圖22單根管道三維模型為通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒中帶有支管的單根管道的模型，總長(zhǎng)度為120.1mm，直徑0.54mm；支管道長(zhǎng)l1=1.1mm，直徑d1=0.48mm；支管距離進(jìn)口長(zhǎng)度l2=108.22mm，距離出口長(zhǎng)度l3=11.88mm。實(shí)際流體具有粘性，流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服粘性阻力而消耗的機(jī)械能稱為水頭損失，通常分為沿程水頭損失與局部水頭損失。沿程水頭損失是流體克服沿程阻力而產(chǎn)生的損失；局部水頭損失是由于流體邊界發(fā)生急劇變化的局部障礙而引起流線彎曲、流體脫離邊界、旋渦等產(chǎn)生的損失。首先忽略局部水頭損失，只考慮沿程水頭損失。在直圓管道中，層流狀態(tài)下壓力損失與流量的關(guān)系為：(2-1)其中：—壓損；—?jiǎng)恿φ扯龋弧L(zhǎng)度；—管道直徑；Q—流量。圖SEQ圖\*ARABIC23單根管道三維模型將模型分為三段，把它等效為電路，如圖23所示。令，則公式（2-1）可寫(xiě)成：(2-2)已知：；將其代入通風(fēng)率公式中得到通風(fēng)率為：(2-3)將代入公式（2-3）得：(2-4)其中：—壓力損失；—?jiǎng)恿φ扯?；—長(zhǎng)度；Q—流量；—分支管直徑；前管道直徑；后管道直徑；—分支管長(zhǎng)度；—前管道長(zhǎng)度；—后管道長(zhǎng)度。將測(cè)量得到的模型尺寸代入公式（2-4）得到一個(gè)理論計(jì)算的的通風(fēng)率：L1(mm)d1(mm)L2(mm)d2(mm)理論通風(fēng)率1.10.48108.220.5498.3979%但是，由于局部水頭損失h的存在，使得公式（2-4）的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在一定的誤差，利用CFD軟件來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行驗(yàn)證比較。數(shù)值仿真驗(yàn)證建立三維模型，利用Fluent軟件對(duì)單個(gè)支管進(jìn)行數(shù)值仿真驗(yàn)證，設(shè)置不同的壓力出口：-20Pa、-50Pa、-100Pa、-200Pa、-500Pa、-1000Pa、-1500Pa，分別研究在不同出口流量下的通風(fēng)率，結(jié)果如表6所示。表SEQ表\*ARABIC6單支管通風(fēng)率仿真結(jié)果側(cè)孔流量Q1（mL/s）前進(jìn)口流量Q2（mL/s）出口流量Q3（mL/s）通風(fēng)率（%）與理論計(jì)算的誤差（%）0.13690.00260.139598.1336%-0.2686%0.29500.00700.302097.6899%-0.7196%0.50980.01460.524497.2182%-1.1989%0.86320.02990.893196.6537%-1.7726%1.44180.06001.501896.0043%-2.4326%1.69690.07481.771795.7754%-2.6652%2.79390.14742.941394.9893%-3.4641%3.71740.21773.935194.4672%-3.9947%根據(jù)上述結(jié)果顯示，隨著出口流量的增大，仿真得到的通風(fēng)率逐漸減小而與公式（2-4）得到的結(jié)果相比，誤差大小逐步怎大。這是由于隨著流量的增大，管道內(nèi)流體的局部水頭損失變大，導(dǎo)致了最終的誤差增大。單支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒研究3.1.3.1理論研究分別對(duì)不同的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行等效處理，如圖24所示為側(cè)面一個(gè)孔的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)幫示意圖。圖SEQ圖\*ARABIC24單支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)幫示意圖根據(jù)之前公式計(jì)算的方法得到其總的通風(fēng)率公式:；其中Q0為其余九根直管中每根直管的流量，又因?yàn)椋瑒t通風(fēng)率為：(2-5)(2-6)為其余九根細(xì)管的阻值，且。將代入公式得到（n=0，1，2，3）：(2-7)其中：—細(xì)管道的直徑；—分支管直徑；前管道直徑；后管道直徑；—細(xì)管道長(zhǎng)度；—分支管長(zhǎng)度；—前管道長(zhǎng)度；—后管道長(zhǎng)度；—壓損；—?jiǎng)恿φ扯龋弧L(zhǎng)度；—管道直徑；Q—流量。已知：d0=0.54mmd1=0.48mmd2=0.54mmd3=0.54mml1=1.12mml2=108.22mml3=11.88mml0=120.1mm將上面的數(shù)據(jù)代入公式得到最終的通風(fēng)率：其中：—通過(guò)支管的流量，—通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒總流量3.1.3.2數(shù)值仿真用SolidWorks建立V0811通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的三維模型以及其流通區(qū)域的模型，如圖25圖26所示。圖SEQ圖\*ARABIC25通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)棒的三維模型圖SEQ圖\*ARABIC26通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的流通區(qū)域模型利用OGP影像儀對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行測(cè)量，得到通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的總長(zhǎng)為120mm。十根平行主管的直徑約為0.54mm，側(cè)邊孔孔徑約為0.48mm，開(kāi)孔的位置到出口端的距離約為11.68mm。為了方便Fluent的計(jì)算，使十根平行的主管段形成一個(gè)聯(lián)通的區(qū)域。在流通區(qū)域的出口端，連接一個(gè)直徑7.9mm的，高1mm的圓柱。對(duì)流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)與非結(jié)果網(wǎng)格。在Gambit軟件中對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件的設(shè)置，為了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性在出口處進(jìn)行了網(wǎng)格的加密，整體網(wǎng)格達(dá)到約75萬(wàn)。圖SEQ圖\*ARABIC27整體網(wǎng)格圖Fluent中的邊界條件設(shè)置：入口邊界條件設(shè)置為pressure-inlet，在設(shè)置出口邊界條件靈活運(yùn)用mass-flow-inlet邊界條件，在設(shè)置流動(dòng)方向時(shí)選擇outward，以保持出口為17.5ml/s的體積流量。操作壓力為101325Pa即為1atm。環(huán)境溫度去295.13K（22℃）環(huán)境的濕度為60%。通過(guò)如下公式，可以得到相應(yīng)環(huán)境條件下氣體的密度，粘性系數(shù)，；計(jì)算模型采用Laminar層流模型，壓力與速度耦合方式選取SIMPLEC算法。動(dòng)量和質(zhì)量的離化方案采用的是Second-Order-Upwind；壁面光滑無(wú)滑移且絕熱；縱向十根圓管的出口端速度與壓力結(jié)果的分布圖如圖28和圖29所示。圖SEQ圖\*ARABIC28縱向十根圓管出口端的速度分布圖圖SEQ圖\*ARABIC29縱向十根圓管出口端的壓力分布圖出口總流量支管的進(jìn)口流量進(jìn)口端流量通風(fēng)率17.531mL/s4.633mL/s12.897mL/s26.47479%仿真計(jì)算得到數(shù)值模擬的通風(fēng)率為η=26.47479%，這里仿真得到的結(jié)果與利用推導(dǎo)出的公式計(jì)算得到的結(jié)果有一定的差異，其中原因是由于管道流動(dòng)中總的水頭損失為，其中為沿程損失，為局部損失。由于其中支管的存在，使得局部損失數(shù)值變大了，在對(duì)支管單獨(dú)仿真時(shí)，因局部損失而使得仿真與計(jì)算的誤差最大達(dá)到接近4%；在對(duì)整個(gè)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒仿真時(shí)，其最終的誤差相差過(guò)大，其原因在于各個(gè)管道并聯(lián)的原因，使得局部損失所造成的誤差被放大。在對(duì)整個(gè)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒測(cè)量時(shí)，由于其孔口表面有磨損、孔內(nèi)壁面上有污漬的存在，使得測(cè)量時(shí)有誤差（誤差在0.1mm左右），但根據(jù)公式（2-7）中所示的，可以知道，各段的孔徑d的影響對(duì)整個(gè)計(jì)算與仿真結(jié)果的影響很大。含有多個(gè)支管的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒研究3.1.4.1雙支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒圖SEQ圖\*ARABIC30雙支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒示意圖定義第一個(gè)支管中：；第二個(gè)支管中：；八個(gè)支管中：；其中（—壓損；—?jiǎng)恿φ扯?