAlicia, LlombartCarlos, DelgénadoLuzioIrene, LlombartCarlos, DelgénadoLuzio, La GaruttiManuel де ла MattaAlberto, PensadoRafael, GonzalezMª Eugenia, DuránLucia, GallegoSantiago Гарсиа, дель ValleFrancisco J, RedondoPedro, DiazDavid, PestañaAurelio, RodríguezJavier, AguirreJose M, GarcíaJavier, GarcíaElena, EspinosaPedro, CharcoJose, NavarroClara, RodríguezGerardo, TusmanFrancisco Хавьер, Belda.(2015) Обоснование и дизайн исследования для индивидуальной периоперационной стратегии вентиляции открытых легких (iPROVE): протокол исследования для рандомизированного контролируемого исследования. Испытания 16 CrossRef Andrés, EstebanFernando, Фрутоса-VivarAlfonso, MurielNiall Д., FergusonOscar, PeñuelasVictor, AbrairaKonstantinos, RaymondosFernando, RiosNicolas, NinCarlos, ApezteguíaDamian А., VioliArnaud W., ThilleLaurent, BrochardMarco, GonzálezAsisclo J., VillagomezJavier, HurtadoAndrew R., DaviesBin, DuSalvatore M ., MaggiorePaolo, PelosiLuis, SotoVinko, TomicicGabriel, D’EmpaireDimitrios, MatamisFekri, AbrougRui P., Морено Марко Антонио, Соарес Ясин, Араби Фредди, Санди Мануэль, Джибаджа Правин, Амин Юнсак, Кох Майкл А., Койпер Ханс-Хенрик, БюловАмин Али, Зеггваг Антонио, Анзуэто. (2013) Динамика смертности во времени у пациентов, получающих искусственную вентиляцию легких. Американский журнал респираторной медицины и реанимации 188, 220-230 CrossRef L. Y., ZhaoJ. K., LuY., XuX. С., ЛюЭ. M., QingC., LiuS., MinK., WeiD., LiuJ., LuoP., LiJ., DongX.-b., LiuC., LiuS., MinK., WeiD., LiuJ., LuoP., LiJ. , DongX.- b., LiuK., XieY., YuH., ChenH., HanX., SunG., WangY. Л., ЛиЗ. Х., Хуанг Д. М., QuX. С., СюэБ. W., YuH. Y., WangZ. Т., Вен-Си. X., WangY., WeiG. L., WangW., YangZ., YueX., CuiY., GuoL., ZhangH., ZhouW., LiY., ZhangK. X., LiuT., YuL., LiuS., MinW., LiK., WeiJ., CaoJ., LuoB., WangJ., CaoQ. S., LiL., LiuK., WeiP., LiJ., DongS., MinY., LuJ., YuC., DongH., ChenK., XieH., HanG., WangW., WangY., YuY., MaoE. , GuX., SuZ.- y., GengY.- l., ZhengX., FangL., HouW., LiJ., DengZ. П., FangQ. Z., YangC., LeiY., ChenX., ChenX., LiS., ChenH. L., DongL., XiongD. X., LeiH., TianL., YueX. Л., Цзян X. Р., Песня. (2013) Тезисы совместного заседания Общества анестезиологических исследований и Китайского общества анестезиологов. Британский журнал анестезии 110, 146-160 CrossRef

Как измерить скорость воздушного потока для горнодобывающей промышленности

Измерение воздушного потока с помощью датчиков перепада давления

Трубка Пито

В самолетах используются трубки Пито для определения скорости воздушного потока и эффективного определения скорости самолета.Эта же технология также используется в промышленных приложениях, таких как воздуховоды или туннели, для определения расхода воздуха. Трубка Пито работает, измеряя статическое давление в воздушном потоке как в неподвижном, так и в свободном потоке. Застойное давление — это статическое давление потока жидкости в точке, где скорость равна нулю, так что вся кинетическая энергия потока была преобразована в энергию давления. Давление торможения потока равно динамическому давлению набегающего потока плюс статическое давление набегающего потока.Статическое давление набегающего потока легко измерить с помощью трубки Пито, а динамическое давление можно рассчитать по следующей формуле:

, где p d — динамическое давление набегающего потока, ρ — плотность жидкости, а u — скорость потока. Как упоминалось ранее, давление торможения равно статическому давлению плюс динамическое давление. Используя это и изменив формулу для динамического давления, чтобы изолировать скорость потока, скорость потока может быть определена как функция давления застоя и статического давления, как показано:

Где p t — давление застоя (общее давление) и p s — статическое давление.Это показывает, что скорость жидкости пропорциональна разнице между общим давлением и статическим давлением. Это предпосылка датчика перепада давления. Как и датчик скорости, датчик дифференциального давления может измерять скорость жидкости в определенной точке. Поскольку поток жидкости неоднороден, датчик либо должен будет пересекать поперечное сечение площади, либо придется использовать несколько датчиков для измерения эффективной средней скорости потока.

Пьезорезистивные датчики

Пьезорезистивный материал — это материал, который изменяет сопротивление электрическому току, когда материал сжимается или деформируется.Обычно для пьезорезистивного датчика давления используется полупроводниковый кремний. Когда кремний сжат, он обеспечивает большее сопротивление прохождению электрического тока. Эта взаимосвязь между давлением и сопротивлением в основном линейна. Используя те же методы, что и трубка Пито, кремниевый полупроводник можно использовать для расчета разницы давлений в потоке воздуха, и эти данные можно использовать для измерения скорости потока воздуха.

Вентиляционный анемометр

Best Results

Анал.Анемометр вентиляционный от проверенных поставщиков, продавцов и производителей по доступным ценам. Независимо от того, какой тип. вентиляционный анемометр , который вы ищете, вы можете приобрести их все на Alibaba.com одним щелчком мыши. Эти инструменты используются для измерения скорости различных объектов и применения данных к другим процессам.

В зависимости от поставленной задачи. Вентиляционные анемометры бывают разных форм и размеров, у каждого свое название.Для измерения частоты вращения двигателя используются тахометры, которые вычисляют частоту вращения вала двигателя. Это помогает водителю контролировать передачу и дроссельную заслонку, а также управлять общей скоростью. Метеорологи используют анемометры для измерения скорости ветра, которая затем используется для дальнейших расчетов и прогнозов. Спидометр используется для расчета скорости транспортного средства, движущегося по суше. Магниты и кабели используются в сочетании друг с другом для точного расчета скорости, с которой водитель едет.

Акселерометры используются для измерения ускорения и замедления автомобиля. Полиция использует LIDAR и RADAR для определения скорости проезжающих по улице транспортных средств. В то время как в первом для расчета скорости используется луч инфракрасного света, во втором для расчета скорости используются звуковые волны и эффект Доплера. Все эти. Вентиляционный анемометр использует различные методы в зависимости от условий и предназначения. Эти разные инструменты можно купить на Alibaba.com с гарантированными проверками качества и своевременной доставкой, что гарантирует полное удовлетворение.

Наличие подходящего инструмента для расчета скорости жизненно важно для расчетов и прогнозов. И поэтому вы должны покупать. Вентиляционный анемометр по самым доступным ценам и лучшего качества здесь, на Alibaba.com. Без лишних хлопот и забот, оперативно заказываем. Анемометр для вентиляции от сертифицированных производителей и продавцов для вашего дома.

[PDF] Глава 6.Обследования вентиляции

1 Глава 6. Вентиляционные обследования 6.1. ЦЕЛЬ И ОБЪЕМ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА Вращающаяся крыльчатка …

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Глава 6. Обследования вентиляции

6.1. ЦЕЛЬ И ОБЪЕМ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ …………………………. 2 6.2 ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА …….. ………………………………………….. …………….. 3 6.2.1. Пластинчато-вращающиеся анемометры ……………………………………….. ………………………………………. 3 6.2.2 . Движущиеся траверсы ………………………………………… ………………………………………….. ………… 3 Траверс …………………………….. ………………………………………….. ………………………………………. 4 Бронирование .. ………………………………………….. ……………………………………………………………………… …… 5 6.2.3. Измерение фиксированной точки ……………………………………….. ………………………………………….. 6 6.2.4. Поправка на плотность ………………………………………… ………………………………………….. ……….. 6 6.2.5. Поворотно-крыльчатый анемометр (измеритель скорости) …………………………………….. ………………………… 6 6.2.6. Вихревой анемометр …………………………………………………………… …………………. 7 6.2.7. Дымовые трубы ………………………………………… ………………………………………….. ………………. 7 6.2.8. Пито-статическая трубка ………………………………………. ………………………………………….. ……………… 7 6.2.9. Траверсы с фиксированной точкой ……………………………………….. ………………………………………….. …….. 9 Метод равных площадей…………………………………………… ………………………………………….. …………. 9 Логлинейная траверса ………………………….. ………………………………………….. ……………………………… 12 Контуры скорости ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. ………. 12 6.2.10. Анемометры горячего тела ……………………………………….. ………………………………………….. 13 6.2.11. Индикаторы ………………………………………… ………………………………………….. …………… 14 6.2.12. Измерение площади поперечного сечения …………………………………….. …………………………. 16

6.3. ИССЛЕДОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ………………………………………… …………………………. 17 6.3.1. Калибровочно-трубные исследования ………………………………………. …………………………………………… 17 Теория ……………. ………………………………………….. ………………………………………….. ………………….. 17 Практическая процедура …………………… ………………………………………….. ……………………………………. 19 6.3.2. Исследования барометром и высотомером ………………………………………. ……………………………….. 21 Теория ………. ……………………………………………………………………… ………………………………………… 22 Практические Процедура…………………………………………. ………………………………………….. ……………… 24

6.4 ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДАВЛЕНИЯ …………………. …… 25 6.4.1. Первоначальное планирование ………………………………………… ………………………………………….. …………… 25 6.4.2. Управление опросом ……………………………………………….. ……………………………………….. 26 6.4. 3. Гарантия качества ………………………………………… ………………………………………….. ……… 26

6.5. ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА ……………………………………….. ………………………. 27 БИБЛИОГРАФИЯ ……………….. ………………………………………….. …………………….. 28

ПРИЛОЖЕНИЕ A6. ……………………………………………………. ……………………………….. 29 Применение манометрического и трубочного метода измерения давления трения падает при значительных перепадах высот …………………………………… ………………………………………….. ….. 29

6-1

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

6.1. ЦЕЛЬ И ОБЪЕМ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ Проведение вентиляционных обследований — это организованная процедура сбора данных, которые позволяют количественно оценить распределение воздушного потока, давления и качества воздуха по основным проточным путям вентиляционной системы.Необходимая детализация и точность измерений, а также строгость последующего анализа данных зависят от цели исследования. Возможно, наиболее элементарное наблюдение в подземной вентиляции осуществляется путем хлопания по одежде и наблюдения за частицами пыли, чтобы определить направление вялого воздушного потока. Измерения воздушного потока должны производиться на всех подземных объектах в сроки и в местах, которые могут быть определены законом. Даже при отсутствии обязательных требований осторожное отношение к безопасности указывает на необходимость проведения достаточных регулярных измерений воздушного потока (а) для обеспечения того, чтобы все рабочие места в шахте получали требуемые потоки воздуха эффективным и действенным образом, (б) чтобы вентиляция планы поддерживаются в актуальном состоянии и (c) для проверки того, что направления, количества и отдельная идентичность воздушных потоков по всей инфраструктуре вентиляции, включая эвакуационные выходы, поддерживаются.Аналогичным образом, обычные измерения перепадов давления могут производиться через двери, заглушки или переборки, чтобы гарантировать, что они также поддерживаются в установленных пределах и в правильном направлении. Последнее особенно важно в подземных хранилищах токсичных или ядерных материалов и там, где может произойти самовозгорание. Одно из основных различий между системой вентиляции шахты и системой воздуховодов в здании заключается в том, что шахта является динамическим объектом, непрерывно меняющимся из-за изменений в структуре сети и сопротивлениях отдельных ветвей.Регулярные измерения расхода воздуха и перепада давления под землей необходимы в качестве основы для постепенной корректировки средств управления вентиляцией. Во время эксплуатации шахты или другого подземного сооружения будут случаи, когда потребуется внести серьезные изменения в систему вентиляции. Эти обстоятельства включают открытие новых участков на руднике, закрытие старых, ввод в эксплуатацию новых вентиляторов или шахт или соединение основных участков рудника. Процедуры планирования вентиляции подробно описаны в главе 9.Важно, чтобы планирование будущей системы вентиляции любого объекта основывалось на достоверных и проверенных данных. Обследования вентиляции, которые проводятся с целью создания базы данных для целей планирования, обязательно должны проводиться с более высокой степенью организации, детализации и точности, чем те, которые проводятся для текущего мониторинга и контроля. Эта глава предназначена в первую очередь для более точных опросов. Основная цель исследований вентиляции — получить падение давления на трение p и соответствующий расход воздуха Q для каждой из основных ветвей вентиляционной сети.На основе этих данных могут быть рассчитаны следующие параметры как для целей планирования, так и для контроля: • • • • • •

Распределение воздушных потоков, перепад давления и утечки воздушной мощности (px Q) и, следовательно, распределение эксплуатационных расходов на вентиляцию по всей сети (Раздел 9.5.4) объемный КПД системы (Раздел 4.2.3) Сопротивления ответвлений (R = p / Q2) Факторы трения воздействия естественной вентиляции (Уравнение 5.11)

В то время как наблюдения за расходом воздуха и перепадами давления связаны с распределения и величины объемного расхода воздуха, другие измерения могут проводиться отдельно или как неотъемлемая часть исследования давления / объема для определения качества воздуха.Эти измерения могут включать температуры по влажному и сухому термометрам, атмосферное давление, уровни запыленности и концентрации газообразных загрязнителей.

