基于气体温升的风机流量与效率测量仪表的制作方法

本发明涉及风机流量与效率的测试仪表。

背景技术：

在生产工艺中，能够精确的确定风机的流量与效率对于优化生产工艺，提高生产效率以及降低风机能耗有着很重要的作用。

现在常用的风机流量测量仪表是基于速度场法，即在风机的进口或出口风道的某个位置，采用网格法利用皮托管等装置测量出该处风道截面上每一点的气体动压，然后利用伯努利原理计算出该点的速度v_i，再利用下式计算该截面内气体的体积流量：

$V=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{v}_i}{n}S---\left(1\right)$

式中S为风道内测量截面面积。

根据测量出来的风机流量，风机效率的一般是采用下述公式计算：

$\mathrm{\η}=\frac{V\mathrm{\Δ}p}{W}---\left(2\right)$

式中V为风机的体积流量，Δp为风机进出口全压差，W为输入给风机的轴功率。

采用上述方法，在风机风道内流场较为均匀时是比较精确的。但是很多时候生产系统设计时为了减少占地面积，往往结构比较紧凑，造成风道多弯，直管段短，所以测试截面的选取不能够满足精确测量的要求，比如测量截面存在较大的速度差，或者局部有漩涡或回流现象，都会给流量以及效率的测量带来较大的误差，相对误差甚至超过10％以上。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种基于气体温升的风机流量与效率测量仪表。

本发明采用的技术方案为：

一种基于气体温升的风机流量与效率测量仪表，通过测量风机进出口处气体的温度、环境压力与风机进出口压力，同时测量出输入电机的功率，通过测量气体温升求解方程的方法来计算出风机的流量与效率。

本发明原理明确，结构简单，精度较高。

附图说明

附图为本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图标记说明如下：

1——电动机电源线 2——电流互感器 3、4、10、13、14、19、24——信号线

5——模数转换器 6、8——数据线 7——处理器 9——显示器

11——大气压力测量装置 12——风机出口 15、20——压力测量装置

16、17——温度测量装置 18——风机进口 21——风机 22——电动机

23——电压互感器

如图所示的实施例中，温度测量装置17安装于风机进口18内，压力测量装置20安装于风机进口18的壁面上。温度测量装置16安装于风机出口12内，压力测量装置15安装于风机出口12的壁面上。大气压力测量装置11安装在风机21附近。电流互感器2与电压互感器23安装在电动机22的电源线1上。信号线3、4、10、13、14、19、24分别将电流互感器2、温度测量装置16、大气压力测量装置11、压力测量装置15、温度测量装置17、压力测量装置20以及电压互感器23连接到模数转换器5上，模数转换器5经过数据线6连接到处理器7上，处理器7经过数据线8与显示器9连接在一起。

该实施例的工作原理为，利用温度测量装置17与压力测量装置20将风机进口18处气体的温度与压力测量出来，利用温度测量装置16与压力测量装置15将风机出口12处的温度与压力测量出来，利用大气压力测量装置11将风机附近的环境大气压力测量出来，同时利用电流互感器2与电压互感器23将电动机22的输入电流与电压测量出来。在上述参数测量出来以后，经过模数转换器5将测量信号转换为数字信号以后通过数据线6输入到处理器7中，处理器7经过利用能量法将风机21的流量与效率计算出来并显示在显示器9上。

该能量法的原理是，在忽略掉风机表面散热以后，流经风机21的气体温升所吸收的能量与风机出口12处气体动能与风机进口18处气体动能差值的和应该等于电动机22的输出功率，即：

$W=c_{p}m(T_2-T_1)+\frac{1}{2}m(v_2^2-v_1^2)---\left(3\right)$

式中：W为电动机22的输出功率，c_p为气体比热，m为气体质量流量，T₂、T₁分别是风机出口12与风机进口18处气体的热力学温度，v₂为风机出口12处气体平均速度，v₁为风机进口18处气体平均速度，其中：

$v_1=\frac{m}{S_1{\mathrm{\ρ}}_1}---\left(4\right)$

$v_2=\frac{m}{S_2{\mathrm{\ρ}}_2}---\left(5\right)$

式中S₁为风机进口18安装压力测量装置20处截面面积，S₂为风机出口12安装压力测量装置15处截面面积。

气体密度ρ采用下式计算：

$\mathrm{\ρ}=\frac{p+p_0}{RT}---\left(6\right)$

式中p为压力测量装置21、15测量出来的风机进口18、风机出口12处的表压力，p₀为大气压力测量装置11所测量出来的风机21附近的环境大气压力，R为气体常数，T为气体热力学温度。

这样，将式(6)代入式(4)、式(5)中，再将式(4)、式(5)代入式(3)中，再根据电动机22的电流值、电压值、功率因数以及效率值计算出输出功率，通过求解式(3)关于流量的一个三次方程就可以将风机21流量计算出来。计算出风机的流量以后，风机效率也可以很容易的计算出来。

如果风机进口18处于环境大气中，那么可以令式(3)中的v₁＝0。

由于风机进口18与风机出口12处的温度场及静压力场相对均匀，尤其是温度场很均匀，所以本发明所提出的新型风量测量仪表测量精度较高，在测量高压头风机21时，比如风机21压头超过5kPa时，测量相对误差可以控制在5％以内，压头越高，测量精度也越高，当压头超过15kPa时，测量相对误差可以控制在1.5％以内。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品。但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。