；n—編號(hào)n的管道長(zhǎng)度；dn—編號(hào)n的管道直徑）。第一個(gè)支管的通風(fēng)率：其中Q0為其余8根支管道的總流量：因?yàn)?，?則：得到:,最后化簡(jiǎn)得到公式（2-8）。(2-8)同理可以計(jì)算得到公式（2-9）；(2-9)最終得到總的通風(fēng)率公式為：(2-10)3.1.4.2三支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒圖SEQ圖\*ARABIC31三支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒示意圖分別令；；；；第一個(gè)支管的通風(fēng)率：其中Q0為其余7根支管道的總流量：已知：；；；;則將上式化簡(jiǎn)就得到公式（2-11）；(2-11)同理，可以計(jì)算的到第二、第三個(gè)支管的通風(fēng)率分別如公式（2-12）和公式（2-13）所示。(2-12)(2-13)其中（—壓損；—?jiǎng)恿φ扯?；—長(zhǎng)度；—管道直徑）。最終得到總通風(fēng)率為：3.1.4.3單通道雙支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒圖SEQ圖\*ARABIC32單通道雙支管通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒示意圖圖32中的支管段沿程阻力為R1與R2。令；；已知，則總的通風(fēng)率為：(2-14)其中（—壓損；—?jiǎng)恿φ扯?；—長(zhǎng)度；—管道直徑；Q—流量）。3.1.4.4小結(jié)根據(jù)以上的公式可以定性地分析出在通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒中打孔的位置與其所需要的通風(fēng)率的關(guān)系，對(duì)的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的打孔位置的確定有一定的指導(dǎo)作用。但是由于設(shè)備、技術(shù)等一系列因素的限制，還沒(méi)有從定量上確定打孔位置與最終通風(fēng)率的關(guān)系，這有待進(jìn)一步對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的研究。環(huán)境溫度對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的影響在上述的簡(jiǎn)單推導(dǎo)的公式中，可以發(fā)現(xiàn)在只有沿程阻力損失的前提下，通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的通風(fēng)率值只與其自身的尺寸有關(guān)系。但是被忽略的局部阻力損失與流體的動(dòng)能有關(guān)，而根據(jù)公式（2-15）中所表示的，氣體密度與溫度和壓力都有關(guān)系：（2-15）下面對(duì)溫度在20℃~25℃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)境溫度變化對(duì)通風(fēng)率實(shí)驗(yàn)的影響進(jìn)行仿真研究。在保持環(huán)境壓力以及濕度不變的情況下，改變溫度（20℃~25℃），研究在不同溫度下的通風(fēng)率情況，結(jié)果如表7所示。表SEQ表\*ARABIC7通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒在不同溫度下的通風(fēng)率溫度（℃）支管流量（mL/s）總流量（mL/s）通風(fēng)率(%)205.021317.500228.692%215.039917.506528.788%225.048417.506428.838%235.047717.506028.834%245.065917.508128.935%255.074417.507728.984%從上表中可以看到，如果儀器以22℃是的100%校準(zhǔn)，那么在環(huán)境室溫變化在20℃~25℃的變化中，最后得到的通風(fēng)率是一個(gè)變化的值，溫度升高，通風(fēng)率會(huì)有一個(gè)微小的上升。不同環(huán)境壓力中通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的通風(fēng)率通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒中的通風(fēng)率不僅僅跟實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的室溫有關(guān)，還與實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境壓力有關(guān)系，在云南等地的海拔較高，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐灰s0.8atm，此時(shí)在實(shí)驗(yàn)室的做通風(fēng)率實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須考慮環(huán)境壓力的影響。下面針對(duì)全國(guó)幾個(gè)主要的城市的大氣壓，做了相關(guān)的數(shù)值仿真，研究了不同環(huán)境壓力下通風(fēng)率棒中的通風(fēng)率變化，同時(shí)保持溫度22℃與濕度60%不變，結(jié)果如下表8所示：表SEQ表\*ARABIC8通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒在不同地區(qū)壓力下的通風(fēng)率大氣壓(Pa)支管流量（mL/s）總流量（mL/s）通風(fēng)率昆明808005.358917.504730.614%蘭州843105.298417.503830.270%貴陽(yáng)887905.227517.503729.865%成都947705.138717.502529.360%鄭州991705.067617.504928.950%武漢1001705.054517.505228.875%標(biāo)況1013255.048417.506428.838%從上表中看到，在昆明的大氣壓為80800Pa左右，在此地點(diǎn)進(jìn)行通風(fēng)率實(shí)驗(yàn)時(shí)，在標(biāo)況下為28.8%通風(fēng)率的標(biāo)準(zhǔn)棒此時(shí)的通風(fēng)率變?yōu)?0.6%，通風(fēng)率變大。從整個(gè)表中的數(shù)據(jù)分析，隨著環(huán)境氣壓的增大，相同的通風(fēng)率棒中的通風(fēng)率數(shù)值減小。總流量大小對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒的影響從上面的仿真研究發(fā)現(xiàn)，溫度的變化會(huì)略微影響最后通風(fēng)率的值，而在局部阻力損失公式中，對(duì)整個(gè)局部阻力損失有較大影響的時(shí)速度，它們呈二次方關(guān)系。下面就對(duì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（溫度：22℃；壓力：101325Pa；濕度：60%），不同的流量下的通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行數(shù)值仿真研究，結(jié)果如表9所示：表SEQ表\*ARABIC9通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒在不同流量下的通風(fēng)率支管流量(ml/s)CFO流量(ml/s)通風(fēng)率絕對(duì)偏差4.9598517.528.34%0.00%4.9598517.528.34%0.00%4.977403217.628.28%-0.06%4.994922317.728.22%-0.12%5.01239117.828.16%-0.18%5.029828417.928.10%-0.24%5.04721828.04%-0.30%4.942243817.428.40%0.06%4.924600717.328.47%0.12%4.90690217.228.53%0.19%4.889163617.128.59%0.25%4.8713671728.66%0.31%從上面的表中可以看到，在不同流量下，使用通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒所得到的通風(fēng)率的數(shù)值不相同，總的流量減小，其測(cè)得的通風(fēng)率增大。因此一個(gè)穩(wěn)定且準(zhǔn)確的恒流源在通風(fēng)率檢測(cè)中是非常重要的?？偨Y(jié)本章主要從公式推導(dǎo)以及數(shù)值仿真兩個(gè)方面對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行了研究，由于在通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒中各個(gè)細(xì)管的串并聯(lián)，使得其理論推導(dǎo)存在一定的困難，暫時(shí)只給出了其沿程阻力損失計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上，又對(duì)通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值仿真，結(jié)果顯示：在利用通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行通風(fēng)率實(shí)驗(yàn)標(biāo)定時(shí)，總流量是確定的。而隨著環(huán)境溫度的變化會(huì)對(duì)通風(fēng)率值會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，在22±2℃的溫度變化下的通風(fēng)率變化在0.3%左右；所以需控制好流進(jìn)層流元件的氣流溫度在22±2℃，才不會(huì)對(duì)最終的通風(fēng)率結(jié)果產(chǎn)出很大的影響。