[发明专利]一种巷道风量精准监测系统及方法

权利要求书

1.一种巷道风量精准监测系统，其特征在于，包括风量监测装置和监测管路，

所述风量监测装置包括壳体、差压传感器、运算分析模块、信号发射模块和显示屏，壳体固定在巷道侧壁上，差压传感器、运算分析模块和信号发射模块固定在壳体内，显示屏固定在壳体表面，壳体上设有检测管Ⅰ和检测管Ⅱ，检测管Ⅰ一端和检测管Ⅱ一端在壳体内分别与差压传感器的两个检测端连接，监测管路固定在巷道侧壁上、且沿巷道走向水平设置，检测管Ⅰ另一端通过管路与监测管路一端连接，监测管路另一端装有粉尘过滤套Ⅰ，用于采集所处巷道断面Ⅰ的气压；检测管Ⅱ另一端装有粉尘过滤套Ⅱ，用于采集所处巷道断面Ⅱ的气压；粉尘过滤套Ⅰ和粉尘过滤套Ⅱ处在同一水平面；

所述差压传感器用于实时检测检测管Ⅰ和检测管Ⅱ之间的压差数据，并反馈给运算分析模块；所述运算分析模块接收压差数据进行计算处理，并将计算得出的实时风量通过显示屏显示、同时通过信号发射模块进行无线传送；

所述粉尘过滤套Ⅰ由空心圆柱和空心球体组成，空心圆柱一端与空心球体连接，空心球体表面开设多个通孔，空心圆柱另一端与监测管路另一端连接；所述粉尘过滤套Ⅱ的结构与粉尘过滤套Ⅰ的结构相同。

2.根据权利要求1所述的巷道风量精准监测系统，其特征在于，还包括挂钩，挂钩装在壳体外部，用于将壳体悬挂在巷道侧壁上。

3.根据权利要求1所述的巷道风量精准监测系统，其特征在于，所述运算分析模块为单片机。

4.根据权利要求1所述的巷道风量精准监测系统，其特征在于，所述空心圆柱的长度大于20mm，所述通孔直径为1mm，所述监测管路的长度不小于50m。

5.一种采用权利要求1至4任一项所述巷道风量精准监测系统的监测方法，其特征在于，具体步骤为：

A、将巷道风量精准监测系统安装到所需测量风量的巷道内，然后测量得出巷道断面Ⅰ的面积S1、巷道断面Ⅱ的面积S2、巷道断面Ⅰ的标高Z₁、巷道断面Ⅱ的标高Z₂、巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的重力加速度g、巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的总风阻R、巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的气体密度ρ，将测量得出的值作为常数输入到运算分析模块内；

B、开始进行巷道风量检测时，处于巷道断面Ⅰ的气体经过粉尘过滤套Ⅰ过滤后进入监测管路，并经过检测管Ⅰ传递给差压传感器，同时处于巷道断面Ⅱ的气体经过粉尘过滤套Ⅱ过滤后进入检测管Ⅱ并传递给差压传感器，差压传感器检测检测管Ⅰ和检测管Ⅱ之间的气压差，并将气压差数据传递给运算分析模块；

C、运算分析模块将接收的气压差数据结合存储的计算公式进行分析处理，具体过程为：

根据通风阻力定律得出：

h＝RQ² (1)

式中：h为巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的通风阻力；Q为巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的风量；

根据伯努利方程得出：

式中：h’为巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间单位体积空气的能量损失；v₁为巷道断面Ⅰ处的风速；v₂为巷道断面Ⅱ处的风速；P₁为巷道断面Ⅰ处的气压；P₂为巷道断面Ⅱ处的气压；为动能损失；P₁-P₂为巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间的气压差；

由于无法直接测得动能损失，从而无法直接得出h’，因此采用迭代算法得出，具体为：

a、先忽略公式(2)中的动能损失，此时公式(2)变成如下公式(3)；

h₀’＝(P₁-P₂)+gρ(Z₁-Z₂) (3)

将差压传感器测得的气压差带入公式(3)，从而得出h₀’的值；

b、将h₀’的值作为通风阻力h，带入公式(1)得出第一个风量迭代值Q₀，由于已知S₁和S₂的值，因此能得出第一个风速迭代值v₁和v₂；并根据该风速迭代值得出的值；

c、将h₀’值和的值求和，从而得出第一个通风阻力迭代值h₁’；然后将h₁’的值作为通风阻力h，并重复步骤b和c，得出第二个通风阻力迭代值h₂’；

d、循环重复步骤b和c，直至得出的第n个通风阻力迭代值h_n’和上一个值h_n-1’之间的差值小于1Pa时迭代运算结束，将h_n’带入公式(1)，从而得出巷道断面Ⅰ和巷道断面Ⅱ之间巷道段的风量Q，最后将得出的风量Q通过显示屏显示、同时通过信号发射模块进行无线传送。