6-2

Глава 6. Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

6.2 ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА Объем воздуха Q, проходящего через любую фиксированную точку в дыхательном пути или воздуховоде каждую секунду, обычно определяется как произведение средняя скорость воздуха u и площадь поперечного сечения воздуховода или воздуховода AQ = u × A

м 2 м3 m = ss

Таким образом, большинство методов наблюдения за воздушным потоком представляют собой комбинации методов доступен для измерения средней скорости и площади поперечного сечения.До изобретения анемометров в девятнадцатом веке единственным практическим средством измерения скорости воздушного потока в шахтах было наблюдение за скоростью видимых частиц пыли или дыма, взвешенных в воздухе. Еще более грубый старый метод заключался в том, чтобы неуклонно идти в том же направлении, что и воздушный поток, меняя темп, пока пламя свечи не останется вертикальным. Современные приборы для измерения воздушной скорости в шахтах делятся на три группы в зависимости от (i) механических воздействий, (ii) динамического (скоростного) давления воздушного потока и (iii) тепловых эффектов.6.2.1. Вращающиеся лопастные анемометры Подавляющее большинство измерений воздушной скорости, выполняемых вручную под землей, получают с помощью вращающихся лопастных анемометров (типа ветряных мельниц). Находясь в движущемся воздушном потоке, воздух, проходящий через инструмент, воздействует на наклонные лопатки, заставляя их вращаться с угловой скоростью, которая близко пропорциональна воздушной скорости. Зубчатый механизм и сцепление соединяют лопасти либо со стрелкой, которая вращается относительно круглого циферблата, откалиброванного в метрах (или футах), либо с цифровым счетчиком.Инструмент используется вместе с секундомером и фактически показывает количество «метров воздуха», прошедших через анемометр за данный период времени. Устройство сцепления используется для остановки и запуска указателя или цифрового счетчика, в то время как лопатки продолжают вращаться. Рычаг сброса нуля также встроен в прибор. Лопастные анемометры низкого диапазона обычно имеют восемь лопастей, подшипники с драгоценными камнями и дают повторяемые показания для скоростей в диапазоне от 0,25 до 15 м / с.Приборы высокого диапазона могут иметь четыре лопасти, роликовые подшипники с низким коэффициентом трения или шариковые подшипники и могут измерять скорость воздуха до 50 м / с. Цифровые крыльчатые анемометры указывают непосредственно на счетчике пробега, на светящемся экране или подают электронный сигнал в систему сбора данных. Современные портативные приборы также могут быть оснащены микропроцессором для запоминания показаний, гашения быстрых изменений скорости или в который можно ввести площадь поперечного сечения для расчета объемного расхода.Два типа крыльчатых анемометров включены в набор инструментов для исследования вентиляции, показанных на Таблице 1. Чтобы получить надежные измерения средней скорости воздуха в подземных дыхательных путях, важно использовать рекомендованный метод использования анемометра. Следующая процедура является результатом сочетания эксперимента и практического опыта. 6.2.2. Перемещение траверсов Анемометр должен быть прикреплен к стержню длиной не менее 1,5 м или больше для высоких дыхательных путей.Механизм крепления должен обеспечивать возможность вертикального подвешивания анемометра или фиксации под постоянным углом по отношению к стержню. Вращающийся анемометр практически нечувствителен к рысканью и дает результаты, которые не изменяются более чем на ± 5% для углов, отклоняющихся до 30 ° от направления воздушного потока. Следовательно, для большинства

6-3

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Термоанемометр Трубка Пито-статика

Цифровой крыльчатый анемометр

Микроанероидный барометр

Диафрагменный манометр

Строповой гигрометр

Секундомер

Пластинчатый анемометр со шкалой

Табличка 1.Выбор инструментов, которые можно использовать в исследованиях вентиляции подземных дыхательных путей

, позволяющих анемометру свободно висеть на конце стержня, даст приемлемые результаты. Для дыхательных путей с наклоном более 30 ° анемометр следует закрепить в фиксированном положении относительно стержня и управлять им, поворачивая стержень во время траверса, чтобы инструмент оставался выровненным с продольной осью дыхательного пути. Траверс Наблюдатель должен смотреть в воздушный поток, держа стержень анемометра перед собой так, чтобы шкала была видна и не менее 1.5 м вверх по течению от его / ее тела. Чтобы начать движение, инструмент следует удерживать либо в верхнем, либо в нижнем углу дыхательного пути, чтобы стрелка или счетчик были сброшены на ноль, до тех пор, пока лопатки не разовьются до постоянной скорости. Это редко занимает больше нескольких секунд. Наблюдатель должен наклониться вперед, чтобы коснуться рычага управления сцеплением, в то время как второй наблюдатель с секундомером ведет обратный отсчет от пяти до нуля. При достижении нуля активируется муфта анемометра, при этом стрелка отпускается, и одновременно запускается секундомер.Путь пересечения дыхательных путей должен быть аналогичен показанному на рисунке 6.1. Цель должна заключаться в перемещении анемометра с постоянной скоростью, не превышающей примерно 15% воздушной скорости. В идеале равные доли площади поперечного сечения дыхательных путей должны быть покрыты за равное время. Этому способствует то, что наблюдатель секундомера показывает истекшее время с интервалом в десять секунд. Полный проход должен занять не менее 60 секунд и может быть значительно больше для дыхательных путей с большой или низкой скоростью.Последние пять секунд секундомер должен отсчитывать обратный отсчет, в течение которого человек, ведущий траверс, тянется вперед, чтобы отключить сцепление в конце периода времени. Длина, указанная анемометром, сразу же считывается и регистрируется, а прибор сбрасывается на ноль.

6-4

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Рисунок 6.1. Путь движущегося траверса анемометра

Процедура повторяется, пересекая дыхательные пути в противоположном направлении.Переходы следует повторять до тех пор, пока не будут получены три показания, совпадающие с точностью ± 5%. В благоприятных условиях устойчивого состояния опытные наблюдатели часто достигают повторяемости с точностью до ± 2%. Больших расхождений можно ожидать в дыхательных путях, где наблюдается сильно асимметричное изменение скорости в дыхательных путях, где условия пола нестабильны или когда в поперечном сечении существуют препятствия. Следует выбирать измерительные станции, чтобы по возможности избежать таких трудностей.Еще одна досадная причина несоответствия — открытие вентиляционной двери в период измерения. Следует выполнить два или более проходов в разных местах каждого дыхательного пути. Если поперечные разрезы или другие пути утечки влияют на воздушный поток, необходимо пересечь достаточное количество дополнительных точек измерения, чтобы количественно определить скорость и направление утечки. Бронирование Полевой журнал анемометра должен быть водонепроницаемым и располагаться таким образом, чтобы на каждой двойной странице был сегмент по одному.2. 3. 4. 5. 6.

фамилии наблюдателей, местонахождение измерительной станции, время, дата, показания анемометра и поправки. Габаритный эскиз расчета поперечного сечения площади расчета объемного расхода воздуха.

6-5

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Бронирование обычно осуществляется секундометристом. Для каждого хода показания анемометра делятся на соответствующее время, чтобы получить скорость воздуха. Среднее значение этих станционных скоростей без учета любых значений, выходящих за пределы допуска ± 5%, дает наблюдаемую среднюю скорость.В большинстве случаев время каждого прохода на станции одинаково, что позволяет усреднить показания анемометра перед вычислением средней скорости. Наблюдаемая средняя скорость затем должна быть скорректирована в соответствии с калибровочной таблицей или кривой для прибора (раздел 6.4), чтобы получить фактическую среднюю скорость u. Площадь поперечного сечения A определяется одним из методов, описанных в разделе 6.2.12. После этого расчет расхода воздуха завершается как m 2 m3 m = s s

Q = u × A

Траверсы анемометра также могут использоваться на концах каналов.Тем не менее, не рекомендуется использовать эту технику для диаметров воздуховодов менее чем в шесть раз больше диаметра анемометра. 6.2.3. Измерение с фиксированной точкой. Оценка воздушного потока в воздуховоде может быть получена, удерживая анемометр в центре воздуховода и умножая скорректированное показание на дополнительный поправочный коэффициент 0,8. Аналогичный метод можно использовать для обычных проверок показаний, снятых на хорошо зарекомендовавших себя измерительных станциях в дыхательных путях. Показания, полученные от стационарного анемометра в известном месте в поперечном сечении, следует сначала сравнить с показаниями, полученными при серии проходов, чтобы получить поправочный коэффициент «фиксированной точки» для этой станции.Обычно это 0,75–0,8 для фиксированной точки, расположенной на расстоянии от половины до двух третей высоты дыхательного пути. Последующие стандартные показания можно получить, просто сняв показания анемометра в фиксированной точке и применив соответствующую калибровку и поправки в фиксированной точке. При условии, что измерительная станция находится ниже по потоку от любых изгибов или крупных препятствий и воздушный поток остается полностью турбулентным, поправочный коэффициент фиксированной точки будет оставаться почти постоянным при изменении воздушного потока. 6.2.4. Корректировка плотности Для точной работы показания анемометра могут быть дополнительно скорректированы с учетом изменений плотности воздуха: u = ui + Cc

ρc ρm

(6.1)

где u = скорректированная скорость ui = указанная скорость Cc = поправка по калибровочной кривой прибора или диаграмма ρc = плотность воздуха во время калибровки ρm = фактическая плотность воздуха во время измерения Уравнение (6.1) показывает, что корректировка плотности

ρc эффективно применяется только к калибровочной поправке ρm

и в большинстве случаев игнорируется.6.2.5. Анемометр с качающейся лопастью (измеритель скорости) В своей основной форме анемометр с качающейся лопастью (измеритель скорости) представляет собой просто шарнирную лопасть, которая перемещается против пружины из своего нулевого положения движущимся воздушным потоком. Подключенный

6-6

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Стрелка

дает прямое считывание скорости воздуха. Воздух поступает в порт сбоку прибора. Этот порт может быть оснащен сменными отверстиями или зондами для получения диапазона измеряемых скоростей.Колебания лопасти можно уменьшить за счет гашения вихревых токов, возникающих, когда металлическая полоса, соединенная с лопаткой, перемещается между сильными постоянными магнитами. Хрупкость измерителя скорости вместе с его явно выраженным отклонением от направления ограничили его использование в подземных исследованиях. Тем не менее, он может служить полезной цели, давая точечные показания на уровне 0,15 м / с в загазованных шахтах, где датчики с горячей проволокой запрещены. 6.2.6. Вихревой анемометр Для систем непрерывного мониторинга использовались инструменты с вращающимися лопастями и с качающимися лопастями с электрическими выходами.Однако они оба требуют относительно частых проверок калибровки при использовании в шахтной атмосфере. Для этого типа применения предпочтительнее использовать вихревой анемометр, поскольку он не имеет движущихся частей. Когда какой-либо обрывистый объект помещается в поток жидкости, после отрыва пограничного слоя вниз по потоку образуется серия колеблющихся вихрей, сначала с одной стороны тела, затем с другой. Распространение вихрей известно как улица Кармана, и его часто можно наблюдать ниже по течению от выступающих в реке валунов.Скорость образования вихрей зависит от скорости жидкости. В анемометре с выделением вихрей вихри можно уловить по пульсациям давления или изменениям плотности воздуха, которые они создают. Один очевидный недостаток, замеченный на практике, заключается в том, что при установке в фиксированном месте под землей для целей мониторинга требуется калибровка для этого конкретного места. Им также может потребоваться электронное демпфирование для устранения значительных, но непродолжительных изменений сигналов, вызванных проезжаемым транспортным средством.6.2.7. Дымовые трубы Дымовые трубы — это, пожалуй, самый простой из механических методов, используемых для измерения воздушных потоков, и они используются для очень малых скоростей. Импульс воздуха, направляемый резиновой грушей через стеклянный сосуд, содержащий гранулированную пористую среду, пропитанную тетрахлоридом титана или безводным оловом, будет производить густой белый дым. Он выпускается перед двумя фиксированными отметками в дыхательных путях. У каждой отметки находится наблюдатель с цоколем-прожектором. Время, необходимое облаку дыма для прохождения длины дыхательного пути между отметками, дает представление о средней скорости воздуха.Затем это должно быть скорректировано с помощью поправочного коэффициента средней линии, чтобы получить среднюю скорость. Коэффициент коррекции обычно принимается равным 0,8, хотя более точное значение можно рассчитать для известных чисел Рейнольдса. Длину дыхательных путей следует выбирать так, чтобы во время распространения дыма между двумя отметками проходила не менее одной минуты. Рассеивание облака дыма часто вызывает затруднения у нижнего наблюдателя при принятии решения о том, когда остановить секундомер. Из-за неопределенностей, присущих методике, дымовые трубы обычно используются в качестве последнего средства в медленно движущихся воздушных потоках.6.2.8. Статическая трубка Пито В разделе 2.3.2 мы обсудили концепции полного, статического и скоростного давления движущегося потока жидкости. Статическая трубка Пито, показанная на рисунке 6.2, может использоваться для измерения всех трех. Это устройство состоит из двух концентрических трубок. Когда внутренняя труба находится лицом к потоку воздуха, она подвергается общему давлению движущегося воздушного потока, pt. Наружная трубка перфорирована кольцом из небольших отверстий, просверленных под прямым углом к ​​более короткому стержню инструмента и, следовательно, перпендикулярно направлению движения воздуха.Таким образом, эта трубка не подвержена влиянию кинетической энергии воздушного потока и регистрирует только статическое давление ps. Манометр или манометр, подключенный к двум отводам, будет показывать разницу между общим и статическим давлением, т. Е. Скоростное давление: pv = pt — ps

Па

[из уравнения (2.18)]

(6.2)

6-7

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Воздушный поток

Рисунок 6.2 Статическая трубка Пито Кроме того, скоростной напор связан с фактической скоростью воздуха, uu =

, где ρ

=

2 pv

ρ

м / с

[из уравнения (2.17)]

(6.3)

фактическая плотность воздуха (кг / м3) (см. Уравнение (14.52) для определения плотности воздуха).

Трубки Пито различаются по габаритным размерам. Для измерения скорости воздуха в шахтных дыхательных путях или у главных вентиляторов более длинный шток может иметь длину около 1,5 м.Доступны гораздо меньшие версии для использования в воздуховодах или трубах. Современные статические трубки Пито с высокой точностью отражают полное, статическое и скоростное давление воздушного потока. К сожалению, точность измерения зависит также от манометра или манометра, подключенного к отводам. Это накладывает практическое ограничение на нижний предел скорости воздуха, который может быть измерен статической трубкой Пито в турбулентных воздушных потоках подземной системы.

6-8

Глава 6.Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Пример Если показания мембранного манометра можно показывать с точностью до ± 1 Па, то наименьшее давление, которое дает 10-процентную точность показаний давления, составляет 10 Па. Вычислите соответствующую скорость воздуха. до скоростного давления 10 Па при плотности воздуха 1,2 кг / м3. Решение u =

2 pv

ρ

=

2 × 10 = 4,08 1. 2

м / с

Поскольку подавляющее большинство подземных отверстий имеют скорость воздуха менее 4 м / с, это ясно, что использование статической трубки Пито для измерения скорости воздуха ограничено вентиляционными каналами и несколькими высокоскоростными дыхательными путями; в первую очередь вентиляционные срезы и уклонения, вентиляционные шахты, некоторые забойные забоя и магистральные воздуховоды.Одной из трудностей использования статической трубки Пито для точечного измерения давления или скорости в турбулентном воздушном потоке является колебание показаний. Небольшой комок ваты, вставленный в гибкую трубку давления между трубкой статического давления Пито и манометром, гасит кратковременные колебания. Однако вату не следует так плотно утрамбовывать в трубке, чтобы реакция датчика стала чрезмерно медленной. Электронные мембранные манометры часто оснащены внутренним демпфирующим контуром.6.2.9. Траверсы с фиксированной точкой Анемометр с вращающейся лопастью представляет собой интегрирующее устройство, накапливающее показания при непрерывном перемещении по дыхательному пути или каналу. Большинство других приборов для измерения скорости воздуха, включая статическую трубку Пито, не обладают этим преимуществом, но ограничиваются выдачей показаний по одной точке в любой момент времени. Следовательно, чтобы определить среднюю скорость в дыхательных путях по показаниям трубки Питотстата, необходимо проводить точечные измерения в ряде мест по поперечному сечению.Эта процедура известна под противоречивым звучащим термином «перемещение неподвижной точки». Различные методы проведения таких походов различаются по количеству наблюдений, расположению инструмента и обработке данных. Здесь описаны три из этих техник. Во всех случаях метод перемещения с фиксированной точкой предполагает, что распределение потока по поперечному сечению не меняется со временем. Для станций постоянного мониторинга можно оставить на месте сетку из нескольких трубок статики Пито. Метод равных площадей В этом методе поперечное сечение воздуховода или воздуховода делится на части равной площади.На рис. 6.3 показано прямоугольное отверстие, разделенное на 25 равных частей, по форме аналогичных полному отверстию. С помощью статической трубки Пито или анемометра измеряется скорость в центре каждой подсекции. Тогда средняя скорость — это просто среднее значение скоростей подсекции. Есть несколько мер предосторожности, которые следует предпринять, чтобы добиться удовлетворительных результатов. Во-первых, если используется пито-статическая трубка, следует рассчитать скорость на каждом участке. Усреднение скоростного давления перед использованием уравнения (6.3) не даст правильной средней скорости. Во-вторых, напомним, что градиент скорости наиболее быстро изменяется у стенок. Следовательно, точность будет улучшена, если скорости для подсекций, примыкающих к стенам и, особенно, в углах, будут определяться из ряда показаний, распределенных внутри каждого из этих подсекций. В-третьих, количество подразделов должно увеличиваться в зависимости от размера дыхательных путей, чтобы обеспечить точность.

