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1、1矿井通风/矿井通风与安全课程实验（共 6 学时）实验一 大气参数测定一、实验目的1.掌握测定大气压 P、空气湿度 的方法、测定原理及测试仪表的结构、使用方法；2.计算湿空气密度 ；3.掌握风压测定仪表的构造和使用方法，风流点压力的测定方法；4.通过实验更好地理解压入式通风和抽出式通风时风流任一点的全压、静压和动压的相互关系，以及风流某一断面上的风速分布。二、实验原理1.空气密度计算公式为： 0.3780.348(1)2sPt式中：P 空气的压力（绝对大气压） ，Pa；t空气的温度，；Ps温度 t 时饱和水蒸气的分压，Pa， （可从教材附录中查得） ；相对湿度，用小数表示（%） 。2.抽出式
2、压入式 0ttssvtthPh0ttsvtstshPh三、实验仪器及操作方法实验用到的仪器设备及器材包括：空盒气压计；水银气压计；JFY-1 型矿井通风参数检测仪；干湿球温度计；皮托管；胶皮管；JKTS型通风实验装置；YYT-2000 倾斜式微压计；扇风机管网系统；testo465 红外转速仪。1.大气压测定测定大气压的仪器是：气压计，常见的气压计一类是水银气压计，一般用于室内测量，精度较高，另一类是空盒气压计，井下测定使用这种仪表。另外，还可用 JFY-21 型矿井通风参数检测仪测定气压值。（1）水银气压计水银气压计有动槽式和定槽式两种。动槽式水银气压计（图 1a）的主要部件是一根倒置于可动
3、水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空的，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，可知玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（毫米汞柱或毫巴） 。 53421143211气压计标尺；2玻璃罐封闭端； 1水银表面；2指针；3玻璃罐；3温度计；4玻璃罐开口端 4螺钉；5水银池；6游标旋钮图 1a 定槽式水银气压计 图 1b 动槽式水银气压计测定时，转动底部调节螺丝 4，使槽内水银液面正好与象牙指针 2 触及，然后转动螺丝 6，使游标 1 的下切口与水银顶面相切，有刻度尺和游标 1 读出大气压的读值（P 读 ） 。因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的湿度校正，有温度计 5读出测定的温度，从
4、表 1 查出温度校正值 P 温 ，实际大气压:P 0=P 读 P 温 。定槽式水银气压计（图 1b）的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式相同。表 1 黄铜刻度尺换算到 0时温度校正值气压计读值（P 读 ）mmHg温度 740 750 760 770 78010 1.21 1.22 1.24 1.26 1.27315 1.81 1.83 1.86 1.89 1.9120 2.41 2.44 2.48 2.51 2.5425 3.01 3.05 3.09 3.13 3.1730 3.61 3.26 3.71 3.75 3.80当实测温度值与表中温度不符时，可用插
5、值法求得温度校正值。（2）空盒气压计空盒气压计结构如图 2 所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成。大气压变化时，盒面变形值随之发生变化。变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值。1金属盒；2弹簧；3指针图 2 空盒气压计空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正例如某空盒
6、气压计读数为 770mmHg，查得其刻度校正值为 P 刻 =0.1mmHg，温度校正为 P 温 =0.03（mmHg/15）=0.45 mmHg，补充校正为0.6 mmHg，则实际大气压 P 计算如下：P=P 读 P 刻 P 温 P 补 =7700.10.450.6=770.05mmHg（3）JFY-1 型矿井通风参数检测仪JFY-1 型矿井通风参数检测仪是一种能同时测定井下绝对压力、相对压差、风速、4温度、湿度以及时间的精密便携式矿井通风参数综合监测仪器。适用于煤矿井下，为均压防灭火，科学管理矿井通风以及测定矿井风网压能图提供了有效的测量手段。采用镉镍电池，可连续工作八小时和 200 次充电
7、。如图 3 所示。图 3 JFY-1 型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率如表 2 所示。表 2 JFY-1 型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率参数 测量范围 精度 测量分辩率 绝对压力 8001200hPa 1hPa 0.1hPa 相对压差 400mmH2O 1mmH2O 0.1mmH2O 温度 -3040 0.5 0.1 湿度 50%99%RH 4%RH 1%RH 0.45m/s 时0.20m/s 510m/s 时0.30m/s 风速 0.415m/s 14.5m/s 时0.40m/s 0.1m/s 2.空气相对湿度的测定煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。它
8、们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计（又叫干球） ，另一支水银球上包着纱布，叫做湿温度计（又叫湿球） 。如图 4 所示为风扇湿度计。532111干球温度玻璃罐；2湿球温度玻璃罐；3湿球图 4 风扇湿度计测定前将湿球上的纱布用清水润湿。用风扇湿度计测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.73.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围，12 分钟，两支温度计示数稳定即可读取。根 据 测 出 的 干 球 温 度 和 湿 球 温 度 ， 查 “湿 空 气 线 图 ”， 可 以 得 知 此 状 态 下 空气 的 温 度 、 湿 度 、 比 热 、 比 焓 、 比 容