不同大氣壓環(huán)境測(cè)得的通風(fēng)率值會(huì)存在一定差異?？偭髁坎煌瑢?duì)通風(fēng)率會(huì)產(chǎn)生一定影響，在17.5層流元件圓形截面層流流量計(jì)在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量特性研究3.2.1.1背景圖SEQ圖\*ARABIC33層流原件模型提高卷煙吸阻和濾棒壓降的測(cè)量準(zhǔn)確性是各個(gè)卷煙生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注和亟待解決的問(wèn)題之一。而以往的研究側(cè)重于煙支密度、濾棒圓周、內(nèi)氣流流量、重量、長(zhǎng)度、硬度與吸阻的關(guān)系，但對(duì)于對(duì)上述研究中所使用的測(cè)量?jī)x器研究的很少，因此本項(xiàng)目擬從流體力學(xué)、操作環(huán)境兩個(gè)方面研究煙草通風(fēng)度檢測(cè)儀中圓形截面層流流量計(jì)在非標(biāo)準(zhǔn)條件導(dǎo)致計(jì)量特性出現(xiàn)的偏差。本文針對(duì)某品牌通風(fēng)度檢測(cè)儀中使用的圓管道層流元件在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行數(shù)值仿真研究。改變環(huán)境壓力，環(huán)境溫度和環(huán)境濕度時(shí)，操作壓力分別取0.7~1.3atm之間13個(gè)值；環(huán)境溫度分別取275K~319K之間的24個(gè)值；環(huán)境濕度分別取10~80%之間的8個(gè)值。3.2.1.2數(shù)值仿真由于氣體可壓縮性比較大，容易被壓縮，所以通常認(rèn)為它是可壓縮的。但是，當(dāng)工程流速不高、壓力變化小的場(chǎng)合，由于氣體于東所引起的密度變化小，故可忽略其壓縮性。在標(biāo)態(tài)下空氣流速等于102m/s時(shí)，不考慮壓縮性所引起的計(jì)算誤差約為2.3%，這在工程計(jì)算中一般可以忽略。在本計(jì)算中，氣體的最大速度為7m/s，因此完全可以忽略氣體的壓縮性。但是由于環(huán)境的變化（壓力、溫度、濕度），會(huì)使得測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值不一致，Rasmussen提出了兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算規(guī)程，通過(guò)擬合(R2=0.999)推導(dǎo)出了簡(jiǎn)化的公式(4-1)和公式(4-2)用來(lái)表示動(dòng)力粘度μ和密度ρ，而這兩個(gè)公式廣泛適用于不同環(huán)境條件下的實(shí)驗(yàn)。(4-1)(4-2)其中：T—溫度；H—濕度；P—壓力；μ—?dú)怏w粘度；ρ—?dú)怏w密度。層流流量計(jì)的測(cè)量原理很簡(jiǎn)單，根據(jù)哈根-泊肅葉定理通過(guò)層流元件的壓力差與流量成正比關(guān)系，得到在層流管道中兩端壓力損失與管道內(nèi)流體流速的關(guān)系:(4-3)其中：—測(cè)量段兩端的壓力損失；—?jiǎng)恿φ扯?；d—管道直徑；l—測(cè)量段長(zhǎng)度。通過(guò)測(cè)量得到層流元件兩端的壓力差，就能通過(guò)上述公式（4-3）計(jì)算得到管道中的流量。3.2.1.2.1模型的建立與網(wǎng)格的劃分圖SEQ圖\*ARABIC34流體區(qū)域模型建立仿真模型圖34，同時(shí)劃分模型網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)約100萬(wàn)。3.2.1.2.2邊界條件設(shè)置（1）采用Laminar層流模型；（2）進(jìn)出口為速度入口與壓力出口；壓力與速度耦合方式選取SIMPLEC算法；3.2.1.3結(jié)果分析3.2.1.3.1流量大小的影響在標(biāo)況下（壓力101325Pa、溫度22℃、濕度60%），改變通入管道內(nèi)流體的流量（Q=0.408~24.463mL/s），得到圓形截面層流流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果，同時(shí)將測(cè)量值與理論值（由公式3-3計(jì)算得到），表10給出了不同流量下的測(cè)量結(jié)果及理論結(jié)果，同時(shí)得到了測(cè)量的誤差。表SEQ表\*ARABIC10不同流量下壓力測(cè)量值與誤差流量（mL/s）模擬壓力差/pa理論壓力差/pa誤差/%0.4080.160.161.451%0.8150.320.330.331%1.2230.490.490.705%1.6310.650.650.331%2.0390.810.810.555%2.4460.970.980.705%2.8541.131.140.491%3.2621.301.300.611%3.6691.461.470.455%4.0771.621.630.554%8.1543.243.260.449%12.2324.894.890.065%16.3096.586.521.057%17.5007.096.991.437%20.3868.348.142.412%24.46310.169.773.996%圖SEQ圖\*ARABIC35不同流量測(cè)量結(jié)果與理論結(jié)果圖SEQ圖\*ARABIC36不同流量下測(cè)量時(shí)的誤差從圖35與圖36中可以看到，當(dāng)流量0.48<Q＜16.3mL/s時(shí)，層流原件測(cè)量流量的誤差在1%以下；當(dāng)流量在Q>16.3mL時(shí)，測(cè)量流量偏離理論直線，其相對(duì)誤差超過(guò)1%；但當(dāng)在管道流量很小的情況下，測(cè)量的誤差也偏大。層流管道中，充分發(fā)展段的速度在圓管內(nèi)呈拋物面分布，對(duì)于長(zhǎng)度為l的圓管，兩端沿程壓力損失可采用哈根-泊肅葉定律：(4-4)但是由于在層流管道中存在有接頭、測(cè)壓孔等結(jié)構(gòu)的存在，使得管道中流體存在局部的阻力損失，因此上述的壓降公式在流量較大的情況下并不能完全適用，需另外再加一個(gè)局部壓力損失項(xiàng)，則總的壓力損失為：(4-5)其中為粘性系數(shù)，為局部阻力系數(shù)，為測(cè)量段的長(zhǎng)度，為管道中的流量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在小流量下局部壓力損失能忽略，只考慮沿程壓力損失。根據(jù)表10中數(shù)據(jù)得到其擬合曲線為：圖SEQ圖\*ARABIC37標(biāo)況下流量與壓差擬合曲線上圖中給出了標(biāo)況下的流量與壓力的擬合曲線，可以根據(jù)測(cè)量流量的范圍，選取合適的方程求解。在流量小于16.3mL/s時(shí)，采用一次線性方程；當(dāng)流量大于16.3mL/s時(shí)，采用二次曲線方程。但是，由于氣體的粘性系數(shù)與密度受到了環(huán)境因素的影響，環(huán)境溫度、壓力以及濕度的變化影響了氣體粘性系數(shù)和密度，從而進(jìn)一步影響到測(cè)量的流量值。下面分別研究環(huán)境壓力、溫度和濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。3.2.1.3.2環(huán)境壓力的影響改變環(huán)境壓力（壓力取0.7至1.1倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），保持其他參數(shù)不變，進(jìn)行數(shù)值仿真研究，得到在不同環(huán)境壓力條件下的測(cè)量誤差，結(jié)果如表11所示。表SEQ表\*ARABIC11不同大氣壓下的壓力值（單位：Pa）0.7atm0.75atm0.8atm0.85atm0.9atm0.95atm1atm1.05atm1.1atmQ=1mL/s0.400.410.400.400.400.400.400.400.40Q=2mL/s0.790.790.790.790.790.790.790.790.79Q=3mL/s1.191.191.191.191.191.191.191.191.19Q=4mL/s1.591.591.591.591.591.591.591.591.59Q=5mL/s1.991.991.991.991.991.991.991.991.99Q=6mL/s2.382.382.382.382.382.382.382.382.38Q=7mL/s2.782.782.782.782.782.782.782.782.78Q=8mL/s3.183.183.183.183.183.183.183.183.18Q=10mL/s3.973.973.983.983.983.983.983.993.99Q=12mL/s4.774.774.784.784.784.794.794.804.81Q=14mL/s5.575.585.585.595.605.615.625.625.64Q=16mL/s6.386.396.406.416.426.446.456.476.48Q=17.5mL/s6.997.017.027.037.057.077.097.117.13圖SEQ圖\*ARABIC38不同壓力下層流流量計(jì)測(cè)量壓力差圖SEQ圖\*ARABIC39局部放大圖根據(jù)表38與圖39所示顯示，不同的環(huán)境壓力下層流流量計(jì)的壓力與流量的線性關(guān)系會(huì)有一定變化，在17.5ml/s以下的小流量情況下影響不明顯。3.2.1.3.3環(huán)境溫度的影響改變環(huán)境溫度（溫度取15℃~30℃），保持其它環(huán)境參數(shù)不變，對(duì)圓形截面層流流量計(jì)進(jìn)行數(shù)值仿真研究，得到在不同環(huán)境溫度、不同流量條件下的測(cè)量誤差，結(jié)果如下表所示。