6-9

Глава 6.Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O4

O0004

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

Рис.Скорость в каждой заштрихованной подсекции должна быть усреднена по нескольким показаниям, распределенным по подсекции.

Ориентировочно рекомендуемое количество точек n для прямоугольного отверстия можно оценить как n = 100 e

−8

A

+ 23

(6.4)

где e — экспоненциальный показатель , 2,7183 и A — площадь поперечного сечения (м). Расчетное количество точек может быть затем округлено до значения, удобного для разделения площади поперечного сечения, но никогда не должно быть меньше 24.Правильное расположение измерительного прибора облегчается за счет установки сетки из тонких проводов в дыхательных путях для обозначения подсекций. В случае круглых отверстий метод равных площадей делит круг на кольца одинаковой площади. Показания следует снимать в точках на двух диаметрах и наносить на график соответствующие профили скорости. Если эти профили окажутся перекошенными, следует снять показания по двум дополнительным диаметрам. Рекомендуемое количество точек измерения для каждого диаметра указано в Таблице 6.1. Рисунок 6.4 показывает 8-точечную траверсу на каждом из 4-х диаметров. Диаметр воздуховода (м) Количество точек

1,25 — 2,5

> 2,5

6

8

12

Таблица 6.1 Количество точек измерения на каждом диаметре круглого отверстия.

6 — 10

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Рисунок 6.4 Позиции измерения для 8-точечной траверсы на 4 диаметрах круглого воздуховода.

Точки расположены в центре площади соответствующего кольцевого пространства на каждом диаметре и могут быть рассчитаны из r = D

, где

rn DN

2n — 1 4N

= = = =

м

(6.5)

радиус точки n от центра номер точки, отсчитываемой наружу от центрального диаметра воздуховода (м) количество точек по диаметру

В таблице 6.2 приведены положения точек для 6, 8 и 12 точечных переходов в долях диаметра воздуховода, измеренного с одной стороны. Если поперечное сечение трубки статики Пито должно проводиться через канал снаружи, то к внешней поверхности канала должно быть прикреплено зажимное устройство, чтобы надежно удерживать трубку статики Пито на месте.Позиции измерения должны быть отмечены на штанге прибора

6 — 11

Глава 6. Обследования вентиляции

Malcolm J. McPherson

с использованием таблиц 6.2 или 6.3. После каждого перемещения измерительной головки трубку статики Пито следует слегка отклонять из стороны в сторону до тех пор, пока не будет найдена ориентация, дающая наибольшее значение полного или скоростного давления. Затем головка инструмента выравнивается прямо в потоке воздуха.

№точек измерения на каждом диаметре

Доли одного диаметра, измеренные со стороны центра воздуховода

6

0,044 0,146 0,296 0,704 0,854 0,956

8

0,032 0,105 0,194 0,323 0,677 0,806 0,895 0,968

12

0,021 0,021 0,021 0,177 0,250 0,356 0,644 0,750 0,823 0,882 0,933 0,979

Таблица 6.2 Положение точек измерения в круглом воздуховоде методом равных площадей. Логлинейный ход Более точный метод расположения точек измерения по диаметрам круглого воздуховода был получен из рассмотрения уравнений логарифмического закона, которые описывают профиль скорости для турбулентного потока.Влияние ошибок наблюдения сводится к минимуму, если точки расположены в соответствии с этим методом, известным как лог-линейный ход. Соответствующие местоположения приведены в Таблице 6.3.

Число точек измерения на каждом диаметре

Доли одного диаметра, измеренные со стороны центра воздуховода

6

0,032

0,135 0,321 0,679 0,865 0,968

8

0,021 0,117

0,184 0,345 0,655 0,816 0,883

12

0.014 0,075 0,114 0,183

0,241 0,374 0,626 0,759 0,817 0,886

0,925 0,986

Таблица 6.3 Логлинейные положения точек измерения в круглом воздуховоде. Контуры скорости Одна из трудностей, с которыми сталкиваются инженеры по вентиляции при измерении крупномасштабных воздушных потоков, заключается в том, что условия часто не способствуют достижению хорошей точности. «Учебник» советует выбирать измерительные станции подальше от препятствий, изгибов или изменений поперечного сечения. К сожалению, это не всегда возможно, особенно при измерении расхода воздуха на входе или выходе вентиляторов.Нередко обнаруживается, что продольное завихрение при сносе вентилятора или повторном входе в уклонение заставляет воздух двигаться в неправильном направлении в пределах одной части поперечного сечения. Точно так же в закрытых, но высокоскоростных дыхательных путях под землей, например, во многих забоях длинных забоев, могут существовать сложные схемы воздушного потока.

6 — 12

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Полезное практическое правило состоит в том, что усреднение точечных скоростей по ходу статической трубки Пито допустимо, если скорость превышает 75 процентов. давление (pv) больше максимального pv, деленного на 10.В сложных случаях построение контуров скорости может обеспечить как визуальное изображение картины потока, так и средство количественной оценки воздушного потока. На миллиметровой бумаге нанесен масштабный чертеж измерительного сечения. Сетка из тонких проволок построена в дыхательном пути для определения точек измерения. Количество баллов должно быть не меньше рекомендованного в предыдущем подразделе. Чем больше будет точек измерения, тем точнее будет результат. Скорости в соответствующих точках измерения заносятся на миллиметровую бумагу и строятся контурные линии равных скоростей (изовели).На рис. 6.5 показан пример изолинии скорости, полученной на забое лавы.

Рисунок 6.5 Пример контуров скорости на станции измерения расхода воздуха на забое длинной забоя Площадь, ограниченная каждым контуром, может быть определена либо планиметром (если чертеж в масштабе достаточно велик для хорошей точности планиметра), либо элементарным методом подсчета квадратов на миллиметровой бумаге. Построение изовел и определение замкнутых областей значительно упрощается за счет использования компьютерного программного обеспечения для контурирования.Были разработаны полностью автоматизированные системы, которые сканируют фактическое поперечное сечение и создают количественные контурные диаграммы скорости. Однако затраты на такие системы редко оправдываются, кроме как в исследовательских и испытательных лабораториях. По разнице оценивается площадь полосы между каждым контуром и может быть умножена на среднее значение ограничивающих скоростей и масштабный коэффициент площади, чтобы получить воздушный поток для этой полосы. При условии, что самый внешний контур близок к стенкам, скорость на стенках может быть принята равной нулю.Сумма воздушных потоков всех лент дает общий поток воздуха в дыхательных путях. 6.2.10 Анемометры горячего тела Когда любой нагретый элемент помещается в движущуюся жидкость, тепловая энергия будет отводиться от него со скоростью, которая зависит от скорости массового потока через элемент. В анемометре с горячей проволокой проволочный элемент расположен внутри небольшого цилиндра с открытым концом, чтобы придать прибору направленное смещение. Элемент образует одно плечо цепи моста Уитстона. В большинстве термоанемометров температура элемента поддерживается постоянной, изменяя значения

6 — 13

Глава 6.Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

электрический ток проходит через него при изменении скорости воздуха. В других конструкциях ток поддерживается постоянным и контролируется температура (и, следовательно, электрическое сопротивление) элемента. Современные анемометры с термоанемометрами компенсируются колебаниями температуры окружающей среды, и большинство из них также показывают температуру по сухому термометру. Для точной работы следует скорректировать показания на плотность воздуха: u = ui

, где u = ui = ρc = ρm =

ρc ρm

(6.5)

истинная скорость воздуха, указанная скорость воздуха, плотность воздуха при калибровке (обычно 1,2 кг / м3), фактическая плотность воздуха во время измерения.

Анемометры с горячей проволокой особенно полезны для малых скоростей и обладают надежностью до 0,1 м / с. Они удобны для перемещения с фиксированной точкой в ​​медленно движущихся воздушных потоках. Если анемометр с горячей проволокой будет использоваться в газовой шахте, то сначала следует проверить допустимость использования прибора в потенциально взрывоопасных атмосферах.Термометр Ката, описанный в разделе 17.4.3.2 как средство измерения охлаждающей способности воздушного потока, также может использоваться в качестве ненаправленного устройства для индикации низких скоростей воздуха, обычно в диапазоне от 0,1 до 1 м / с. Основная груша термометра Ката нагревается до тех пор, пока уровень алкоголя не поднимется выше верхней из двух отметок на стержне. При зависании в воздушном потоке время, необходимое для того, чтобы уровень алкоголя упал между двумя отметками, вместе с индексом Ката для инструмента и температурой воздуха, можно использовать для определения ненаправленной скорости воздуха.Термометр Ката редко используется для подземных работ (за исключением Южной Африки) из-за его хрупкости. 6.2.11. Индикаторные газы Скорость, с которой разбавляются впрыснутые газы, позволяет измерять объемный расход воздуха без необходимости определения площади поперечного сечения. Этот метод особенно полезен в сложных ситуациях, таких как утечка потока через участки с отходами, главные валы и другие области с высокой скоростью и чрезмерно турбулентным потоком или полный поток через составные сети дыхательных путей. Были использованы водород, закись азота, диоксид углерода, озон, радиоактивный криптон 85 и гексафторид серы, причем последний особенно подходит для утечек или составных потоков.Выбранный газ должен быть химически инертным по отношению к минерализации пластов. Есть два метода использования индикаторных газов для измерения расхода воздуха. Для высокоскоростных дыхательных путей индикаторный газ может выпускаться с контролируемой и постоянной скоростью Mg (кг / с). В точке, достаточно далеко ниже по потоку, чтобы произошло полное перемешивание, отбираются пробы воздуха для установления постоянной концентрации индикаторного газа. Тогда C =

qg Q

=

Mg

(6.6)

ρg Q

или Q =

где qg QC ρg

= = = =

Mg C ρg

м3 с

(6,7)

объемный расход индикаторного газа (м3 / с) воздушный поток (м3 / с) концентрация индикаторного газа на выходе (объемная доля) плотность индикаторного газа при окружающем давлении и температуре (кг / м3)

Предполагается, что объемный поток индикаторного газа незначителен по сравнению с потоком воздуха.

6 — 14

Глава 6. Обследования вентиляции

Малькольм Дж.McPherson

В случае медленных или смешанных потоков известная масса индикаторного газа M (кг) выпускается в виде импульса в восходящий воздушный поток. На станции ниже по потоку отслеживается концентрация индикаторного газа, и строится график зависимости концентрации от времени (C v t), как показано на Рисунке 6.6. Теперь концентрация C задается как отношение объемного расхода газа qg и расхода воздуха Q. C =

Но

qg

qg

(объемные доли)

Q =

Mg

ρg

м3 с

где Mg = массовый расход газа на контролируемой станции ниже по потоку (кг / с) и ρg = плотность газа при преобладающих температуре и давлении кг / м3), что дает

C =

Mg

ρg Q

Рисунок 6.6 Кривая зависимости концентрации от времени на станции мониторинга индикаторных газов

6–15

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Следовательно, полная площадь под кривой зависимости C от t, I =

=

∞ 0

(Это равно общему объему индикаторного газа, прошедшего станцию)

C dt

1 ρg Q

∞ 0

M g dt

Но общая масса выделившийся газ, M, также должен быть равен

∞ 0

M g dt (при условии, что весь из

воздух, проходящий через станцию ​​выше по потоку, также проходит через станцию ​​ниже по потоку).M дает I = ρg Q или

Q =

MI ρg

м3 с

(6,8)

6.2.12 Измерение площади поперечного сечения Поскольку подавляющее большинство воздушных потоков определяется как произведение средней скорости и площадь поперечного сечения, точность воздушного потока в равной степени зависит от измеренной скорости и площади поперечного сечения. Нет смысла настаивать на тщательных процедурах измерения средней скорости, если такая же осторожность не применяется к нахождению площади поперечного сечения.Безусловно, наиболее распространенный метод измерения площади дыхательных путей — это простая лента. Это даст хорошие результаты, если проем имеет правильную геометрическую форму, например прямоугольник или круг. По возможности следует выбирать станции измерения воздушного потока там, где профиль дыхательных путей четко определен. Рамы снятых дверок управления вентиляцией могут стать отличными площадками для измерения расхода воздуха. Такие формы, как арочные профили или трапеции, могут быть подразделены на простые прямоугольники, треугольники и сегменты круга, и соответствующие измерения, зафиксированные на ленте, позволяют рассчитать площадь.Неизбежно существует множество ситуаций, в которых воздушные потоки должны определяться в менее четко определенных поперечных сечениях. Для определения соответствующей площади поперечного сечения доступно несколько методов. Для форм, приближенных к прямоугольнику, три или более высоты и ширины могут быть прикреплены лентой, чтобы найти средние значения каждого из них. В таких обстоятельствах следует соблюдать осторожность, чтобы сделать поправку на закругление углов. Это часто происходит из-за того, что скалы скапливаются на полу по бокам дыхательных путей. Более сложным методом является метод смещения, при котором устанавливаются струны, определяющие правильную форму в дыхательных путях.Эти струны обычно представляют собой две вертикальные и две горизонтальные проволоки, образующие прямоугольник. Привязка проводов к каменным стенам с частыми интервалами по периметру позволяет построить график профиля дыхательных путей на миллиметровой бумаге. Профилометр представляет собой планшетный прибор. Вертикальная доска для рисования прикреплена к штативу в середине поперечного сечения дыхательного пути. Измерения, сделанные лентой от центра доски до точек вокруг каменных стен, можно уменьшить механически или вручную, чтобы восстановить профиль дыхательных путей на чертежной доске.Электронная версия заменяет ленту ультразвуковым устройством для измерения расстояния, хотя отражение луча может привести к ошибкам в пределах границ и неровных поверхностей подземных дыхательных путей. Фотографический метод заключается в рисовании белой линии по периметру измерительной станции. Линейная шкала, такая как нивелирная рейка геодезиста, фиксируется вертикально в пределах определенного профиля