9、、 水 蒸 气 分 压 、 热 量 、 显 热 、 潜 热 等 资 料 。 例如 ： 干 球 18 度 ， 湿 球 15 度 时 ， 其 度 差 3 度 之 纵 栏 与 湿 球 15 度 之 横 栏 交 叉 68 度就 是 表 示 湿 气 为 68%。通 过 测 的 的 数 值 ， 对 照 湿 空 气 线 图 可 以 计 算 空 气 加 热 ， 冷 却 ， 加 湿 和 减 湿 的状 态 变 化 。绝对湿度：每立方米空气中所含水蒸气的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密度单位相同，其值等于水蒸气在其分压力与温度下的密度，用符号 v 表示：vMV式中：M v水蒸气的质量，kg；V空气的体积，m 3。相
10、对湿度（）：单位体积空气中实际含有的水蒸气量（ v）与其同温度下的饱和水蒸气含量（ s）之比称为空气的相对湿度，可用下式表示：，即相对湿度=水汽分压/饱和蒸汽压（压力、温度一定的情况下） 。 值vs6可以用小数表示，也可以用百分数表示。其大小反映了空气接近饱和的程度，故也称之为饱和度。 ）空气密度计算公式为： 0.3780.348(1)2sPt式中：P 空气的压力（绝对大气压） ，Pa；t空气的温度，；Ps温度 t 时饱和水蒸气的分压，Pa， （可从教材附录中查得） ；相对湿度，用小数表示（%） 。3. 风流点压力测定（1）扇风机管网系统7风 门 5风 门 1风 门 2风 门 3风 门 4进
11、风 口测 点 1测 点 2测 点 3测 点 4测 点 5测 点 6测 点 7测 点 8测 点 9测 点 10测 点测 点 12测 点 13测 点 4测 点 15测 点 6测 点 17测 点 18测 点 9测 点 20=91.864=265.8=1.93805=234.1587测 点 测 点 2测 点 3测 点 4风 门 6图 5 扇风机和管网系统（2）皮托管皮托管是传递风流压力的仪器，由内外两根细金属管组成，内管前端中心有孔与标有“+”号的管脚相同。外管前端封闭，在其管壁开有 46 个小孔与标有“-”号的管脚相同，测定时使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与动压之和
12、） ，而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压。8图 6 皮托管（3）U 型压差计U 型压差计如图 7，有一根弯成 U 型的玻璃管 1（其中装如蒸馏水或酒精） ，刻度尺 2 和支撑板组成，测定时，用胶皮管将风流压力接引（传递）到玻璃管内，垂直 U型管的两液面差乘以工作液（U 形管内所装液体）的比重，即为测定的压差h（mmH 2O） ，如为倾斜 U 形压差计，它的压差为：HLsin，mmH 2O式中：LU 形管内的液面高差（mm） ；U 形管的倾角（） ；工作液比重。图 7 U 型压差计9（3）YYT-2000 倾斜式微差计YYT2000 倾斜式微压计（以下简称微压计）用于测量不溶于乙醇的微小压力气
13、体的表压和差压。它可以测量正压、负压和差压。其倾斜角度可以变更，主要由底座、介质容器、测量管、弧型支架、零位调节器、多向阀、水准器等组成。底座下装有三个调水准螺钉；测量管由无色透明的玻璃管制作，在其长度方向上，均匀刻有 255mm以上的毫米分度格；测量管可以在弧型支架的槽中来回调节其倾斜角度。弧型支架上标有 5 档倾斜常数 k（0.2、0.3、0.4、0.6、0.8），用于测量 5 档压力范围的气体。多向阀上部可作 60的旋转运动，顶面黑色标牌上标有“，”符号，下部侧壁上装有标号为 1、2、3 的三个接咀，根据它们的特定组合就可进行压力测量。YYT2000 倾斜式微压计工作原理如图 8 所示。
14、图 8 YYT-2000 倾斜式微压计工作原理它是由一个具有大断面的容器 A（面积为 F1）与一个小断面的倾斜管 B（面积为F2）互相连通，并在其中装有适量酒精的仪器。若在 P1 与 P2 压差作用下，具有倾斜度 的管子 B 内的液体在垂直方向升高了一个高度 Z1，而 A 容器内的液面下降了Z2，这时仪器内液面的高差为：Z=Z1+Z2由于 A 容器液体下降的体积与 B 管液体上升的体积相等，即：Z2F1=LF2则 Z 2=LF2/F1并且 Z1=Lsin把 Z1与 Z2代入上式，得：Z=Z1+Z2=L（sin+F 2/F1）故用此压差计测得 P1与 P2之压差 h 为：h=Z=L（sin+F
15、2/F1）式中： 酒精的比重；10令： K=（sin+F 2/F1）则： h=KL mmH 2O式中： K仪器的校正系数；L倾斜管上的读数，mm。1-底座； 2 水准指示器；3-弧形支架；4-加液盖；5-零位调节；6-多向阀；7-活动游标；8- 倾斜测量管；9- 可调水准螺钉；10 乙醇容器图 9a YYT-2000 倾斜式微压计结构图图 9 b YYT-2000 倾斜式微压计结构图图 9 是 YYT-2000 倾斜式微压计的结构图，在三角形的底座上装设容器与带刻度的玻璃，并用胶皮管将其连通。容器的顶盖上有注液孔螺丝，三通旋塞及调零螺丝，仪器的底座上有水准泡和调平螺丝。玻璃管的倾角可借弧形板与销钉来调节。为了读数准确，玻璃管上装有活动游标。零位调整螺丝下部是一个浸入液体的圆拄体，若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度。三通旋塞如图 9b 所示，当反时针方向转动其旋钮至极限位置（图 9b 左）时玻璃管借胶皮管与容器连通，并经三通旋塞孔与大气11相通，而标有“+” 、 “-”两管接头则被隔断，此时为调整零位位置，当顺时针方向转动其旋钮至极限位置（图 9b
