基于风压测量装置的研究

基于风压测量装置的研究

戈华丰 赖烜衍 黄庆绍 柏军生

福建鑫叶投资管理集团有限公司 361000

摘要：针对传统的风压开关、风压传感器、气体溶度传感器容易受到环境（空气中尘埃、油污等）的影响，导致检测信号精度差，以及受气流波动的冲击，导致检测信号稳定差，因而无法进行废气高精度自动送排控制。基于这种情况，利用重力和杠杆原理，设计一种风压测量装置，提高风压的测量精度和稳定性。

关键词:印刷废气送排；风压测量；检测信号；杠杆原理；风压传感器

在印刷废气送排系统中，主要通过安装在排气管道中的压力传感器来检测排气管道中的压力，进而得到排气管道中的废气流量和流速。检测口容易受灰尘、烟雾颗粒的影响，堆积灰尘、污渍等，阻塞检测口，导致传统废气传感器检测数据失真，并且由于空气气流的冲击、回旋等波动因素，导致压力传感器检测数据偏差较大、波动较大，影响自动排风控制效果，甚至失控^[1]。

针对传统风压传感器来检测信号精度低、稳定性差的问题，本文提出一种基于抗干扰的风压检测装置，降低空气中粉尘、颗粒、油污等因素的影响，以及空气气流的冲击、回旋等因素的干扰，提高风压检测信号的精度和稳定性，在废气自动送排控制系统中，高精度、稳定的风压检测信号可以有助于实现废气高精度自动送排控制。

1. 风压测量装置的模型及说明

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1. 1. 风压测量装置制作原理

本装置利用重力和杠杆原理制作而成。装置须水平安装，受重力作用，此时风叶及摆杆⑤与支点②、可移动砝码⑥形成杠杆力矩平衡，

在静态时，调整可移动砝码⑥清零压力探头④检测到的压力，工作状态时，风自下而上吹动叶片摆杆作用于压力探头④，就是当前的风压。

1.1.1风压测量装置静态受力分析

传感器各器件所受到的力分别为：

砝码滑块的重力G1，杆在支点左侧的重力G3，

杆在支点的重力G4，风感叶片的重力G2，

支点对杆的支撑力F1

有固定的转动轴的物体的平衡是指物体静止，或绕转轴匀速运动。

平衡条件是合力为零，合力矩同时为零，

即：∑F=0,∑M=0，

力矩M=F×L，

传感器在静态状态下，即压力传感器上受到力为0时，

由于支点是固定在机台（或管道）上， ∑F为零，要使摆杆不产生转动，则需使∑M=0

∑M=G1×L1+G3×L3−G2×L2−G4×L4

根据左图可知：

传感器尺寸和材料确定后，

G2、L2、G3、L3、G4、L4均为固定值

调整砝码滑块重量及距离，即G1×L1的值，使∑M=0，即传感器处于平衡状态。

1.1.2风压测量装置动态受力分析

管道内进风后：

风感叶片受到风对叶片的作用力F4，压力传感器探头对杆的作用力F2，

杆对压力传感器探头的作用力F3，

摆杆由于各力的作用下不发生转动，即：

∑M=G1×L1+G3×L3+F4×L2−G2×L2−G4×L4−F2×L5=0

由于上述静态分析时可知

G1×L1+G3×L3−G2×L2−G4×L4=0，则：

F4×L2−F2×L5=0

根据牛顿第三定律，我们可知

F2=F3

即F4×L2−F3×L5=0，

即F4=F3×L5/L2

1. 2. 抗干扰作用

用“叶片感应式”探头①，代替容易堵塞的“管道输送式”探头和“过滤式输送”探头，可降低空气中尘埃、油污等颗粒的影响，同时风压叶片摆动支点②外移，同样可以减轻空气中尘埃、油污等颗粒的影响，并支点②装活络轴承，增加叶摆灵敏度，进一步提高装置的检测精度。“叶片感应式”探头①上的诸多避震小孔③，可以减轻气流波动的冲击，提高装置的检测信号的稳定性。

2. 流体控制中的应用

风吹过一个物体时，在该物体垂直于风向的单位面积上所受到的压力即是风压^[1]。根据伯努利方程得出的风的动压为

Wp=1/2×r₀×v²

其中Wp为风压[kN/m²]， r₀为空气密度[kg/m³] ，v为风速[m/s]

在该物的背风面其风压称为吸压强度，大小为

P静=1/2×r₀×c×v² 

式中c为该物的结构常数。

对该物来说，其风压(P)应为动压强度和吸压强度之和，即

　　P=1/2×（1+c）××r₀×v²

根据压强公式P=F/S和流量公式：Q=VS

即F=P×S=1/2×（1+c）××r₀×v²×S

由公式可得出： F与v²成正比关系

根据风力与流速的平方正比关系，风压测量装置可以在流量控制中应用。

2. 风压测量装置的应用

本风压测量装置如上所述，具有精准、稳定、耐用的特性，风压检测装置在工作状态时，风自下而上吹动叶片摆杆作用于压力探头④，可检测废气管道风压，再通过信号放大器输出稳定的模拟信号进入PLC控制器、触摸屏、变频器、继电器、电动风阀（调节阀）和鼓风机等组成的控制系统中，对设备各印刷单元产生废气量的大小或根据印版的大小、油墨的成分等要素在触摸屏进行相应的流量设置，可对多色印刷机的各个印刷单元的废气排放进行自动优化控制，及时印刷过程产生的废气，改善车间作业环境，同时还可以进行“减风增浓”，将高浓度的废气送入RTO废气处理装置进行燃烧处置进行废气达标排放，浓度的废气进入RTO废气处理装置燃烧处置过程中，还可以使RTO废气处理装置进入“自维持状态”，即节省燃气的废气处置状态。

2. 结束语

本风压测量装置具有检测精准、稳定、耐用的特点，不仅可以作为风压开关、风压传感器、气体流量计等使用，还可以检测其他流体的压力和流量。自动排风控制系统不仅可以对印刷场所产生的废气进行自动优化送排控制，还可以应用到化工、染料等产生化学废气的生产场所。

参考文献：

[1]戈华丰, 赖烜衍, 黄庆绍等. 一种风压测量装置:CN112254867A[P]. 2021.

[2]刘智. 车载修井机井架静强度有限元分析[J]. 探矿工程：岩土钻掘工程, 2014, 41(10):3.