6 — 16

Глава 6. Обследования вентиляции

Malcolm J. McPherson

.Камера расположена так, что она выровнена по продольной центральной линии дыхательных путей, а ее линза находится на одинаковом расстоянии от всех точек на нарисованной линии. Эти меры предосторожности уменьшают вероятность ошибок перспективы. Область внутри белой линии может быть определена путем наложения полученной фотографии прозрачной миллиметровой бумагой. Такие трудоемкие методы обычно используются для постоянных измерительных станций, а не для временных станций. Во всех случаях следует определять площадь поперечного сечения конвейеров, каналов или другого оборудования и вычитать из общей площади дыхательного пути.6.3. ИССЛЕДОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ Основная цель проведения исследований давления — определить падение давления на трение p, которое соответствует расходу воздуха Q, измеренному в каждой ветви маршрута исследования. По сути, есть два метода. Более точным является метод манометра и трубки или подводящего шланга, при котором две конечные станции соединяются длинной напорной трубкой, а падение давления на трение измеряется напрямую. Второй метод, который существует в нескольких вариантах, включает наблюдение за абсолютным давлением на барометре или альтиметре на каждой станции.Хотя традиции в отдельных странах склонны отдавать предпочтение тому или иному из двух методов, оба имеют предпочтительные области применения. В общем, там, где перемещение между измерительными станциями относительно легко, можно использовать метод измерения и трубки. Там, где доступ затруднен, например, в многоуровневых выработках или в шахтах, более практичным становится метод барометра. 6.3.1. Калибровочные и трубные исследования На рисунке 6.7 показаны принципы калибровочных и трубных измерений. Манометр присоединяется к отрезку трубки, другие концы которой присоединены к отводам полного напора статических трубок Пито, расположенных на конечных станциях.На практике, конечно, все трубки и инструменты находятся внутри дыхательных путей. Давайте сначала рассмотрим основную теорию метода, прежде чем обсуждать практическую процедуру калибровочных и трубных измерений. Теория Из уравнения энергии установившегося потока (3.25) для воздуховода между станциями 1 и 2, не содержащего вентилятора, 2

2

u1 — u2 + (Z1 — Z2) g = 2

2 1

В dP + F12

Дж кг

(6,9)

где

и

u Z g V F12

= = = = =

Скорость воздуха (м / с) высота над точкой отсчета шахты (м ) ускорение свободного падения (м / с2) удельный объем воздуха (= 1 / ρ) (м3 / кг) работа против трения (Дж / кг)

Если предположить линейное изменение плотности воздуха между станциями 1 и 2, то мы можно принять среднее арифметическое значение плотности дыхательных путей, ρa = 1 / V.Кроме того, падение давления на трение, связанное с этой плотностью, определяется уравнением (2.46) как p12 = ρ a F12

Па

(6.10)

6-17

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Рисунок 6.7 Измерение перепада давления на трение между двумя станциями с помощью манометрического и трубочного метода. Применение этих условий к уравнению (6.9) дает p12 = ρ a F12 = ρ a

2

2

(u1 — u 2) + ρ a (Z 1 — Z 2) g — (P2 — P1) 2

Па

(6.11)

(Более полное объяснение этого уравнения см. В разделе 3.4.1.) Pv =

Однако скоростное давление

ρa u 2 2

и статическое давление ps = ρ a Z g + P, когда речь идет о шахта для высотной отметки. Следовательно, уравнение (6.11) может быть записано как p12 = (pv 1 + p s1) — (pv 2 + ps 2) =

, где pt

=

pt1

pt 2

Па Па

(6.12)

полное давление (pv + ps), измеренное по общему напору статической трубки Пито.

Это показывает, что падение давления на трение, p12, относящееся к средней плотности в дыхательном пути между трубками статики Пито, дается просто как показание манометра, показанное как ∆P на рисунке 6.7. Если это измеренное падение трения следует отнести к стандартному значению плотности воздуха ρst, чтобы сравнить или сложить его с падениями давления на трение, измеренными в других дыхательных путях, то поправка дается как

6-18

Глава 6. Исследования вентиляции

p12 (стандартизованный) = p12

Malcolm J.McPherson

ρ st ρa

В подавляющем большинстве случаев дальнейшие вычисления не требуются. Это объясняет, почему манометрическая и трубочная техника называется прямым методом измерения падения давления на трение в дыхательных путях. (Но см. Приложение A6 для ситуаций, когда существует значительная разница в высоте между двумя конечными станциями). Практическая процедура Процедура проведения исследования манометров и трубок начинается со сборки оборудования и калибровки манометров. Для удобства здесь приведен список необходимого оборудования с некоторыми пояснительными комментариями: •

2 трубки статики Пито, примерно 1.Длина 25м. Более короткие инструменты могут использоваться для небольших дыхательных путей или для использования в воздуховодах.

Ассортимент мембранных манометров в диапазоне от полного отклонения шкалы не более 100 Па до максимального давления, развиваемого любым вентилятором в системе. Датчики следует откалибровать в горизонтальном положении по первичному манометру непосредственно перед важным обследованием. Использование диафрагменных манометров вместо наклонных манометров значительно повысило скорость измерения манометров и трубок.

Непрерывная нейлоновая или высококачественная пластиковая трубка длиной от 100 до 200 м. Трубки должны быть механически прочными, чтобы они могли выдерживать наезд транспортными средствами с резиновыми шинами или протаскивание под дверью без необратимых повреждений. Удобен внутренний диаметр от 2 до 3 мм. Трубки большего размера могут стать трудными в обращении, а время ожидания передачи волны давления может стать чрезмерно длинным, если трубка слишком узкая. Трубка должна быть испытана под давлением до и после обследования.

Короткие отрезки гибкой трубки для соединения статических трубок Пито и манометра с основной трубкой. Также следует иметь при себе металлические соединители и зажимы на случай, если возникнет необходимость отремонтировать повреждение основной трубки.

2 или 3 баллона с краской для разметки станций. Также можно использовать мелки или цветные карандаши.

1 карманный барометр и 1 вихревой гигрометр.

1 водонепроницаемый полевой журнал и карандаши.

1 гибкая измерительная лента 100 м.

Набор инструментов, в который входят отвертки, разводные ключи (гаечные ключи) и острый нож.

Маршрут похода и места основных узловых станций должны быть определены до начала наблюдений (раздел 6.4). Для осмотра датчика и трубы требуются два человека. Полезно, чтобы датчик самого нижнего диапазона был закреплен в коробке с прозрачным верхом и боковыми отверстиями для расширенных отводов давления.Ремни на талии и шее наблюдателя удерживают манометр в горизонтальном положении. Это облегчает путешествие и наблюдение за последовательными длинами трубок вдоль дыхательного пути.

6 — 19

Глава 6. Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Рекомендуется следующая процедура проведения наблюдений: 1. На начальной станции разматывают напорную трубку и укладывают ее вдоль дыхательных путей в направление второй главной станции.В переднем положении настройка нуля манометра проверяется и, при необходимости, регулируется путем соединения отводов высокого и низкого давления с помощью короткой трубки. Затем манометр подключается в линию между основной трубкой и отводом полного напора ведущей статической трубки Пито, как показано на рисунке 6.7. В заднем положении вторая трубка статики Пито аналогичным образом подсоединена к напорной трубке. Гибкая трубка, используемая для соединений, должна иметь внутренний диаметр, который плотно прилегает к основной трубке, отводам манометра и трубке статики Пито, не требуя чрезмерного усилия.2. Для проведения наблюдения обе статические трубки Пито устанавливаются лицом к потоку воздуха, в стороне от тела наблюдателя и на расстоянии от половины до двух третей высоты дыхательных путей. За манометром наблюдают до тех пор, пока показания не станут постоянными. Это может занять от двух до трех минут в зависимости от длины и диаметра основной трубки. Легкое постукивание пальцами может помочь преодолеть небольшое сопротивление трению диафрагмы или соединений внутри датчика. По завершении считывания показаний датчика ведущий наблюдатель должен указать на этот факт последующему наблюдателю либо сигналом лампы накаливания, либо рывком за трубу.Барометрическое давление, температуры по влажному и сухому термометрам также считываются и регистрируются ведущим наблюдателем вместе с расстоянием между наблюдателями. В большинстве случаев это известная длина основной трубы. Для более коротких расстояний следует использовать измерительную ленту или другие средства для определения действительной длины. 3. Последняя обязанность ведущего наблюдателя — нарисовать или начертить мелом индикаторную отметку на рельсах или стороне воздуховода. Второе нажатие на трубку или сигнал лампы накаливания указывают на то, что пора двигаться дальше.Ведущий наблюдатель идет вперед, волоча за собой трубку. Когда следящий наблюдатель достигает отметки индикатора, он просто останавливается, крепко сжимая основную трубу. 4. Процедура повторяется для каждой длины трубы, пока не будет достигнута следующая главная (узловая) станция. Ведущий наблюдатель занят, в то время как следящему наблюдателю ничего не остается, кроме как держать статическую трубку Пито на каждой станции или подстанции и идти вперед. Однако предпочтительно, чтобы наблюдатели обменивались позициями только поочередно, а не в течение одного дня.Опытная команда может довольно быстро продвигаться по маршруту траверса. Действительно, при использовании современного оборудования общая скорость исследования обычно определяется измерением воздушных потоков сопровождающей бригадой, а не падением давления на трение (см. Раздел 6.4). Каждое крупное соединение дыхательных путей должно быть главной станцией в пределах манометра и траверса трубки. На каждом из этих переходов трубка статики Пито должна удерживаться в центре перехода. Если сильная турбулентность вызывает чрезмерные колебания манометра, то можно использовать статический отвод (и) на трубке (ах) пито статического электричества.В этом случае анемометр следует удерживать на месте статической трубки (трубок) Пито для измерения локальной скорости. Соответствующие скоростные давления следует рассчитать и применить как поправку к показаниям манометра, чтобы определить падение общего давления на трение. Следует постоянно следить за тем, чтобы трубки статики Пито не забивались пылью или другим мусором. Точно так же во влажных условиях очень важно принимать меры против попадания воды в любую трубку. Трубки Пито-статики или открытые концы напорных трубок никогда не должны падать на пол во время траверса.Во время прохода под давлением следует снимать контрольные показания разницы давлений на дверях между дыхательными путями. Для этого удобно носить с собой отдельный гибкий шланг длиной 10 м. Установка манометра необходимого диапазона

6 — 20

занимает всего несколько секунд. Глава 6. Обследования вентиляции

Malcolm J. McPherson

. Если есть сомнения относительно диапазона, сначала следует использовать манометр высокого давления для определения приблизительной разницы давлений, а затем, при необходимости, заменить его на более подходящий прибор.Обычно достаточно измерить статическое давление на двери. Следовательно, два конца трубки должны быть защищены от очень местных скоростей воздуха, которые иногда возникают из-за утечки вблизи двери. Практический способ сделать это — просто вставить конец трубки в карман. 6.3.2. Исследования барометром и высотомером Если абсолютное статическое давление измеряется барометрами на двух концах подземного дыхательного пути, то разница между этими двумя измеренными давлениями будет зависеть от разницы в высоте между станциями, скоростей воздуха и падение давления на трение между двумя станциями при преобладающем потоке воздуха.

Поскольку высоту и скорость можно измерять независимо, отсюда следует, что барометрические показания могут использоваться для определения падения давления на трение. Понятие барометра было введено в разделе 2.2.4.1. Приборы, используемые для барометрических исследований шахт, представляют собой микроанероидные устройства с температурной компенсацией. Лицевая панель инструментов обычно калибруется в килопаскалях или других единицах давления. Однако следует помнить, что давление может быть указано в столбце воздуха (или любой другой жидкости) над точкой измерения.P = ρgh

(6.22)

Па

[см. Уравнение (2.8)] Если плотность воздуха ρ и ускорение свободного падения g считаются постоянными, тогда давление может быть указано в напоре (метрах) воздуха. , h. Это соотношение используется для обозначения поверхности некоторых барометров-анероидов в метрах (или футах) столба воздуха. h =

P

ρg

м

(6.23)

Затем прибор показывает приблизительную высоту или высоту в пределах земной атмосферы относительно некоторой точки отсчета и, соответственно, называется высотомером.Для более точного превышения показания следует скорректировать с учетом разницы между фактическими значениями ρ и g и стандартными значениями, на которые был откалиброван высотомер. Некоторые сложные высотомеры имеют встроенное смещение, которое компенсирует изменения плотности воздуха по отношению к высоте. Это позволяет использовать линейную шкалу высоты. Для высотомеров с компенсацией плотности преобразование принимает следующий вид: барометрическое давление = exp (a — b × указанная высота)

, где постоянные a и b зависят от единиц давления и высоты, а также заводских настроек высотомера.В большинстве горнодобывающих стран измерения атмосферного давления проводятся с использованием барометров с прямым указателем. В Соединенных Штатах обычно используются высотомеры. Однако, если показания высотомера преобразовать в единицы давления, то два метода станут идентичными.1

1

Казалось бы, более крупный рынок (и, следовательно, более доступный) высотомеров вместе с концепцией головы воздуха и водяного столба, что привело к раннему использованию высотомеров в Соединенных Штатах.

6 — 21

Глава 6. Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Теория Опять же, мы начнем с уравнения энергии устойчивого потока для дыхательного пути между станциями 1 и 2, не содержащего вентилятора. В обычном случае политропного потока уравнение энергии дает работу, совершаемую против трения, как: 2

F12

u — u2 = 1 2

2

ln P2   P1  + (Z1 — Z 2) g — R (T 2 — T1) lnT 2   T1 

Дж кг

(6.24)

(см. Уравнение (8.1)) или, для изотермического потока, где T1 = T2 2

F12 =

u1 — u 2 2

2

+ (Z1 — Z 2) g — R T1 ln  P2   P1 

Дж кг

где

и

PTZ u R

= = = =

барометрическое давление (кПа) абсолютная температура (градусы Кельвина) высота расположения барометра (м) воздух скорость на барометре (м / с) средняя газовая постоянная (Дж / кг · К) [из уравнения (14.14)]

Поскольку все параметры измеряются в этих соотношениях, можно определить работу, выполняемую против трения, F12.Это, в свою очередь, может быть преобразовано в падение давления на трение p12 относительно любой заданной плотности воздуха ρa. p12 = ρ a F12

Па [см. также уравнение (6.10]

) Сложность возникает, если барометрические давления на двух станциях не считываются одновременно. В этом случае приземное атмосферное давление может изменяться в течение любого интервала времени, который происходит между считыванием показаний на следующих друг за другом станциях.Если атмосферное давление на фиксированной контрольной станции увеличивается на ∆Pc в течение времени, прошедшего при перемещении от станции 1 к станции 2, то начальное значение P1 следует скорректировать на P1 + ∆ ПК

(6.25)

Поправка ∆Pc, конечно, может быть положительной или отрицательной. Допуская серию политропных процессов, соединяющих контрольный барометр (нижний индекс c) с поперечным барометром (нижний индекс 1), можно показать, что более точное значение поправки дается как

∆Pc

P1 Pc

( 6.26)

6 — 22

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Пример Следующие две строки представляют собой выдержки из полевого журнала барометра.Номер станции

Время

Барометр хода P кПа

Температура td tw ° C ° C

1

13:42

103,75

15,6

2

14:05

104,61

Высота Z м

Скорость мкм / с

Контрольный барометр Pc кПа

13,0

2652

2,03

98,782

14,2

2573

.6, содержание влаги в воздухе на станциях 1 и 2 было рассчитано как X1 = 0,008035 кг / кг сухого воздуха и

X2 = 0,008536 кг / кг сухого воздуха

Уравнение (14.14) затем указывает соответствующие газовые постоянные как R =

287,04 + 461,5 X (1 + X)

, что дает R1 = 288,431 Дж / кг ° C и R2 = 288,517 Дж / кг ° C со средним арифметическим значением 288,474 Дж / кг ° C. В период времени между снятием показаний барометра P1 и P2 контрольный барометр зарегистрировал повышение атмосферного давления на ∆Pc = 98.800 — 98,782 = 0,018

кПа

Уравнение (6.26) дает скорректированное значение на станции 1 как P1 + ∆Pc

P1 Pc

103,75 98,782

=

103,75 + 0,018 ×

=

=

=

=

=

=

=

0,019 = 103,769

кПа

Уравнение энергии установившегося потока (уравнение (6.24) затем дает 2

F12

, где и

T1 T2

u — u2 = 1 2

= =

2

ln  P2   P1  + (Z1 — Z 2) g — R (T 2 — T1) lnT 2   T1 

273.15 + 15,6 273,15 + 17,2

= =

Дж кг

288,75 K 290,35 K

6 — 23

Глава 6. Обследования вентиляции

F12 =

=

Malcolm J.