表SEQ表\*ARABIC12不同環(huán)境溫度下的壓力值（單位：Pa）T=15℃T=17℃T=19℃T=20℃T=21℃T=22℃Q=1mL/s0.390.390.390.400.400.40Q=2mL/s0.780.780.790.790.790.79Q=3mL/s1.171.181.181.191.191.19Q=4mL/s1.561.571.581.581.581.59Q=5mL/s1.951.961.971.981.981.99Q=6mL/s2.342.352.372.372.382.38Q=7mL/s2.732.752.762.772.772.78Q=8mL/s3.123.143.163.163.173.18Q=10mL/s3.913.933.953.963.973.98Q=12mL/s4.714.734.764.774.784.79Q=14mL/s5.525.555.585.595.605.62Q=16mL/s6.356.386.416.426.446.45Q=17.5mL/s6.987.017.047.067.077.09T=23℃T=24℃T=25℃T=27℃T=29℃T=30℃Q=1mL/s0.400.400.400.400.400.41Q=2mL/s0.800.800.800.810.810.81Q=3mL/s1.191.201.201.211.211.22Q=4mL/s1.591.601.601.611.621.62Q=5mL/s1.992.002.002.012.022.03Q=6mL/s2.392.402.402.412.432.43Q=7mL/s2.792.802.802.822.832.84Q=8mL/s3.193.203.213.223.243.24Q=10mL/s3.994.004.014.034.054.06Q=12mL/s4.814.824.834.854.884.88Q=14mL/s5.635.645.665.685.715.72Q=16mL/s6.476.486.506.536.566.56Q=17.5mL/s7.107.127.147.177.207.22圖SEQ圖\*ARABIC40不同環(huán)境溫度、不同流量下的測(cè)量值圖SEQ圖\*ARABIC41局部放大圖由表40以及圖41可清楚看到，溫度變化會(huì)影響層流流量計(jì)壓力與流量之間的線性關(guān)系，并對(duì)通風(fēng)率的計(jì)算產(chǎn)生影響。3.2.1.3.4環(huán)境濕度的影響改變濕度（濕度取10%至90%），其他參數(shù)保持不變，對(duì)層流流量計(jì)進(jìn)行仿真研究，得到在不同濕度條件下的測(cè)量誤差，結(jié)果如表13；圖42所示。表SEQ表\*ARABIC13不同濕度下的壓力測(cè)量值（單位：Pa）RH=10%RH=20%RH=30%RH=40%RH=50%RH=60%RH=70%RH=80%Q=1mL/s0.400.400.400.400.400.400.400.40Q=2mL/s0.790.790.790.790.790.790.790.79Q=3mL/s1.191.191.191.191.191.191.191.19Q=4mL/s1.591.591.591.591.591.591.591.59Q=5mL/s1.991.991.991.991.991.991.991.99Q=6mL/s2.382.382.382.382.382.382.382.38Q=7mL/s2.782.782.782.782.782.782.782.78Q=8mL/s3.183.183.183.183.183.183.183.18Q=10mL/s3.983.983.983.983.983.983.983.98Q=12mL/s4.794.794.794.794.794.794.794.79Q=14mL/s5.625.625.625.625.625.625.625.62Q=16mL/s6.456.456.456.456.456.456.456.45Q=17.5mL/s7.097.097.097.097.097.097.097.09圖SEQ圖\*ARABIC42不同濕度下的測(cè)量誤差為使結(jié)果更加清楚，將其它各個(gè)濕度（RH=10%、20%、30%、40%、50%、70%、80%）下測(cè)量的到的結(jié)果與標(biāo)況下測(cè)量得到的結(jié)果相比較，得到其相對(duì)誤差，結(jié)果如表4.5所示；表SEQ表\*ARABIC14不同濕度下測(cè)量結(jié)果與標(biāo)況（RH=60%）下測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差RH=10%RH=20%RH=30%RH=40%RH=50%RH=70%RH=80%Q=1mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0007%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=2mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=3mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=4mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0003%Q=5mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=6mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=7mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0007%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=8mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0008%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=10mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0007%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=12mL/s0.0016%0.0013%0.0010%0.0005%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=14mL/s0.0015%0.0013%0.0010%0.0007%0.0005%-0.0001%-0.0004%Q=16mL/s0.0015%0.0013%0.0010%0.0007%0.0004%-0.0001%-0.0004%Q=17.5mL/s0.0015%0.0012%0.0010%0.0007%0.0005%-0.0001%-0.0003%根據(jù)表13表14和圖42與中的數(shù)據(jù)得到，在各個(gè)流量下環(huán)境濕度的變化對(duì)輸出結(jié)果的影響很小很??；在一定條件上，可以忽略環(huán)境濕度因素對(duì)測(cè)量精度的影響。3.2.1.4總結(jié)本章采用數(shù)值模擬方法對(duì)層流流量在壓力、溫度、濕度變化時(shí)的體積流量的變化進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：（1）該圓形截面層流流量計(jì)在測(cè)量流量在16mL/s以下的氣體流量時(shí)，仿真結(jié)果與真實(shí)值的誤差小于1%。（2）在實(shí)驗(yàn)中壓力P和溫度T對(duì)流量值有較為明顯的影響；（3）環(huán)境溫度的變化對(duì)圓形截面測(cè)流流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響最明顯。（4）環(huán)境的濕度對(duì)于測(cè)量結(jié)果幾乎沒(méi)有影響，在一定條件下可以忽略環(huán)境濕度這一因素的影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，氣體的密度、粘性系數(shù)與環(huán)境溫度、壓力和濕度有一點(diǎn)的關(guān)系：(4-6)(4-7)其中為粘性系數(shù)，為密度，T、P、H分別表示環(huán)境溫度、壓力與濕度。層流管道中，總的壓降公式為：(4-8)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量Q較小時(shí)，可以將公式（4-8）中的局部壓力損失項(xiàng)可忽略，此時(shí)壓損公式為：(4-9)公式（4-9）中，在管道條件不變的前提下，只與粘性系數(shù)有關(guān)，即只受到了環(huán)境溫度和濕度因素的影響，其關(guān)系表達(dá)式如公式（4-6）所示，環(huán)境壓力的變化基本不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。在流量較大時(shí)，局部壓力損失項(xiàng)不能忽略，因此壓損的計(jì)算公式如公式（4-8）所示，此時(shí)不僅與粘性系數(shù)有關(guān)，而且與流體密度也有關(guān)系，即壓損受到了環(huán)境溫度T，環(huán)境壓力P與濕度H三個(gè)因素的影響。圖4.6與圖4.8中所描述的在不同環(huán)境壓力、溫度下流量與壓降的關(guān)系曲線中，可以看到：當(dāng)流量較小時(shí)，環(huán)境壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較小，只有在流量較大時(shí)，環(huán)境壓力才對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯的影響；而環(huán)境溫度的變化卻時(shí)刻影響著測(cè)量結(jié)果，仿真結(jié)果與理論分析基本吻合。3.2.1.5層流管道的尺寸要求層流管道中當(dāng)雷諾數(shù)時(shí)，壓力與測(cè)量段的壓損會(huì)有一個(gè)比較理想的線性關(guān)系。根據(jù)雷諾數(shù)的計(jì)算公式得到：，則。由于，上述公式可以變?yōu)椋?。可以?jì)算的到其直徑范圍約為：。