靶式流量計在火災煙道氣中應用優勢顯著

目前，火災煙氣主要采用測量氣體流速的方法對煙氣進行測速，包括氣壓法、機械法與散熱率法等。氣壓法通過測量全壓和靜壓的差值求得風速，如皮托管式風速傳感器和雙向微壓差計；機械法利用流體的動壓推動機械裝置旋轉求得風速，如葉輪風速儀；散熱率法根據流速與散熱率成對應關系的原理，通過測量相等散熱量的時間，或溫度變化，或保持原溫度的加熱電流量的變化來確定風速，如熱線、熱球風速儀。

1 傳統的煙氣流速測量方法

1.1 皮托管、雙向微壓差計測速法

  皮托管根據流體流動引起的壓差進行流速測定。標準皮托管是一根彎成直角的金屬細管，它由感測頭、外管、內管、管柱和全壓、靜壓引出導管等組成。在皮托管頭部的頂端，迎著來流開有一個小孔，小孔平面與流體流動方向垂直。在皮托管頭部靠下游的地方，環繞管壁的外側又開有多個小孔，孔面與流動的方向相切。頂端的小孔與側面的小孔分別與兩條互不相通的管路相連。進入頂端小孔的氣流壓力為全壓，而進入皮托管側面小孔的氣流壓力僅為流體的靜壓，根據全壓和靜壓可求出動壓，從而得到風速。

1.2 葉輪風速儀測速法

   葉輪風速儀由葉片、傳感器軸、傳感器支架及磁感應線圈等組成。它利用流動空氣的動能推動傳感器的葉片旋轉，然后通過轉速求出流速。測速時，將風速儀探頭與來流方向垂直，葉片在來流的作用下轉動并由傳感器將轉速信號輸出到紀錄表進行讀數。葉輪風速儀屬于機械式測速設備，它不受重力的影響，可安裝在任何位置并通過葉輪的轉向識別氣體流向。葉輪風速儀不像皮托管，測壓孔可能被煙氣中的顆粒堵塞而失去測速作用，可靠性高。但是，葉片的形狀和表面光潔度，轉子的質量以及轉子軸承的阻力均影響其測量性能。

1.3 熱線、熱球風速儀測速法

  熱線、熱球風速儀以電熱絲（鎢絲或鉑絲）或球形玻璃體（電熱絲包裹在其內部）為探頭，裸露在被測空氣中，并將熱絲接入惠斯頓電橋，通過電橋的電阻或電流的平衡關系，檢測出被測空氣的流速。測量時，電熱絲通恒定直流，氣流吹過熱絲或熱球表面時，將從其表面帶走熱量。當產生的熱量和散失的熱量相等時，探頭就穩定在某一溫度，達到動態平衡，通過測量探頭的溫度即可確定氣流的速度。

除了上述幾種較為常用的風速儀外，還有激光多普勒測速儀、超聲波旋渦式風速儀等氣體流速測量裝置，但這些裝置存在價格昂貴、安裝困難、使用不便等問題，不適于大型火災實驗中煙氣流速的測量。

2 靶式流量計測速法

   靶式流量計是為解決高粘度、低雷諾數的流量（流速）測量而發展起來的一種流量計。使用中，被測流體可以是液體、氣體和蒸汽，尤其對低雷諾數、小流量（低速）、高濕度、含固體顆粒以及腐蝕性介質的流體有很強的適應性。通過溫度補償，靶式流量計還能對中高溫的流體流速進行測量。目前，該流量計被廣泛應用于重油、瀝清、礦漿、有機酸、高溫蒸汽等的測量中。

  靶式流量計的靶板和靶桿均為鋁合金材質，對高溫、高粘、高濕度、多雜質、及強腐蝕性流體有極強的適應性。此外，由于采用了高敏的電容式力傳感器，使得靶式流量計的靈敏度大大提高，配合加大靶板阻流面積的方法能使可測流速下限大大降低，理論上，靶式流量計可以測任意小的流體速度。靶式流量計屬機械式測速設備，通過溫度補償可測不同溫度、不同密度的流體。綜合以上優點可知，當火災煙氣溫度較高、流速較低及顆粒物雜質較多時，利用靶式流量計進行測速有較強的可靠性。

  但是，靶式流量計也存在缺陷。當流速較低時，需要增加靶板面積以增大其作用力使傳感器達到響應應變。由于流量計測的是平均流速，若靶板面積過大，其上各點的速度梯度可能很大，從而影響了測量的精度。這個問題隨著傳感器靈敏度的增加已大大改善，目前，0.1的氣體（標準狀態下）流速下限僅需0.05（直徑約0.12）的靶板阻流面積，已能滿足多數火災實驗的需要。另外，靶式流量計只能測一個方向的來流，當流體從靶板背面流過時，流量計沒有讀數，使其只能用于已知流向的測速工作。但是，正是由于這樣的特性，使得靶式流量計在高湍流度、流動變化大的流場當中不會出現虛假讀數。

3 結論

    火災煙氣是一種中溫、低速、多雜質的氣體，有時還具有高濕度及一定腐蝕性的特征，傳統的氣體流速測量方法用于火災煙氣測速時存在不同的缺陷。以上比較后，很顯然使用靶式流量計對低速、高濕度、多顆粒雜質的火災煙氣進行測速，其結果較皮托管和中溫熱線風速儀更具規律性，可靠度更高，具有更好的適用性和明顯的優越性。總之，由于采用了高靈敏度的傳感器且其探頭（靶板）具有廣泛的適用性，靶式流量計應能滿足多種火災煙道氣的需要。