))

пер 104,61 2,03 2 — 1,52 2 103,769 + (2652 — 2573) 9,81 — 288,474 (17,2 — 15,6) 290. 35 2 ln 288,75 0,91

+

=

101,7

774,99

674,22

Дж кг

Дж кг

Дж кг

и перепад плотности трения p12, приведенный к стандартному значению p12, становится равным p12. р = 101.7 × 1,2 = 122

Па

(См. Также разделы 8.2.2 и 8.3.3. Для дальнейших примеров.)

Практическая процедура Барометрическая съемка может проводиться с одним наблюдателем на каждой станции, но с дополнительным человеком на станциях траверса способствует более быстрому продвижению. Требуется следующее оборудование:

• • • • • • •

2 микроанероидных барометра (или высотомеров) одинаковой точности 1 вихревой или аспирационный психрометр 2 точные часы 1 анемометр 1 2-метровая измерительная лента водонепроницаемые полевые книги и карандаши 2 или 3 баллончики с краской для обозначения номеров станций.

Микроанероиды должны быть откалиброваны по первичному барометру до важного исследования. Калибровочный шкаф может быть сконструирован с внутренним давлением, регулируемым подачей сжатого воздуха и выпускными клапанами. Помимо калибровки давления, приборы следует проверять на температурную компенсацию и характеристики ползучести. Современные инструменты стабильны в диапазоне температур, обычно встречающихся в шахтах, и адаптируются к изменению давления в течение нескольких минут.Для подземного похода с барометром только основные узлы должны рассматриваться в качестве точек измерения. Промежуточные подстанции, которые требуются в измерительной и трубной технике, обычно не нужны. Однако для главных вентиляционных шахт наиболее точные результаты получаются при снятии показаний через определенные промежутки времени вниз по валу (раздел 8.2.2). По сути, существует два метода обработки естественных колебаний атмосферного давления, возникающих во время съемки. Один из способов состоит в том, чтобы установить барометр на стационарном посту управления и регистрировать или регистрировать показания с интервалами примерно в 5 минут.Второй метод — это процедура «чехарда», в которой оба барометра используются для одновременного снятия показаний на последовательных станциях. После каждого набора показаний ведомый барометр переносится на переднюю станцию, где два барометра сравниваются друг с другом и при необходимости сбрасываются. После этого барометр перемещается дальше, чтобы занять лидирующую позицию на следующей станции.

6 — 24

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Процедура пересечения начинается с того, что наблюдатели синхронизируют свои часы.Если используется метод станции управления, контроль следует устанавливать в месте, которое достаточно стабильно по отношению к температуре и не подвержено колебаниям давления от вентиляторов, средств управления вентиляцией, подъемников или другого движущегося оборудования. Расположение на поверхности рядом с вершиной опускаемой вниз шахты и в тени от прямых солнечных лучей обычно является удовлетворительным. Регистрирующий барометр может использоваться на посту управления, но только если он обеспечивает точность, эквивалентную точности поперечного барометра.На каждой станции хода регистрируются следующие показания: • • • • • •

дата, идентификация барометра и имя наблюдателя, номер и местоположение станции, барометр времени, показывающий показания анемометра температуры по влажному и сухому термометру в положении барометра траверса.

Местоположение каждой станции должно быть соотнесено с планами геодезистов, чтобы определить соответствующую высоту. Барометр следует держать на одинаковой высоте над полом на каждой станции, чтобы можно было определить его высоту с точностью до 0.5м. Анемометр следует использовать для измерения скорости воздуха в положении барометра. Нет необходимости проводить траверс анемометра. Как показано в примере, приведенном в предыдущем подразделе, влияние скорости воздуха обычно мало по сравнению с другими членами уравнения энергии установившегося потока. 6.4 ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДАВЛЕНИЕ-ОБЪЕМ В предыдущих двух разделах отдельно обсуждались методы измерения объемного расхода Q и падения давления на трение p. Следует напомнить, что результаты двух типов обследований будут объединены, чтобы получить сопротивление R = p / Q2 и потери воздушной мощности pQ для каждой ветви.Поскольку потоки воздуха и, следовательно, перепады давления на трение изменяются со временем в работающем подземном сооружении, следует, что в идеале p и Q следует измерять одновременно в любом заданном дыхательном пути. Обычно два наблюдателя измеряют потоки воздуха, а еще двое участвуют в исследовании давления. Обе команды должны поддерживать тесные связи. 6.4.1. Первоначальное планирование Исследование давления-объема должно быть хорошо спланировано и управляемо. Практическая работа по крупному исследованию начинается за неделю или две до подземных наблюдений со сборки, проверки и калибровки оборудования.В частности, нецелесообразно полагаться на оригинальные калибровки пластинчатых анемометров или мембранных манометров изготовителя. Если оборудование, необходимое для калибровки, недоступно на месте, работа может быть выполнена сервисной организацией, или приборы могут быть возвращены производителям для индивидуальной калибровки. Калибровка обычно оформляется в виде таблицы поправок к указанным показаниям и приклеивается к боковой стороне прибора или кейсу для переноски. Интерполяция из таблицы может выполняться во время измерения, так что показания, поправки и скорректированные наблюдения могут быть немедленно зарегистрированы.План шахты следует тщательно изучить и выбрать маршруты обследования. Полное обследование шахт будет включать каждое вентиляционное соединение с поверхностью и инфраструктуру дыхательных путей, составляющих основные маршруты вентиляции. Маршруты дополнительных обследований могут быть добавлены для включения отдельных рабочих районов или для расширения банка данных, существующего из предыдущих обследований. Маршруты следует выбирать таким образом, чтобы их можно было превратить в замкнутые пути или петли в вентиляционной сети шахты.Ответвления, которые соединяются с поверхностью, закрываются через давление

6 — 25

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

сток приземной атмосферы. Для обследования основного контура в большой шахте может потребоваться несколько дней. Однако каждый основной цикл следует разделить на более мелкие вспомогательные петли, каждый из которых может быть закрыт в течение одного дня съемки. Следует провести первоначальную разведку шахты, пройдя по всем воздушным трассам, выбранным для основных переходов, и определив местонахождение основных станций.Обычно они находятся на основных узлах вентиляционной системы. Если два или более дыхательных пути расположены рядом и параллельно — и для измерения давления используется метод манометра и трубки, — тогда необходимо проводить эти измерения только в одном из дыхательных путей. Однако, чтобы получить общий воздушный поток в этой составной ветви сети, необходимо будет провести измерения потока в соответствующих точках в каждом из параллельных дыхательных путей. Пункты измерения расхода воздуха следует выбрать и отметить на плане, а также на стенках воздуховода.Последующее использование данных обследования для анализа вентиляционной сети и перспективного планирования (главы 7 и 9) следует иметь в виду во время проведения обследований вентиляции. Идентификационный номер, присвоенный каждому сетевому узлу, должен указывать на его местонахождение в шахте. Например, при многоуровневой работе первое целое число из номеров станций может использоваться для обозначения уровня. Перед исследованием следует провести брифинг с участием всех наблюдателей.Каждый наблюдатель должен быть полностью обучен процедурам обследования, использованию инструментов и методам наблюдения. Следует обсудить маршруты походов и систему идентификации станций вместе с общим графиком, охватывающим дни или недели, необходимые для завершения обследования. 6.4.2. Управление осмотром Во время производственных смен потоки воздуха и перепады давления в подземной шахте подвержены значительным изменениям из-за движения оборудования, изменений сопротивления в выработках и открытия вентиляционных дверей.Следовательно, лучшее время для обследования вентиляции — это когда шахта относительно спокойна, и под землей мало людей. Во время обследования наблюдатели должны быть готовы к работе в выходные дни и в ночную смену. Хотя в идеале падение давления на трение и соответствующий воздушный поток следует измерять одновременно на каждом участке траверсы, это часто нецелесообразно. Тем не менее, команды должны оставаться достаточно близко друг к другу, чтобы была минимальная задержка между двумя наборами измерений в данной ветви.С опытными наблюдателями команды поддерживают тесную связь, помогают друг другу и всегда осознают деятельность другой команды. Это позволяет избежать раздражающей ситуации, когда группа давления открывает двери для снятия показаний чека, в то время как группа управления воздушным потоком находится в середине прохода анемометра. Известно, что в таких случаях дружба страдает. Сразу после каждой смены две группы должны проверять все расчеты, выполненные под землей, записывать результаты работы этой смены из полевых журналов в чистые журнальные листы, а также в крупномасштабную копию карты шахты.Позиции измеряемых воздушных потоков и перепадов давления должны быть рассмотрены обеими группами, чтобы гарантировать совместимость мест измерения и соотнести идентификацию номеров станций. Любые трудности, возникающие во время смены, следует обсуждать. Последние полчаса или около того каждого рабочего дня можно потратить на рассмотрение того, что нужно сделать в следующую смену, и на распределение индивидуальных обязанностей. 6.4.3. Обеспечение качества Очень важно поддерживать контроль за качеством всех аспектов важного исследования вентиляции, от первоначальной калибровки инструментов до получения окончательных результатов.Полевые журналы или учетные листы должны быть четко разложены так, чтобы лица, кроме наблюдателей, могли следить за записями наблюдений и расчетов, выполняемых под землей. Все расчеты должны быть проверены кем-либо, кроме составителя. Большинство расчетов

6 — 26

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

, участвующие в обследованиях вентиляции, довольно просты и могут быть выполнены на карманном калькуляторе. Исключение составляют барометрические исследования, когда очень полезна проверенная программа для персонального компьютера.Для этой цели можно легко адаптировать имеющееся в продаже программное обеспечение для работы с электронными таблицами. Соблюдение законов Кирхгофа следует проверять как во время наблюдений, где это возможно, так и во время переноса данных в конце каждой смены. Эти законы подробно обсуждаются в главе 7. Вкратце, Кирхгоф I требует, чтобы алгебраическая сумма воздушных потоков, входящих в любой стык, была равна нулю. Кирхгоф II утверждает, что алгебраическая сумма стандартизованных падений давления вокруг любого замкнутого контура также должна быть равна нулю с учетом давления вентиляторов и естественной вентиляции.В контуре уровня или почти уровня ошибка закрытия контура давления может быть выражена как фактическое закрытие, деленное на сумму абсолютных значений измеренных падений давления на трение вокруг контура. Это не должно превышать 5 процентов. Контрольные измерения перепада давления на дверях неоценимы при отслеживании или распределении ошибок наблюдений. В случае контуров со значительными изменениями высоты, таких как контуры вала, сумма стандартизованных падений давления будет представлять собой комбинацию ошибок наблюдений и естественных вентиляционных эффектов.Последнее может быть определено независимо от измерений температуры и давления, как описано в разделе 8.3. Крайне важно вести хорошие записи о каждом этапе опроса. Руководитель исследовательской группы должен вести подробный журнал деятельности и достижений за каждый рабочий день. Это должно включать чистые журналы результатов, записанные из полевых журналов в конце каждой смены. В заключении основного исследования должно быть указано создание банка данных в виде таблицы или расширение существующего банка данных, в котором будут учитываться падение давления на трение и соответствующий воздушный поток для каждого филиала, включенного в исследование.Могут быть включены другие детали, такие как даты наблюдений, имена наблюдателей, обозначения приборов и размеры дыхательных путей. Банк данных затем может быть использован для расчета сопротивления дыхательных путей, потерь воздушной мощности и коэффициентов трения, а также предоставляет базу данных, на основе которой может быть создана компьютерная модель шахтной вентиляционной сети (глава 9). Кроме того, сопротивления, сопротивление на единицу длины и потери воздушной мощности могут быть показаны на карте с цветовой кодировкой, чтобы выделить участки дыхательных путей, вентиляция которых является особенно дорогостоящей.6.5. ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА В то время как исследования давления-объема связаны с распределением воздушного потока вокруг вентиляционной системы, инженер-эколог должен также контролировать качество этого воздуха, то есть концентрацию газообразных или твердых загрязнителей, а также температуру и влажность воздуха. воздух. Такие измерения следует проводить в определенное время и в определенных местах, чтобы обеспечить соблюдение обязательных стандартов и с учетом безопасности и здоровья персонала.Подробная информация о методах измерения и количественной оценки уровней пыли, концентрации газа и климатических условий приведена в главах 23, 11 и 14 соответственно. В дополнение к обязательным измерениям набор таких наблюдений, проводимых систематическим образом вокруг непрерывной трассы, известен как обследование качества воздуха. Эту процедуру следует использовать по двум причинам. Во-первых, он обеспечивает средства отслеживания и количественной оценки изменения уровней загрязняющих веществ, а, во-вторых, позволяет идентифицировать зоны выбросов газов, пыли, тепла и влажности.Измерения концентрации газа часто выполняются как обычная часть исследования давления и объема в газовой шахте. Аналогичным образом, наблюдения за барометрическим давлением, температурой по влажному и сухому термометрам, сделанные во время исследования давления, могут быть использованы для вычисления и построения графика изменений психрометрических условий на всех трассах хода.

6 — 27

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

БИБЛИОГРАФИЯ

Движение воздуха и контроль Assoc. Inc.(1976). Руководство по применению AMCA (Часть 3). Руководство по измерению производительности вентиляторной системы в полевых условиях. Американский национальный стандарт (1985). Лабораторные методы тестирования болельщиков на рейтинг. AMCA, 30 West University Drive, Arlington Heights, IL 60004. Справочник ASHRAE (1985). Основы Тома. ASHRAE, 1791 Tullie Circle, N.E. Атланта, Джорджия. 30329, США. Британский стандарт 848, часть 1 (1963 г.). Методы тестирования вентиляторов общего назначения. Британский институт стандартов, 2 Park St., London W.1.