流體在管道流動(dòng)中，測(cè)量段應(yīng)避免設(shè)置在近入口處，因?yàn)榱黧w在進(jìn)入管道時(shí)，是均勻流入的，但是由于粘性，近壁處產(chǎn)生邊界層，邊界層沿著流動(dòng)方向逐漸向管軸擴(kuò)展，因此沿流動(dòng)方向的各斷面上速度分布不斷改變，經(jīng)過(guò)一段距離l1后，截面上的速度分布才能達(dá)到層流的典型速度分布（速度分布呈拋物線）。把l1稱作為充分發(fā)展段。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)與研究發(fā)現(xiàn)，流體所需的充分發(fā)展段的距離可以用公式來(lái)計(jì)算，這邊采用如下公式來(lái)計(jì)算l1：其中為雷諾數(shù)，最大不超過(guò)500；為管道直徑。根據(jù)上述的公式，將雷諾數(shù)與管徑的最大值代入，可以計(jì)算得到它的充分發(fā)展段的長(zhǎng)度。因此在設(shè)計(jì)和制造測(cè)流管道時(shí)，近入口測(cè)量點(diǎn)的位置必須保證離的距離大于84.2mm。環(huán)境因素對(duì)多孔介質(zhì)元件測(cè)量精度的影響卷煙的通風(fēng)率試驗(yàn)中使用的流量測(cè)量元件因其測(cè)量流量的限制，多采用差壓式流量計(jì)，其中有部分使用多孔介質(zhì)材料為阻力件的流量測(cè)量裝置。圖SEQ圖\*ARABIC43多孔介質(zhì)元件實(shí)物圖3.2.2.1理論分析最早的對(duì)多孔介質(zhì)研究是在滲流力學(xué)中，最早由達(dá)西提出了流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)流體的流量與其水頭損失的關(guān)系式：（5-1）其中Q是滲透流量，A為截面面積，h為水頭損失，L為滲透途徑的長(zhǎng)度。但隨著人們對(duì)多孔介質(zhì)的深入研究發(fā)現(xiàn)，隨著流量的增大，其流量與水力梯度的關(guān)系逐漸偏離了線性關(guān)系。進(jìn)過(guò)幾十年的研究，現(xiàn)在比較公認(rèn)的刻畫(huà)流量與水利梯度的方程為：(5-2)其中，v為流速，A、B為與流體性質(zhì)和多孔介質(zhì)空隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，J為水力梯度，它是水頭損失與滲流長(zhǎng)度的比值（其中h為水頭損失，水頭損失與壓力損失的關(guān)系為：）。在孔隙率與多孔材料的顆粒直徑固定的情況下，研究環(huán)境因素（環(huán)境溫度、壓力、濕度）的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在煙草檢測(cè)器件中，流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)的壓降公式可以認(rèn)為是：(5-3)公式中的系數(shù)表達(dá)公式分別為：，其中△p是壓降，v是速度，A1、A2是系數(shù)，ρ為流體密度，為多孔介質(zhì)厚度，為粘性阻力系數(shù)與C2為慣性阻力系數(shù)。（與C2需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量代入公式中擬合確定。）多孔件的模型如上圖所示，其中圓臺(tái)部分為多孔介質(zhì)部分，它與圓管相連接在一起。測(cè)量點(diǎn)是在其之后的6cm處，整個(gè)測(cè)量段的壓降由三部分組成：多孔介質(zhì)中的壓降；圓管中的沿程壓力損失；由于結(jié)構(gòu)變化造成的局部壓力損失；在上一章中，知道了在充分發(fā)展層流管道中流體的沿程壓力損失公式可以用哈根-泊肅葉定律來(lái)表示：(5-4)由于管道結(jié)構(gòu)變化所引起的的局部壓力損失與流體的動(dòng)能有關(guān)，其表達(dá)式如下：(5-5)所以整個(gè)測(cè)量段內(nèi)的壓降表達(dá)公式為：(5-6)但是，在模型中可以看到，流體通過(guò)多孔介質(zhì)直接進(jìn)入管道中，而哈根-泊肅葉定律只能應(yīng)用于充分發(fā)展的流體中，而充分發(fā)展的流體并不是剛?cè)牍芸诰湍芰⒓葱纬?，此時(shí)需要考慮流體的進(jìn)口效應(yīng)。流體以均勻的速度流入管道后，由于粘性，近壁處產(chǎn)生邊界層，邊界層沿著流動(dòng)方向逐漸向管軸擴(kuò)展，因此沿流動(dòng)方向的各斷面上速度分布不斷改變，經(jīng)過(guò)一段距離l1（這段距離叫做層流起始段）后，截面上的速度分布才能達(dá)到層流的典型速度分布，如圖所示：進(jìn)口段的中心部分為無(wú)粘區(qū)，隨著往下游流動(dòng)，該區(qū)域不斷減小直至邊界層在管軸區(qū)交匯。由于進(jìn)口段中心的速度沿程不斷加速，致使壓降增大產(chǎn)生附加壓降。進(jìn)口段的問(wèn)題很復(fù)雜主要是由于描述進(jìn)口段的N-S方程中的慣性項(xiàng)是不能忽略的，而考慮慣性項(xiàng)的N-S方程式一個(gè)非線性高階偏微分方程，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。關(guān)于進(jìn)口段長(zhǎng)度l1的研究，國(guó)內(nèi)外也有很多的研究，采用以下公式來(lái)計(jì)算：(5-7)其中為進(jìn)口段長(zhǎng)度，為管道直徑，為雷諾數(shù)。進(jìn)口段壓降采用附加壓力降系數(shù)法計(jì)算，層流時(shí)進(jìn)口段效應(yīng)影響的流動(dòng)壓降方程如下：(5-8)其中系數(shù)K=1.25~1.32（可以由實(shí)驗(yàn)確定），為流體密度，為進(jìn)口段長(zhǎng)度，為管道直徑，為雷諾數(shù)。故整個(gè)多孔件壓降測(cè)試中，考慮進(jìn)口效應(yīng)后總的壓降公式為：(5-9)其中：，(5-10)(5-11)(5-12)△p是壓降，v是速度，A1、A2是系數(shù)，ρ為流體密度，為多孔介質(zhì)厚度，為粘性阻力系數(shù)與C2為慣性阻力系數(shù)（需實(shí)驗(yàn)確定），為流體密度，為進(jìn)口段長(zhǎng)度，為管道直徑，為雷諾數(shù)，為測(cè)量段管道總長(zhǎng)度，為局部阻力系數(shù)（需實(shí)驗(yàn)確定）。3.2.2.2數(shù)值仿真根據(jù)實(shí)際的模型，按照1:1的比例關(guān)系，建立仿真模型，如圖44所示，其前段為多孔介質(zhì)部分，后段圓管為流體區(qū)域。圖SEQ圖\*ARABIC44仿真模型在Fluent中有專門(mén)的多孔介質(zhì)模塊如圖5.2所示，其中需要自己設(shè)置計(jì)算相關(guān)的多孔介質(zhì)參數(shù)，粘性阻力系數(shù)(1/α)、慣性阻力系數(shù)（C2）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的速度與壓力的關(guān)系結(jié)果，擬合得到粘性阻力系數(shù)(1/α)與慣性阻力系數(shù)（C2），具體方法如下：通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到壓差相關(guān)于速度的一元二次方程：(5-13)通過(guò)動(dòng)量方程的可以得到壓降與源項(xiàng)的關(guān)系：(5-14)(5-15)則根據(jù)上述關(guān)系式得到：(5-16)(5-17)其中△p是壓降，v是速度，A1、A2是系數(shù)，Si為其一個(gè)源項(xiàng)，ρ為流體密度，△n為多孔介質(zhì)厚度。最后將求得的粘性阻力系數(shù)(1/α)與慣性阻力系數(shù)（C2）寫(xiě)入Fluent軟件中計(jì)算。3.2.2.3結(jié)果分析按照上述的計(jì)算方法，確定fluent計(jì)算中需要的物性參數(shù)，通過(guò)fluent軟件對(duì)整個(gè)多孔介質(zhì)模型進(jìn)行仿真計(jì)算，下面為流量在16mL/s的情況下，多孔介質(zhì)中的速度云圖，速度矢量圖以及壓力云圖。圖SEQ圖\*ARABIC45多孔介質(zhì)中流體的速度云圖（單位：m/s）圖SEQ圖\*ARABIC46多孔介質(zhì)中流體的壓力云圖（單位：Pa）3.2.2.3.1環(huán)境溫度的影響改變環(huán)境溫度（溫度取15℃~30℃），保持其它環(huán)境參數(shù)不變，對(duì)多孔介質(zhì)元件的流量與壓力的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值仿真。結(jié)果如表15和圖47所示：表SEQ表\*ARABIC15不同溫度下壓力流量的壓力差T=15℃T=17℃T=29℃流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.840.862.820.862.810.865.621.725.591.725.561.728.342.568.302.568.262.5611.013.3910.963.3910.913.3913.624.2113.364.2213.504.2216.195.0316.135.0316.025.0418.725.8418.645.8418.565.84T=20℃T=21℃T=22℃流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.800.862.800.862.790.865.551.725.531.725.521.728.242.568.222.568.202.5610.883.3910.863.3910.833.4013.484.2213.454.2213.424.2216.065.0415.995.0415.955.0418.565.8418.495.8518.455.85T=23℃T=24℃T=25℃流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.780.862.770.862.770.865.511.725.491.725.481.728.182.568.162.568.142.5610.813.4010.783.4010.763.4013.394.2213.364.2213.334.2215.925.0415.895.0415.855.0418.415.8518.375.8518.345.86T=27℃T=29℃T=30℃流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.750.862.740.862.730.865.461.725.431.725.421.728.112.568.072.568.052.5610.713.4010.663.4010.643.4013.274.2313.214.2313.184.2315.795.0515.725.0515.695.0518.265.8618.195.8618.155.86圖SEQ圖\*ARABIC47不同溫度下壓力流量曲線從上圖可以看出，隨著環(huán)境溫度的升高，壓力—流量的關(guān)系直線的斜率隨著溫度的升高而增加；在同一流量下，溫度越高，測(cè)量得到的壓力越大；在同一溫度下面，隨著流量的增大，測(cè)量結(jié)果的誤差會(huì)比較明顯。