Хартман Х.Л., Мутмански Дж. И Ван У. Дж. (1982). Шахтная вентиляция и кондиционирование. Wiley Interscience. Хинсли, Ф. Б. (1962). Оценка потерь энергии и давления из-за потока воздуха в шахтах, воздуховодах и шахтных контурах Горный инженер, Том 121. № 23, стр. 761-777. Хинсли, Ф. Б. (1964). Исследование принципов и взаимодействия естественной и вентиляторной вентиляции. Горный инженер, Том 124, № 49, стр. 63-78. Макферсон, М.Дж. (1969). Новый подход к съемкам шахтного барометра. Горный инженер, Том 129, вып.109, с. 23-34. Макферсон, М. Дж. И Робинсон, Г. (1980). Барометрическое исследование стволов шахты Боулби, Cleveland Potash Ltd., Trans. Inst Мин. и Met. Vol 89 — воспроизведен Jnl. Общество вентиляции шахт Южной Африки, Том 9, № 3, сентябрь 1980 г. Макферсон, М.Дж., (1985). Сопротивление воздушному потоку на забое лавы. 2-й симпозиум по шахтной вентиляции в США, Рино, штат Невада. С. 531-542. Общество шахтной вентиляции Южной Африки (1982). Экологическая инженерия в шахтах Южной Африки. Общество шахтной вентиляции С.Africa, Kelvin House, 2 Hollard St., Йоханнесбург, Южная Африка. Национальный совет угля, Великобритания (1979). Вентиляция в угольных шахтах: Справочник для инженеров по вентиляции шахт.

6 — 28

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Приложение A6. Применение измерительно-трубочного метода измерения перепадов давления на трение при значительных перепадах высот. До сих пор манометры и трубки редко использовались для вертикальных валов или сильно наклонных дыхательных путей, хотя часто трудная задача измерения сопротивления вала была бы значительно облегчена, если бы в валу постоянно оставался отрезок напорной трубки с малым внутренним диаметром.Однако там, где концы трубки находятся на значительно разном уровне, возникают сложности. Обнаружено, что в этих обстоятельствах показание зависит от расположения датчика и увеличивается по мере уменьшения высоты датчика в дыхательных путях. Это явление возникает из-за того, что воздух внутри трубки неподвижен и, следовательно, не подвержен трению. Давление во всех точках внутри трубы отличается от давления за пределами трубы на той же высоте. Например, если датчик расположен в нижней части вала, опущенного вниз, как показано на рисунке A6.1 давление в трубке будет выше, чем на соответствующем возвышении за пределами трубки. Если температура и влажность внутри и снаружи трубки одинаковы в соответствующих точках, это означает, что средняя плотность в трубке должна быть немного выше, чем в дыхательных путях.

1

Если манометр должен показывать непосредственно падение давления на трение относительно средней плотности в дыхательных путях, ρa, то он должен быть расположен в позиции средней плотности. В шахтах или других дыхательных путях с постоянным наклоном и сопротивлением это очень близко к средней точке.Однако обычно трудно проводить измерения в этом положении, и более практично разместить манометр либо вверху, либо внизу вала. Затем к показаниям следует внести поправку, чтобы получить падение давления на трение относительно средней плотности воздуха. Мы продолжим этот анализ, предполагая, что датчик находится у основания опущенного вниз вала (Рисунок A6.1). Давление в трубке на отводе высокого давления равно Pc, а на отводе низкого давления — Pb.Датчик показывает ∆P = Pc — Pb. Однако давление Pc должно равняться общему давлению на станции 1 плюс давление из-за напора статического воздуха внутри трубы Pc = P1 +

Pc

Pb ∆P

2

где P u ∆Z и ρt

ρ 1 u 12

+ ∆Z g ρ t

= барометрическое (статическое) давление = скорость воздуха = глубина вала = средняя плотность воздуха в трубе

А, при низком давлении манометра Pb = P2 +

Рисунок A6.1 Калибр в нижней части нижнего вала. Манометр изображен как манометр, чтобы показать направление перепада давления.

2

ρ2 u22 2

2

Если такая трубка остается на месте постоянно, ее следует проверить на утечки и внутренний конденсат, прежде чем использовать для измерения падения давления на трение. Отсоединенная труба сжатого воздуха может использоваться как временная напорная труба.

6 — 29

Глава 6. Обследования вентиляции

Малькольм Дж.McPherson

Тогда

ρ 1u12 — ρ 2 u 2 2

∆P = Pc — Pb =

2

+ ∆Z g ρ t + (P1 — P2)

(6,13)

Теперь, с Уравнение (6.11), падение давления на трение в дыхательных путях, относящееся к средней плотности дыхательных путей, ρa ‘определяется как p12 = ρ a

2

u1 — u 2 2

2

+ ∆Z g ρ a + (P1 — P2)

(6.14)

Следовательно, «ошибка» в показании датчика принимает вид 2

2

2

2

(ρ1u1 — ρ 2 u2) — (u1 — u2) ρ a

ε = ∆P — p12 =

2

+ ∆Z g (ρ t — ρ a)

(6.15)

Можно заменить на

ρa = ρt = где

ρ1 + ρ 2

(Средняя плотность в дыхательных путях)

2

ρ1 + ρ c

(Средняя плотность в трубке)

2

ρ c = плотность в трубке в положении c. Pc RT2

Now

ρc =

, что дает

ρc — ρ2 =

или

ρc = ρ2 +

и Pc — P2 RT 2

∆P P2

P2 = 9 ∆P 9000 RT2

ρ2

(без учета небольшого влияния скоростного давления на плотность воздуха в положении b.)

P2

ρ2

Тогда после некоторого алгебраического упрощения уравнение (6.15) принимает вид

ε =

∆Z g ∆P ρ 2 2 P2

2

2

(u1 + u 2) (ρ 2 — ρ1) 4

(6.16)

, что дает  ∆Z g ρ 2  p12 = ∆P — ε = ∆P 1 —  + 2 P2  

2

2

(u1 + u 2) (ρ 2 — ρ1) 4

(6.17)

Это полная форма уравнения, которое позволяет скорректировать показания манометра у основания вала или на склоне до средней плотности для дыхательных путей.

6 — 30

Глава 6. Исследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

∆Z g ρ 2

Термин

2 P2 возникает из разницы в средней плотности воздуха между дыхательными путями и трубками (уравнение ( 6.15), 2

2

(u1 + u 2) (ρ 2 — ρ1) 4 является результатом преобразования скоростных давлений при ρ1 и ρ2 в среднюю плотность ρa. Чтобы быть точным, следует применять этот последний термин даже когда дыхательные пути ровные. Однако, как правило, это несущественно, и для практических целей им можно пренебречь, давая падение давления на трение, относящееся к средней плотности воздуха в шахте, как

, тогда как

 ∆Z g ρ 2  p12 = ∆P 1 — (6.18) 2 P2   Уравнение (6.18) показывает, что нескорректированное показание ∆P на нижнем датчике вала завышает фактическое падение давления на трение.

Аналогичные рассуждения приводят к следующим уравнениям для других конфигураций: Датчик в верхней части опускающегося вала  ∆Z g ρ 1  p12 = ∆P (вверху) 1 +  + 2 P1   Датчик в основании вал поднятого вверх  ∆Z g ρ 3  p 34 = ∆P (верх) 1 —  + 2 P3  

2

2

(u1 + u 2) (ρ 2 — ρ1) 4

( u 3

2

(6.19)

2

+ u4) (ρ3 — ρ 4) 4

(6.20)

(Нижние индексы 3 и 4 относятся к нижней и верхней части вала, поднимающегося вверх соответственно.)

Датчик в верхней части верхний вал  ∆Z g ρ 4  p 34 = ∆P (верх) 1 +  + 2 P4  

(u 3

2

2

+ u4) (ρ3 — ρ 4) 4

(6.21)

Опять же, термином кинетической энергии, включающим значения u, обычно можно пренебречь. Хинсли в 1962 году показал, что как для валов, забитых вниз, так и вверх, перепады давления на трение хорошо аппроксимируются средним арифметическим показаниями датчиков в верхней и нижней части вала.

6 — 31

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Расчетный пример

Следующие данные3 были получены для нижнего вала, снабженного трубкой по всей его длине. Манометр может быть подключен к верхней или нижней части трубки. Игнорируя небольшое влияние скорости воздуха, определите падение давления на трение p12, относящееся к средней плотности воздуха в валу. Глубина вала = 1219,2 м

Барометрическое давление, кПа

Верх вала

Низ вала

101.591

117.015

1.275

1.408

Плотность воздуха, кг / м3 (по психрометрическим измерениям — см. Главу 14, раздел 6)

Манометр при подсоединении к верхней части трубки, Па

566

Манометр при подключении к основанию трубки Па

655

Решение

(a) Используя показания манометра в верхней части вала, применимо уравнение (6.19). Игнорирование членов кинетической энергии:  ∆Z g ρ1  p12 = ∆P (вверху) 1 +  2 P1    1219.2 × 9,8066 × 1,275  = 566 1 +  = 608 2 × 101591  

Па

(b) При использовании показаний манометра в нижней части вала применяется уравнение (6.18).  ∆Z g ρ 2  p12 = ∆P 1 —  2 P2    1219,2 × 9,8066 × 1,408  = 655 1 —  = 608 2 × 117015  

Па

В обоих случаях p12 относится к средней плотности воздуха в шахте и, следовательно, дает тот же результат. (На практике следует ожидать, что не будет точного согласия между результатами расположения датчиков верхней и нижней части вала из-за ошибок наблюдений.)

3

Данные взяты из Hinsley, F.B. (1962) на основе адиабатического процесса трения в сухом валу. [«Оценка потерь энергии и давления из-за потока воздуха в шахтах, воздуховодах и шахтных контурах» (Раздел IV). Горный инженер, Том 121, № 23, август 1962 г.]

6 — 32

Глава 6. Обследования вентиляции

Малкольм Дж. Макферсон

Среднее арифметическое значение плотности в шахте составляет

ρ среднее =

1.408 + 1,275 2

= 1,341

кг м3

Если скорректировать до стандартной плотности воздуха (ρst = 1,2 кг / м3) для сравнения с другими дыхательными путями, стандартизованное падение давления на трение станет p st

= p12 ×

ρ st ρ mean

= 608 ×

1,2 = 544 Па 1,341

Для проверки приблизительного метода определения падения давления на трение по средним показаниям верхнего и нижнего манометров: Среднее арифметическое показаний манометра при верх и низ вала — 566 + 655 = 610.5 2

Па

показывает, что в данном случае приближение отлично согласуется с рассчитанным 608 Па.

6-33

Сравнение пневмотахографии и анемометрии для измерения потока при механической вентиляции с использованием летучих анестетиков

Дж Clin Monit Comput. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 декабря 2018 г.

Опубликован в окончательно отредактированном виде как:

PMCID: PMC5429999

NIHMSID: NIHMS829933

, 1 , 2 , 3 и 41372 Jar .Mondoñedo

1 Департамент биомедицинской инженерии и Школа медицины, Бостонский университет, 44 Каммингтон Молл, Бостон, Массачусетс 02215, США

Джейкоб Херрманн

2 Кафедры биомедицинской инженерии и анестезии, Университет Айовы, Айова-Сити, Айова 52242, США

Джон С. Макнил

3 Департамент анестезиологии, Система здравоохранения Университета Вирджинии, PO Box 800710, Charlottesville, VA 22908-0710, USA

David W.Качка

4 Отделения анестезии, биомедицинской инженерии и радиологии, Университет Айовы, 200 Hawkins Drive, Iowa City, IA 52242, USA

1 Департамент биомедицинской инженерии и Школа медицины, Бостонский университет, 44 Cummington Mall, Бостон, Массачусетс 02215, США

2 Кафедры биомедицинской инженерии и анестезии, Университет Айовы, Айова-Сити, Айова 52242, США

3 Департамент анестезиологии, Система здравоохранения Университета Вирджинии, PO Box 800710, Charlottesville, VA 22908-0710, USA

4 Отделения анестезии, биомедицинской инженерии и радиологии, Университет Айовы, 200 Хокинс Драйв, Айова-Сити, Айова 52242, США

Автор, отвечающий за переписку.См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Летучие анестетики изменяют физические свойства вдыхаемых газов, такие как плотность и вязкость. Мы предположили, что использование этих агентов во время искусственной вентиляции легких приведет к систематическим ошибкам в оценках потока () и дыхательного объема ( V T ) для двух обычно используемых расходомеров: пневмотахографа (PNT), который измеряет перепад давления на калиброванном резистивном элементе и термоанемометр (HWA), который работает на основе конвективной теплопередачи от токоведущей проволоки к текущему газу.Мы измерили во время вентиляции подпружиненного механического тестового легкого, используя как PNT, так и HWA, последовательно размещенные в отверстии дыхательных путей. Поставлено В Т было оценено из численно интегрированного В̇ . Измерения проводились в исходных условиях с комнатным воздухом и во время вентиляции с увеличивающимися концентрациями изофлурана, севофлурана и десфлурана. Мы также оценили простой метод компенсации потока HWA, который учитывает изменения плотности газовой смеси.Мы обнаружили, что расхождения в оценках V T между PNT и HWA возникали во время вентиляции изофлураном (6,3 ± 3,0%), севофлураном (10,0 ± 7,3%) и десфлураном (25,8 ± 17,2%) по сравнению с исходными условиями. Величина этих расхождений увеличивалась с увеличением концентрации анестетика. Простой коэффициент компенсации, основанный на плотности, уменьшил наблюдаемые различия между расходомерами, независимо от анестетика или концентрации. Эти данные показывают, что выбор и концентрация анестетиков являются основными факторами различий в оценках V T между PNT и HWA.Такие расхождения можно компенсировать, учитывая изменения плотности газа.

Ключевые слова: Анестетики, расходомеры, искусственное дыхание

1 Введение

На точность измерений дыхательного потока влияют изменения физических свойств вдыхаемых газов, таких как плотность (ρ) и вязкость (μ). Предыдущая работа продемонстрировала, как состав газа, температура и расход, среди других факторов, могут влиять на эти свойства [1–3].Следовательно, такие изменения могут искажать оценки потока в дыхательных путях (), а также параметры, определяемые потоком, такие как дыхательный объем ( V T ), респираторное сопротивление и респираторную податливость. Недавнее исследование [4] продемонстрировало, что вариации ρ , вызванные изменениями в составе газа-носителя или концентрации летучих анестетиков, изменят доставляемое V T во время вентиляции с обратной связью из-за неточностей в измеренных значениях .Эти результаты были получены при использовании расходомера с переменным отверстием, что означает, что на другие устройства измерения расхода аналогичным образом могут влиять изменения в газовой смеси.

Два устройства, обычно используемые для измерения потока при механической вентиляции, — это пневмотахограф (PNT) и термоанемометр (HWA). PNT измеряет перепад давления (∆ P ) на калиброванном резистивном элементе и предполагает, что ∆ P изменяется линейно с во время вязких ламинарных течений [5, 6].Отношение ∆ P до для PNT зависит от μ , но теоретически не должно зависеть от изменений других свойств газа [7]. Напротив, HWA полагается на конвективную теплопередачу от токоведущей проволоки к текущему газу. Оценка HWA В̇ связана либо с изменениями температуры и удельного сопротивления проволоки (режим постоянного тока), либо с колебаниями тока нагрева проволоки (режим постоянной температуры) [8], оба из которых зависят от ρ [9–11].

Учитывая различия в физических принципах измерения между PNT и HWA, мы предположили, что механическая вентиляция с использованием летучих анестетиков, которые, как известно, по-разному влияют на μ и ρ газовой смеси в клинически значимых концентрациях [12 ], систематически приведет к смещению оценок измеренного вместе с полученными по потоку оценками V T . Соответственно, цель этого исследования состояла в том, чтобы охарактеризовать различия между этими двумя устройствами измерения потока для трех обычно используемых летучих анестетиков в диапазоне клинически значимых концентраций, скорости вентиляции и V T .

2 Теория измерения расхода

Использование PNT предполагает, что ∆ P на его резистивном элементе прямо пропорционально В̇ , когда поток ламинарный. Экран PNT содержит одну или несколько тонких проволочных сеток, которые ламинаризируют поток и в комбинации действуют как линейный резистивный элемент [6]. Соотношение между расчетным потоком из PNT, PNT , и ∆ P через проволочную сетку определяется выражением [13]:

, где α — коэффициент вязкого сопротивления, а C м — коэффициент, определяемый геометрическими свойствами сетки (т.е.е., толщину экрана, общую площадь экрана, долю пустот в объеме экрана и площадь поверхности провода). Для данного экрана PNT α и C m считаются постоянными [13]. Таким образом, PNT изменяется прямо пропорционально ∆ P , но обратно пропорционально μ, при условии, что измеренный расход находится в линейном диапазоне PNT.

Для HWA чувствительный элемент состоит из одного или нескольких платиновых проводов, которые нагреваются в режиме постоянного тока или, чаще, в режиме постоянной температуры [8].Анемометры постоянного тока связывают скорость потока с изменениями температуры и удельного сопротивления проволоки, тогда как анемометры постоянной температуры связывают скорость потока с колебаниями тока, необходимого для поддержания температуры горячей проволоки. Когда рассеивание электрической энергии в проводе и конвективная передача тепла от провода к газу сбалансированы, коэффициент теплопередачи h между проводом и газом определяется как [10]:

, где i w — ток провода, R w сопротивление провода, A w — площадь поверхности теплообмена и T w и T г — температура нагретой проволоки и окружающего газа соответственно.Для HWA постоянной температуры HWA эмпирически связано с час согласно закону Кинга [11]:

где

B = 0,57Acsdw (k2cpμ) 13ρ

(5)

A cs — площадь поперечного сечения потока газа, d w — диаметр провода, k — теплопроводность газа, c p — удельная теплоемкость газа [9, 14].Таким образом, колебания i w могут быть преобразованы в соответствующую скорость газа с помощью формул. 2–5, поскольку A и B будут постоянными для данной смеси [9, 11]. Однако A и B могут не быть постоянными, если после калибровки HWA в составе газа происходят существенные изменения. Скорее HWA для указанного ч будет обратно пропорционально изменениям в B 2 , так что: 1

V˙HWA = (1ρ) (hCW1k0.67cp0,33μ − 0,17 − CW2k − 0,13cp − 0,47μ − 0,57) 2

(6)

где C w1 и C w2 — коэффициенты, определяемые геометрическими свойствами HWA (т.е. , A cs , d w ) и считаются постоянными для данного HWA. Следовательно, HWA зависит от h , а также от нескольких физических свойств газовой смеси (например, ρ, μ, k и c p ).Уравнение 6 отличается от (Уравнение 1, для которого только μ является доминирующим физическим свойством газа, влияющим на , оцененное PNT.

3 Методы

3.1 Протокол эксперимента

Аппарат для анестезии Fabius GS ( Drägerwerk, Любек, Германия) и наркозный аппарат S / 5 ADU Carestation (General Electric, Fairfield, CT) использовался для вентиляции подпружиненного механического тестового легкого (IngMar Medical, Ltd., Питтсбург, Пенсильвания) с измеренным значением . на Y-образном участке с использованием системы измерения PNT (4700A и RSS100-HR, Hans Rudolph, Shawnee, KS) последовательно с HWA постоянной температуры (Florian, Acutronic Medical Systems, Hirzel, Швейцария).Соответствие дыхательного контура и испытания на герметичность проводились с наркозным аппаратом в режиме ожидания в соответствии со спецификациями производителя. И PNT, и HWA были откалиброваны отдельно с комнатным воздухом с использованием 3-литрового супершприца в соответствии с методом интеграции потока [15]. Схема экспериментальной конфигурации показана на рис. Электронно преобразованные формы сигналов В от обоих устройств были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц (Frequency Devices Inc., 90IP, Оттава, Иллинойс) и дискретизированы с частотой 40 Гц с использованием 12-разрядного аналого-цифрового преобразователя (USB-6008). , National Instruments, Остин, Техас).Специально разработанное программное обеспечение для сбора данных (LabVIEW 2011, National Instruments) обеспечивало мониторинг и V T в реальном времени для каждого устройства по принципу «дыхание за дыханием».

Схема экспериментальной установки, демонстрирующая последовательное расположение пневмотахографа (PNT) и термоанемометра (HWA) для одновременного измерения потока во время вентиляции механического тестового легкого с помощью наркозного аппарата

Механическое тестовое легкое вентилировалось в режиме регулирования объема с расходом свежего газа 6 л мин. -1 сжатый воздух.Летучие анестетики вводили с использованием индивидуальных испарителей для изофлурана (Aladin Cassette с S / 5 ADU Carestation, General Electric), севофлурана (Vapor 2000 с Fabius GS, Drägerwerk) и десфлурана (D-Vapor с Fabius GS, Drägerwerk). Концентрации анестетика 1,2, 2,0 и 6,0% соответствовали минимальной альвеолярной концентрации (МАК) для изофлурана, севофлурана и десфлурана соответственно. Доставленный MAC контролировался на Y-образном соединении с помощью газоанализатора бокового потока (Capnomac Ultima, Datex-Engstrom, Финляндия) с диапазонами измерения 0–5% (изофлуран), 8% (севофлуран) и 18% (десфлуран). ) и соответствующие точности ≤0.2, ≤0,2 и ≤1,0 об.% Соответственно [16]. Скорость вентиляции 8, 10 и 12 мин. −1 и V T объемом 400, 600 и 800 мл использовались со сжатым воздухом и увеличивающимися концентрациями анестетика 1,0, 1,5 и 2,0 ПДК для каждого агента. . Было собрано несколько вдохов в течение 1 минуты во время каждого условия измерения, при этом первые семь вдохов использовались в анализе. Подача В T в отверстие дыхательных путей оценивалась для каждого дыхания с использованием трапециевидной интеграции измеренной формы волны PNT и усреднения вдоха и выдоха V T .Набор V T на аппарате ИВЛ наркозного аппарата был отрегулирован так, чтобы выдавать желаемое V T , как сообщает откалиброванная PNT. Между каждым периодом измерения исследуемое легкое вентилировалось сжатым воздухом для вымывания предыдущего анестетика.

3.2 Компенсация потока

Поскольку PNT предполагает обратную зависимость между и μ (уравнение 1), добавление летучих анестетиков в клинически значимых концентрациях будет иметь незначительное влияние на эффективную вязкость газа [12, 17 ].Напротив, существует более сложная взаимосвязь между HWA и некоторыми другими свойствами газа [9, 10]. Основываясь на предыдущих выводах [4, 12], мы предположили, что изменения плотности газа были в первую очередь ответственны за изменения HWA во время измерения со смесями анестезирующих газов. Таким образом, мы скорректировали HWA , используя коэффициент компенсации, учитывающий изменения плотности газовой смеси ( ρ mix ) относительно плотности газа, используемого для калибровки HWA ( ρ cal ) :

V˙′HWA = (ρcalρmix) V˙HWA

(7)

где V˙′HWA — это скомпенсированная оценка потока HWA.Оценки плотности газа для отдельных видов были основаны на молекулярной массе и поведении идеального газа при 23 ° C и 1 атм. (). Результирующие плотности различных смесей, используемых в этом протоколе, были рассчитаны на основе мольных долей отдельных видов («Приложение»).

Таблица 1

Виды Плотность (кг · м −3 )
N 2 1,153
Ar 954645
O 2 1,318
CO 2 1,820
Изофлуран 7,592
Сев.

4 Статистический анализ

Сравнение оценок HWA и PNT для V T было выполнено с использованием корреляции и графиков Бланда – Альтмана.Процентная разница между расчетными дыхательными объемами от HWA ( V T , HWA ) и PNT ( V T , PNT ) была рассчитана как:

% разница = 100% × VT, HWA − VT, PNT0,5 × (VT, HWA + VT, PNT

(8)

Для сравнения процентных различий в оценках использовался четырехфакторный дисперсионный анализ (ANOVA). V T с HWA и PNT, с учетом эффектов отдельного анестетика (AA), концентрации агента (AC), частоты дыхания (RR) и V T .Если значимость была получена с помощью ANOVA, post hoc анализ анестетика (единственный категориальный фактор) выполнялся с использованием критерия Tukey HSD. Парные t-критерии использовались для сравнения различий между нескомпенсированными и компенсированными оценками V T (уравнение 7). P <0,05 считалось статистически значимым. Все анализы были выполнены с использованием MATLAB R2014b (The Mathworks, Inc., Натик, Массачусетс) и SigmaPlot 12.3 (Systat Software, Inc., Сан-Хосе, Калифорния).

5 Результаты

показывает корреляцию и графики Бланда – Альтмана для различных настроек вентилятора и концентраций анестетиков, используемых в протоколе. Оценки V T , PNT и некомпенсированного V T , HWA продемонстрировали близкое соответствие в базовых условиях с сухим сжатым воздухом. Напротив, мы наблюдали все меньшее согласие между PNT и HWA с увеличением концентраций изофлурана, севофлурана и десфлурана, особенно при высоком V T .Для машины GE Carestation, использующей изофлуран, мы также наблюдали небольшое отклонение между V T , PNT и желаемым V T после обработки данных. Вентиляция с изофлураном, севофлураном и десфлураном дала процентные различия 6,3 ± 3,0, 10,0 ± 7,3 и 25,8 ± 17,2%, соответственно, при усреднении по диапазонам концентраций анестетиков, частот вентиляции и дыхательных объемов. Статистические сравнения приведены в.Четырехфакторный дисперсионный анализ определил, что пять эффектов существенно повлияли на абсолютное значение процентной разницы в оценках V T , , все они включают концентрацию агента в качестве основного эффекта или члена взаимодействия (). Увеличение концентрации агента привело к увеличению расхождений между V T , HWA и V T , PNT . Post hoc сравнения агентов с использованием критерия HSD Тьюки продемонстрировали, что севофлуран дает значительно большую процентную разницу по сравнению с изофлураном ( P <0.001), и что десфлуран давал значительно большую процентную разницу по сравнению с севофлураном ( P <0,001). Положительные корреляции наблюдались между процентными различиями в отношении частоты дыхания и V T , когда концентрация анестетика была больше нуля. Таким образом, анестетик и его концентрация были самыми сильными предикторами вариации наблюдаемых различий между V T , HWA и V T , PNT с дополнительными незначительными влияниями со стороны частоты дыхания и V T при ненулевых концентрациях анестетика.

a Оценка корреляции для HWA и PNT V T во время вентиляции с изофлураном ( фиолетовый ), севофлураном ( желтый ) и десфлураном ( синий ). Сплошные линии обозначают строк идентичности. b Графики Бланда – Альтмана для оценок HWA и PNT V T ; сплошные линии представляют среднее значение, пунктирные линии представляют ± 1,96 стандартного отклонения. Обозначения включены для символов и цветов соответствующих условий тестирования. Данные точек представляют собой среднее значение для всех вдохов при каждом условии измерения

Таблица 2

Уровни значимости для четырехфакторного дисперсионного анализа V T абсолютной процентной разницы и апостериорных попарных сравнений с использованием критерия Тьюки HSD

73 AC 917.001 917 AA40 9173 AA40 773 AA · R AA Севофлуран
Фактор / сравнение P значение
ANOVA
AC · AA <0.001
AC · V T <0,001
AC · RR <0,001
AC · V T
  • 54
  • R T
  • 54
  • R 0,001 V T · RR 0,079
    V T 0,083
    RR 0,147
    AA47 AA47
    AA · V T 0,799
    AC · AA · V T · RR 0,813
    AA · V T · RR 0,944
    AC · AA · V T 0,975
    Post-hoc Tukey HSD
    <0.001
    Севофлуран-десфлуран <0,001
    Изофлуран-десфлуран <0,001

    показывает процентные различия между V 14 T0950 V 14 901 , PNT как функция ρ смесь , как оценивается для исходных условий и возрастающих концентраций анестетика (Приложение). Разница между двумя расходомерами линейно увеличивалась с ρ смесь ( R 2 = 0.989). Использование коэффициента компенсации плотности (уравнение 7) для изофлурана, севофлурана и десфлурана значительно уменьшило процентную разницу, наблюдаемую между V T , HWA и V T , PNT на всех ненулевые концентрации анестетика, как показано на.

    Зависимость между плотностью газовой смеси ( ρ смесь ) и процентной разницей для оценок HWA и PNT для V T с прямой пунктирной линией , соответствующей данным ( R 2 = 0.989). Более темная заливка соответствует увеличению MAC для каждого агента. Данные представлены в виде средней процентной разницы между всеми скоростями вентилятора и V T , планки ошибок представляют стандартное отклонение

    Сравнение процентной разницы между оценками HWA и PNT для V T до и после компенсации плотности для изофлуран , b севофлуран и c десфлуран. Каждая полоса представляет собой абсолютные значения средней процентной разницы для всех скоростей вентилятора, а V T , столбики ошибок представляют собой стандартное отклонение. Звездочки указывают на статистически значимые различия ( P <0,05) до и после компенсации

    6 Обсуждение

    В этом исследовании мы демонстрируем, что изменения концентрации летучих анестетиков приводят к систематическим различиям между пневмотахографическими и анемометрическими оценками дыхательного объема. Мы использовали эти два устройства для измерения потока для одновременного измерения потока в отверстии дыхательных путей механического исследуемого легкого во время вентиляции с тремя обычно используемыми анестетиками в диапазоне клинически значимых концентраций, скорости вентилятора и дыхательных объемов.Наши основные результаты включают: (1) различия в оценках V T для изофлурана, севофлурана и десфлурана по сравнению с исходными условиями; (2) эти различия в V T увеличиваются с увеличением концентрации анестетика; и (3) простой коэффициент компенсации, учитывающий изменения плотности подаваемой газовой смеси, значительно уменьшает наблюдаемые различия между расходомерами.