3.2.2.3.2環(huán)境壓力的影響改變環(huán)境壓力（壓力取0.7至1.1倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），保持其他參數(shù)不變，進(jìn)行數(shù)值仿真研究，得到在不同環(huán)境壓力條件下壓力——流量的線性關(guān)系，結(jié)果如表16和圖48所示：表SEQ表\*ARABIC16不同環(huán)境壓力下流量的壓力差0.70atm0.75atm0.80atmQ(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.800.862.800.862.790.865.551.725.551.725.541.728.272.578.262.578.252.5710.963.4210.943.4110.923.4113.614.2613.574.2513.544.2416.225.0916.175.0816.135.0718.805.9118.745.9018.685.890.85atm0.90atm0.95atmQ(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.790.862.790.862.790.865.541.725.531.725.531.728.242.578.232.568.212.5610.893.4110.873.4010.853.4013.514.2413.484.2313.454.2316.095.0616.045.0616.005.0518.625.8818.565.8718.515.861.00atm1.05atm1.10atmQ(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）2.790.862.790.862.790.865.521.725.521.725.511.718.202.568.192.568.182.5610.833.4010.823.3910.793.3913.424.2213.394.2213.354.2115.955.0415.915.0315.875.0218.455.8518.395.8418.345.83圖SEQ圖\*ARABIC48不同環(huán)境壓力下壓力流量曲線從上圖可以看出，隨著環(huán)境壓力的增大，測(cè)量點(diǎn)的壓力—流量直線的斜率會(huì)逐漸增大；在相同流量下，隨著流量的不斷增加，環(huán)境壓力對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響越大，環(huán)境壓力越大測(cè)量壓力也越大。在與環(huán)境溫度的影響相比其環(huán)境壓力的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響沒(méi)有那么顯著。3.2.2.3.3環(huán)境濕度的影響與環(huán)境溫度、壓力相比環(huán)境濕度的改變對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響沒(méi)有那么明顯，在保持環(huán)境溫度、壓力不變的情況下，同時(shí)保持出口流量不變（18mL/s），比較不同環(huán)境濕度下的（10%~90%），距離多孔介質(zhì)5cm處的壓力，結(jié)果如表17和圖49所示：表SEQ表\*ARABIC17不同濕度下的壓力測(cè)量值（單位：Pa）RH(%)流量Q(mL/s)測(cè)量壓力（Pa）10.0%18.455.850020.0%18.455.850030.0%18.455.850040.0%18.455.849950.0%18.455.849960.0%18.455.849970.0%18.455.849980.0%18.455.8499圖SEQ圖\*ARABIC49不同濕度下的測(cè)點(diǎn)壓力從上圖可以看出，隨著環(huán)境濕度的增加，壓力逐漸減小。但是其壓力的變化的范圍很小，整個(gè)變化范圍只有0.00001Pa；與其他兩個(gè)因素相比較，環(huán)境濕度的變化對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響很小，在一定程度上可以忽略濕度的對(duì)結(jié)果的影響。3.2.2.4小結(jié)本章采用數(shù)值模擬方法對(duì)多孔介質(zhì)在環(huán)境壓力、溫度、濕度變化時(shí)的體積流量的變化進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：（1）在實(shí)驗(yàn)中壓力P和溫度T對(duì)流量值有較為明顯的影響；（2）環(huán)境溫度的變化對(duì)圓形截面測(cè)流流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響最明顯，其次是環(huán)境壓力，而環(huán)境濕度的變化對(duì)整個(gè)結(jié)果幾乎沒(méi)有影響。（3）所以為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，要控制環(huán)境溫度范圍和測(cè)量時(shí)的大氣壓在一定范圍內(nèi)，而環(huán)境濕度因素在一定條件下可以不考慮。（4）由在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)有部分雜質(zhì)、灰塵等混入多孔介質(zhì)中，導(dǎo)致了其空隙率等一系列多孔介質(zhì)基本屬性的變化，使得測(cè)量時(shí)候的流量、壓力的線性關(guān)系發(fā)生改變，因此需要對(duì)使用過(guò)后的多孔介質(zhì)材料的流量、壓力線性關(guān)系曲線進(jìn)行重新標(biāo)定，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。

通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)分析及采集研究通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)組成分析本章主要通過(guò)采集儀器中的開(kāi)始測(cè)量和結(jié)束測(cè)量的觸發(fā)信號(hào)以及傳感器的信號(hào)值，通過(guò)信號(hào)的采集分析測(cè)量過(guò)程。儀器A過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器A的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是setra微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為25PA，測(cè)量精度為1%，輸出為0-5V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器A所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC50電路板實(shí)物圖示波器表筆連接電磁閥觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖51所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥控制乳膠管閉合時(shí)間持續(xù)時(shí)間大約11.6s。圖SEQ圖\*ARABIC51電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖儀器B過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器C的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是ASHCROFT微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為25PA，測(cè)量精度為1%，輸出為0-10V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器C所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC52電路板實(shí)物圖示波器表筆連接觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖53所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥控制乳膠管閉合時(shí)間持續(xù)時(shí)間大約6s。圖SEQ圖\*ARABIC53電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖儀器C過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器C的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是ASHCROFT微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為0.1inWC，測(cè)量精度為1%，輸出為0-5V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器C所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC54電路板實(shí)物圖示波器表筆連接觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖55所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥控制乳膠管閉合時(shí)間持續(xù)時(shí)間大約10s。圖SEQ圖\*ARABIC55電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖儀器D過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器D的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是MKS微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為0.2cmWC，測(cè)量精度為1%，輸出為0-5V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器D所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC56電路板實(shí)物圖示波器表筆連接觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖57所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥信號(hào)從乳膠管張開(kāi)到閉合再到張開(kāi)是24V-0V的電壓變化，其中0V持續(xù)時(shí)間大約4s。圖SEQ圖\*ARABIC57電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖儀器E過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器E的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是SETRA微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為25Pa，測(cè)量精度為1%，輸出為0-5V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器E所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC58電路板實(shí)物圖示波器表筆連接觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖59所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥控制乳膠管閉合時(shí)間持續(xù)時(shí)間大約3.6s。圖SEQ圖\*ARABIC59電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖儀器F過(guò)程信號(hào)組成分析分析儀器F的工作原理，該儀器測(cè)量通風(fēng)率采用的是SETRA微壓傳感器。該型號(hào)的檢測(cè)器測(cè)量范圍為25Pa，測(cè)量精度為1%，輸出為0-5V的直流電壓。傳感器向儀器單片機(jī)發(fā)送測(cè)得的壓力變化對(duì)應(yīng)的電壓值，由單片機(jī)進(jìn)行修正，處理得到對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。儀器F所采用的傳感器連續(xù)不斷的通過(guò)并口向外發(fā)數(shù)據(jù)，而實(shí)際需要的是乳膠管閉合后到再次打開(kāi)這段時(shí)間的傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)電路原理圖，可知主控板控制真空電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)去乳膠管的開(kāi)閉。對(duì)應(yīng)的pcb電路板位置如下圖所示。圖SEQ圖\*ARABIC60電路板實(shí)物圖示波器表筆連接觸發(fā)信號(hào)線，獲得信號(hào)幅值及周期，以確定后續(xù)采集模塊技術(shù)需求。如圖61所示，測(cè)得在完成一次通風(fēng)率測(cè)量過(guò)程中真空電磁閥控制乳膠管閉合時(shí)間持續(xù)時(shí)間大約5s。圖SEQ圖\*ARABIC61電磁閥電信號(hào)示波器采樣圖通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)采集平臺(tái)搭建NI多功能測(cè)量系統(tǒng)介紹根據(jù)對(duì)各檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)的分析，采用NI多功能測(cè)量系統(tǒng)對(duì)各儀器電機(jī)信號(hào)和檢測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行采集，進(jìn)一步研究試樣在測(cè)量過(guò)程中檢測(cè)器輸出的實(shí)時(shí)值。所用的功能模塊主要包括：Lebview開(kāi)發(fā)軟件、PXI機(jī)箱、示波器模塊、組隔離多功能數(shù)采模塊、高速多功能數(shù)采模塊、工業(yè)相機(jī)接口模塊和圖像采集處理模塊。利用基于軟件的模塊化儀器，既實(shí)現(xiàn)儀器級(jí)別的高精高速測(cè)量，更為重要的是可以根據(jù)需要進(jìn)行任意自定義的開(kāi)發(fā)。Lebview開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量系統(tǒng)的軟件工具。LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了測(cè)量系統(tǒng)快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，是各模塊組合應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)。PXI機(jī)箱機(jī)箱包括NIPXIe-8135RT處理模塊和NIPXIe-1085機(jī)箱。NIPXIe-8135RT處理模塊配置有高帶寬PXIExpress嵌入式控制器，具有高達(dá)8GB/s的系統(tǒng)帶寬和2GB/s的插槽帶寬；NIPXIe-1085機(jī)箱帶有16個(gè)混合插槽，1個(gè)PXIExpress系統(tǒng)定時(shí)插槽，每插槽高達(dá)4GB/s的專用帶寬，12GB/s的系統(tǒng)帶寬。該機(jī)箱確保各檢測(cè)模塊和和處理模塊實(shí)現(xiàn)高速通訊。示波器模塊示波器模塊采用的是NIPXIE-5122套件，可以實(shí)現(xiàn)100MS/s的實(shí)時(shí)采樣，2.0GS/s的等效時(shí)段采樣，用于采集信號(hào)處理前檢測(cè)器輸出的模擬信號(hào)。組隔離多功能數(shù)采模塊組隔離多功能數(shù)采模塊采用的是NIPXI-6528套件，包含24路通道間光隔離漏極/源極輸入(±60VDC)，用于采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中幅值高于5V的電平信號(hào)。高速多功能數(shù)采模塊高速多功能數(shù)采模塊采用的是NIPXIE-6368套件，包含48條數(shù)字I/O線(其中32條為10MHZ硬件定時(shí)線)，4路32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，針對(duì)PWM、編碼器、頻率、事件計(jì)數(shù)。用于采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的并口輸出信號(hào)和記錄脈沖個(gè)數(shù)。通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備數(shù)采系統(tǒng)硬件組成根據(jù)前一節(jié)對(duì)于各家通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)的分析，利用NI多功能測(cè)量系統(tǒng)采集儀器A過(guò)程數(shù)據(jù)所需要用到的模塊為：Lebview開(kāi)發(fā)軟件、PXI機(jī)箱、高速多功能數(shù)采模塊和組隔離多功能數(shù)采模塊。真空電池閥信號(hào)為12V或24V的高電平信號(hào)，利用組隔離多功能數(shù)采模塊采集真空電池閥信號(hào)變化來(lái)控制傳感器信號(hào)采集的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；傳感器輸出0-5V的直流電壓信號(hào)，可以通過(guò)高速多功能數(shù)采模塊采集；再通過(guò)Lebview軟件設(shè)計(jì)采集傳感器的輸出信號(hào)，并使之采樣平率為100HZ。圖62為儀器A數(shù)采模塊組成。圖SEQ圖\*ARABIC62儀器A數(shù)采模塊組成通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備過(guò)程信號(hào)采集分析儀器A過(guò)程信號(hào)采集將標(biāo)準(zhǔn)棒和試樣放入測(cè)頭呢，運(yùn)行儀器A，在重復(fù)性模式下和料斗進(jìn)樣模式下進(jìn)行測(cè)量，真空閥信號(hào)和傳感器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖63所示。