    Ранее Habre et al. [12] охарактеризовали изменения физических свойств газовых смесей для различных концентраций летучих анестетиков и пришли к выводу, что клинически значимые концентрации существенно влияют на оценки ρ ( i.e ., отклонение до 48% по сравнению с комнатным воздухом), но лишь незначительно повлияло на оценки μ (, т.е. ., отклонение менее 4% по сравнению с комнатным воздухом). Следуя этим основным открытиям, Miyaji et al. [4] продемонстрировали, что вентиляция с измененным севофлураном и десфлураном доставляла V T в условиях контроля с обратной связью, определяемых с помощью датчика потока с переменным отверстием. Их результаты аналогичны нашим наблюдениям о том, что увеличение концентрации менее сильных анестетиков приводит к значительным различиям в оценках V T между PNT и HWA ().Однако датчик потока с регулируемым отверстием основан на турбулентном потоке через подвижную заслонку, которая, как они продемонстрировали, чувствительна к различиям в измеренных значениях ∆ P из-за вариаций ρ между газовыми смесями, в отличие от используемых измерительных устройств . в этом исследовании. Таким образом, наши результаты не только подтверждают предыдущие выводы о том, что механическая вентиляция с использованием летучих анестетиков влияет на точность измерения , но также предполагают, что соответствующие изменения в газовой смеси приводят к смещению, зависящему от устройства, в расчетном V T .Механизм, лежащий в основе таких смещений, может возникать из различных физических принципов измерения В для PNT и HWA.

    PNT обычно используется в исследовательских учреждениях для точного измерения потока во время искусственной вентиляции легких [12, 17–19]. PNT измеряет перепад давления на калиброванном резистивном элементе и предполагает, что соотношение между ∆ P и является линейным и зависит от μ, но не от других свойств газа, таких как ρ, k и c. стр. [12, 17].Напротив, HWA работает по принципу конвективной теплопередачи от токоведущей проволоки, погруженной в текущий газ. Уравнения 2–3 описывают, как скорость потока газа связана с током через нагретую проволоку. Параметры этой зависимости не будут одинаковыми для всех газовых смесей, но могут быть описаны с точки зрения дополнительных физических свойств, таких как ρ (уравнения 4–5). Это отличается от PNT, который оценивает поток, обратно пропорциональный μ (уравнение 1).

    Учитывая различия между физическими принципами измерения для PNT и HWA, в сочетании с влиянием летучих анестетиков на плотность газовой смеси, становится очевидным, почему при вариациях в составе газа могут возникать смещения, характерные для конкретного устройства.Наблюдаемые различия в оценках V T между PNT и HWA линейно коррелируют с рассчитанной плотностью газовой смеси для изофлурана, севофлурана и десфлурана (). Соответственно, компенсация post hoc для изменений в ρ смеси снизила наблюдаемую среднюю погрешность измерения до 3% или менее для всех концентраций анестетиков. Наши результаты показывают, что увеличение ρ смеси во время вентиляции с использованием летучих анестетиков приводит к обнаружению большего значения V T для HWA по сравнению с PNT.Эффективность этой компенсации, наряду с отсутствием доступных данных, количественно определяющих теплопроводность и удельную теплоемкость летучих анестетиков, позволяет предположить, что разумно предположить, что ошибка измерения, связанная с анемометрией, в первую очередь зависит от смеси ρ / ρ отношение кал . Несмотря на статистическую значимость, члены более высокого порядка взаимодействия между концентрацией анестетика, частотой дыхания и V T предсказывают вариации процентной разницы, которые на порядок меньше, чем те, которые предсказываются изменениями плотности.Физический механизм, лежащий в основе этих условий взаимодействия, может быть связан с нелинейными эффектами, которые усиливаются при более высоких скоростях потока и концентрациях анестетика. Тем не менее, различия между HWA и PNT эффективно минимизируются простым учетом изменений в ρ смеси для соответствующей концентрации анестетика.

    Последние модели наркозных аппаратов включают функции компенсации потока для правильной оценки выдаваемого дыхательного объема.Например, Drager Fabius GS использует простой поправочный коэффициент для настройки калибровки встроенного расходомера HWA, когда пользователь указывает, что используется десфлуран [20]. Такая компенсация в настоящее время доступна только для десфлурана и не для всех моделей наркозных аппаратов. Для приложений, требующих высокой точности измерения расхода в присутствии других летучих агентов, таких как изофлуран и севофлуран, наши результаты показывают, что можно также использовать относительно простой метод компенсации (уравнение 7).[17, 19].

    Одним из ограничений этого исследования является тот факт, что абсолютные ошибки измерения для PNT и HWA не определены (вместо этого используется относительная ошибка), и что мы сообщаем измерения с использованием одного HWA. В предыдущих исследованиях [12, 17] сообщалось о незначительном влиянии летучих анестетиков на , измеренном с помощью PNT, откалиброванного на воздухе помещения, что позволяет предположить, что достаточно сравнить относительные расхождения между двумя методами, представленными здесь.Ошибка измерения может быть вызвана изменениями свойств газовой смеси, вызванными изменениями температуры, давления и влажности относительно условий газовой смеси во время калибровки расходомера. Влияние температуры и влажности газа на погрешность измерения было охарактеризовано для расходомеров диафрагменного типа [21, 22], хотя такие факторы минимально влияют на погрешность измерения HWA [23]. Хотя газ, насыщенный водяным паром при 37 ° C, может более точно имитировать подаваемые газы, используемые в клинической практике, использование увлажненного газа в нашем экспериментальном протоколе не изменит общих выводов, представленных здесь.Скорее, добавление водяного пара в качестве компонента газовой смеси внесло бы еще один источник изменчивости в ρ, μ, k и c p . Более того, хотя могут существовать небольшие рабочие различия между анемометрами, работающими в режиме постоянной температуры и постоянного тока, наши данные и представленная теория предполагают, что изменения в составе газа, вероятно, оказывают аналогичное влияние на анемометрические измерения потока. Несмотря на использование двух разных наркозных аппаратов (изофлуран доставлялся через General Electric S / 5 ADU Carestation, а севофлуран и десфлуран через Dräger Fabius GS), линейная зависимость между плотностью газовой смеси и относительной погрешностью между измерениями объема HWA и PNT был одинаковым для всех анестетиков и концентраций ().Это исследование расширяет предыдущую работу, чтобы включить эффекты более сильнодействующего анестетика изофлурана, а также охарактеризовать различия в диапазоне клинически значимых концентраций, частоты вентиляции и V T .

    Таким образом, мы показали, что летучие анестетики в клинически значимых концентрациях могут оказывать значительное влияние на измерение потока и оценки дыхательного объема на основе потока. Такие отклонения, связанные с конкретным устройством, зависят в первую очередь от выбора и концентрации анестетика, но не сильно зависят от скорости вентилятора или доставленного объема.Систематические различия в оценках дыхательного объема между пневмотахографом и термоанемометром можно эффективно компенсировать, учитывая изменения плотности подаваемой газовой смеси. Эти результаты позволяют по-новому взглянуть на облегчение точного измерения потока и мониторинга дыхательного объема во время искусственной вентиляции легких с использованием летучих анестетиков.

    Выражение признательности

    Экспериментальная работа была выполнена частично, в то время как авторы JSM и DWK были связаны с Медицинским центром Beth Israel Deaconess и Гарвардской медицинской школой, Бостон, Массачусетс, а автор JH работал с Бостонским университетом, Бостон, Массачусетс.

    Финансирование Частично при финансовой поддержке Гранта Национальных институтов здравоохранения [HL 108724], Вашингтон, округ Колумбия, и Медицинского центра диаконис Бет Исраэль, Бостон, Массачусетс.

    Глоссарий

    ρ смесь Плотность газовой смеси
    9 35 35 35 Номер частиц идеального газа в газовой смеси
    ρ cal Плотность газа, используемого для калибровки
    n смесь Общее количество молей газа в смеси
    9100 молярная доля Виды газа i
    x i
    Универсальная газовая постоянная

    , расчет

    HWA
    PNT
    Расчет расхода с использованием HWA
    V˙’HWA Компенсированная оценка потока из HWA
    объем
    V T , HWA

    V T , PNT Расчетный дыхательный объем из PNT
    47
    MAC Минимальная альвеолярная концентрация
    3 Анализ
    P Перепад давления на резистивном элементе PNT
    999 999 Геометрические свойства 947 Coe 999
    C м α Коэффициент вязкого сопротивления ficient для сетчатого экрана PNT
    h Коэффициент теплоотдачи между газом и проводом HWA
    Температура провода
    T w

    35
    T г Температура окружающего газа
    w
    A w Площадь теплообмена на проводе HWA47

    Ток через провод HWA
    A , B Калибровочные константы в соответствии с Законом Кинга
    -сечение газового потока в HWA 917 49
    C w 1 , C w 2 Коэффициенты от геометрических свойств HWA
    917 917 917 917
    917 917 917 917
    917 917 917 917
    917 917 917 917 923 917 917

    Приложение

    Плотность ( ρ ) для однородного газа выражается как масса, содержащаяся в данном объеме:

    , где n — количество молей в данном объеме V , а M — молекулярная масса конкретного вида газа.Для идеального газа это выражение можно переписать как:

    , где P — абсолютное давление, T — абсолютная температура, а — универсальная газовая постоянная. В смеси идеальных газов N мольная доля ( x i ) каждого вида определяется отношением количества молей каждого вида ( n i ) к общему количеству молей ( n микс ):

    xi = ninmixwherenmix = ∑i = 1Nni

    (11)

    Плотность газовой смеси ( ρ mix ) затем определяется путем модификации (Ур.9, чтобы получить:

    ρmix = 1V∑i = 1NniMi = nmixV∑i = 1NxiMi

    (12)

    , где M i — молекулярная масса каждого вида. Снова предполагая идеальное поведение газа:

    ρmix = PℛT∑i = 1NxiMi

    (13)

    , что эквивалентно средневзвешенному значению плотности отдельных видов при тех же эталонных температуре и давлении:

    Сноски

    Вклад авторов JRM: Концепция и дизайн работы, сбор данных, анализ и интерпретация данных, составление статьи, окончательное утверждение версии, которая будет опубликована; JH: Концепция и дизайн работы, сбор данных, анализ и интерпретация данных, составление статьи, окончательное утверждение версии, которая будет опубликована; JSM: концепция и дизайн работы, сбор данных, подготовка статьи, окончательное утверждение версии для публикации; DWK: Концепция и дизайн работы, сбор данных, анализ и интерпретация данных, подготовка статьи, критический пересмотр статьи, окончательное утверждение версии, которая будет опубликована.

    Конфликт интересов Д-р Качка и г-н Херрманн являются соучредителями и акционерами OscillaVent, Inc.

    1 Уравнение 6 выводится в соответствии с уравнениями. 2–5, используя Matlab R2014b Symbolic Math Tool box 6.1.

    Ссылки

    1. Schena E, Lupi G, Cecchini S, Silvestri S. Зависимость линейности от фракции кислорода и температуры газа нового пневмотахографа Fleisch для вентиляции новорожденных с низкой скоростью потока. Измерение. 2012. 45 (8): 2064–71. [Google Scholar] 2.Снепвангерс Й., де Винтер П., Бургер Х., Брауэрс Х., Богард Дж., Ван дер Энт К. Поправочные коэффициенты для воздействия кислорода и скорости потока на пневмотахометры Флейша и Лилли новорожденных. Pediatr Crit Care Med. 2003. 4 (2): 227–32. [PubMed] [Google Scholar] 3. Йе М., Адамс Т., Гарднер Р., Яновиц Ф. Влияние состава O 2 , N 2 и CO 2 на нелинейность характеристик пневмотахографа Fleisch. J Appl Physiol. 1984. 56 (5): 1423–5. [PubMed] [Google Scholar] 4. Миядзи Т., Фукакура Ю., Усуда И., Маруяма К., Хирабаяси Г., Ямада Р., Акихиса Ю., Нисиока Н., Андох Т.Влияние состава газа на дыхательный объем Avance Carestation. Дж. Анест. 2015; 29 (5): 690–5. DOI: 10.1007 / s00540-015-2018-8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5. Fleisch A. Der Pneumotachograph; ein Apparat zur Geschwindigkeitsregistrierung der Atemluft. Archiv Eur J Physiol. 1925; 209: 713–22. [Google Scholar] 6. Lilly JC. Расходомер для регистрации дыхательного потока людей. Метод Med Res. 1950; 2: 113. [Google Scholar] 7. Вест Т., Терон А. Измерение объема газа и расхода газа.Anaesth Intensive Care Med. 2015; 16 (3): 114–8. DOI: 10.1016 / j.mpaic.2015.01.001. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Schena E, Massaroni C, Saccomandi P, Cecchini S. Измерение потока в ИВЛ: обзор. Med Eng Phys. 2015; 37 (3): 257–64. DOI: 10.1016 / j.medengphy.2015.01.010. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Bruun HH. Принципы и анализ сигналов. Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета; 1995. Анемометрия горячей проволокой. [Google Scholar] 10. Халтмарк М., Смитс А.Дж. Температурные поправки для термоанемометров постоянной температуры и постоянного тока.Meas Sci Technol. 2010; 21 (10): 105404. DOI: 10.1088 / 0957-0233 / 21/10/105404. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Король LV. О конвекции тепла от маленьких цилиндров в потоке жидкости: определение констант конвекции малых платиновых проволок с приложениями к термоанемометрии. Proc R Soc A Math Phys Eng Sci. 1914. 90 (622): 563–70. [Google Scholar] 12. Хабре В., Асталос Т., Слай П.Д., Петак Ф. Вязкость и плотность обычных анестезирующих газов: значение для измерения потока. Br J Anaesth.2001. 87 (4): 602–7. [PubMed] [Google Scholar] 13. Armor JC, Cannon JN. Поток жидкости через тканые сетки. Айше Дж. 1968; 14 (3): 415–20. DOI: 10.1002 / aic.6

    315. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Kramers HA. Передача тепла от сфер к текучей среде. Physica. 1946; 12 (2): 61–80. [Google Scholar] 15. Е. М. П., Гарднер Р. М., Адамс Т. Д., Яновиц Ф. Г.. Компьютерное определение характеристик пневмотахометра с помощью калиброванного шприца. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1982. 53 (1): 280–5. [PubMed] [Google Scholar] 16.Руководство по обслуживанию Capnomac Ultima, № 87 8131-1. Подразделение Datex-Engstrom, Instrumentation Corp; Финляндия: 15 января 1997 г. [Google Scholar] 17. Никтари В.Г., Папайоанну А.А., Принианакис Г., Мамидакис Э.Г., Георгопулос Д., Аскитопулу Х. Влияние физических свойств изофлурана, севофлурана и десфлурана на легочное сопротивление в лабораторной модели легких. Анестезиология. 2006. 104 (6): 1202–7. [PubMed] [Google Scholar] 18. Бейтс JH, Тернер MJ, Lateri CJ, Jonson B, Sly PD. Динамическое измерение расхода и объема.В: Stocks J, Sly PD, Tepper RS, Morgan WE, редакторы. Тестирование дыхательной функции младенцев. 1. Нью-Йорк: Уайли; 1996. С. 81–109. [Google Scholar] 19. Nyktari V, Papaioannou A, Volakakis N, Lappa A, Margarit-sanaki P, Askitopoulou H. Респираторное сопротивление во время анестезии изофлураном, севофлураном и десфлураном: рандомизированное клиническое испытание.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *

    © 2011-2021 Компания "Кондиционеры"