圖SEQ圖\*ARABIC63儀器A標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC64儀器A標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC65儀器A煙支測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖63所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒和實(shí)物煙支的電壓曲線變化說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)棒和樣品在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中傳感器檢測(cè)到的壓力變化基本一致；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值會(huì)趨于穩(wěn)定，在穩(wěn)定時(shí)段傳感器輸出電壓波動(dòng)對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率計(jì)算值的波動(dòng)不到1%。儀器B過(guò)程信號(hào)采集將標(biāo)準(zhǔn)棒和試樣放入測(cè)頭呢，運(yùn)行儀器A，在重復(fù)性模式下和料斗進(jìn)樣模式下進(jìn)行測(cè)量，真空閥信號(hào)和傳感器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖66所示。圖SEQ圖\*ARABIC66儀器B標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC67儀器B標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC68儀器B煙支測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖表所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒和實(shí)物煙支的電壓曲線變化說(shuō)明經(jīng)過(guò)一定時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值會(huì)趨于穩(wěn)定，在煙支測(cè)量時(shí)傳感器穩(wěn)定時(shí)間不到2秒，標(biāo)準(zhǔn)棒持續(xù)抽吸時(shí)大約在3秒后穩(wěn)定。穩(wěn)定時(shí)段的電壓波動(dòng)在經(jīng)過(guò)一定數(shù)據(jù)處理后對(duì)應(yīng)的通風(fēng)度值波動(dòng)可以達(dá)到1%以內(nèi)。儀器C過(guò)程信號(hào)采集將標(biāo)準(zhǔn)棒和試樣放入測(cè)頭呢，運(yùn)行儀器A，在重復(fù)性模式下和料斗進(jìn)樣模式下進(jìn)行測(cè)量，電機(jī)信號(hào)和檢測(cè)器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖69所示。圖SEQ圖\*ARABIC69儀器C標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC70儀器C標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC71儀器C煙支測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖表所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒和實(shí)物煙支的電壓曲線變化說(shuō)明經(jīng)過(guò)不到1秒時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值就會(huì)趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)段的電壓波動(dòng)在經(jīng)過(guò)一定數(shù)據(jù)處理后對(duì)應(yīng)的通風(fēng)度值波動(dòng)可以達(dá)到1%以內(nèi)。根據(jù)圖71所展示，可以判斷儀器C具備直接測(cè)量濾嘴通風(fēng)，紙通風(fēng)和總通風(fēng)的功能。儀器D過(guò)程信號(hào)采集將試樣放置在夾持器上，運(yùn)行儀器D，在重復(fù)性模式下進(jìn)行測(cè)量，電磁閥信號(hào)和傳感器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖72所示。圖SEQ圖\*ARABIC72儀器D標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC73儀器D標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC74儀器D煙支測(cè)試濾嘴通風(fēng)率傳感器輸出數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC75儀器D煙支測(cè)試紙通風(fēng)率傳感器輸出數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖表所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒和實(shí)物煙支的電壓曲線變化說(shuō)明經(jīng)過(guò)超過(guò)3秒時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值才會(huì)趨于相對(duì)穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)段的電壓波動(dòng)較大。根據(jù)圖74、75所展示，儀器D兩個(gè)傳感器在測(cè)量過(guò)程中輸出信號(hào)干擾比較大，需要對(duì)信號(hào)濾波后再進(jìn)行通風(fēng)率值。儀器E過(guò)程信號(hào)采集將試樣放置在夾持器上，運(yùn)行儀器E，在重復(fù)性模式下進(jìn)行測(cè)量，電磁閥信號(hào)和傳感器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖76所示。圖SEQ圖\*ARABIC76儀器E標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC77儀器E標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC78儀器E煙支測(cè)試紙通風(fēng)率傳感器輸出數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖76所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒的電壓曲線變化說(shuō)明儀器校準(zhǔn)經(jīng)過(guò)不到1秒時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值就會(huì)趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)段的電壓波動(dòng)在經(jīng)過(guò)一定數(shù)據(jù)處理后對(duì)應(yīng)的通風(fēng)度值波動(dòng)可以達(dá)到1%以內(nèi)。根據(jù)圖78所展示，可以判斷儀器C在測(cè)量實(shí)物時(shí)傳感器大于在1秒時(shí)穩(wěn)定。儀器F過(guò)程信號(hào)采集將試樣放置在夾持器上，運(yùn)行儀器E，在重復(fù)性模式下進(jìn)行測(cè)量，電磁閥信號(hào)和傳感器輸出信號(hào)同時(shí)采集并傳輸至NIPXIe-8135RT處理模塊；一個(gè)測(cè)量周期檢測(cè)器所測(cè)的過(guò)程數(shù)據(jù)曲線如圖79所示。圖SEQ圖\*ARABIC79儀器F標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓完整數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC80儀器F標(biāo)準(zhǔn)棒A測(cè)試過(guò)程電壓穩(wěn)定段數(shù)據(jù)曲線圖SEQ圖\*ARABIC81儀器F煙支測(cè)試紙通風(fēng)率傳感器輸出數(shù)據(jù)曲線根據(jù)圖79所展示的標(biāo)準(zhǔn)棒和實(shí)物煙支的電壓曲線變化說(shuō)明經(jīng)過(guò)不到1秒時(shí)間傳感器測(cè)得壓力值就會(huì)趨于穩(wěn)定，根據(jù)圖81所展示，可以判斷儀器C在測(cè)量實(shí)物時(shí)傳感器大于在1秒時(shí)穩(wěn)定，同時(shí)判斷儀器C具備直接測(cè)量濾嘴通風(fēng)，紙通風(fēng)和總通風(fēng)的功能。

通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備試樣測(cè)試比對(duì)針對(duì)本項(xiàng)目研究的英國(guó)斯茹林公司的QTM5C、測(cè)試單元和C2綜合測(cè)試臺(tái)的通風(fēng)率測(cè)量單元，法國(guó)索定公司SODIMAX綜合測(cè)試臺(tái)的PDV通風(fēng)率檢測(cè)單元，博瓦特凱希公司的DT-PV+通風(fēng)率單機(jī)測(cè)量?jī)x，歐美利華的OM-VL綜合測(cè)試臺(tái)的通風(fēng)率檢測(cè)量單元、瑞拓的DR通風(fēng)率檢測(cè)量單元。首先通過(guò)大量的試品分析各通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備測(cè)量差異。（1）實(shí)驗(yàn)試樣連續(xù)生產(chǎn)的。（a）卷煙：二類常規(guī)硬包、一類常規(guī)軟包；（2）實(shí)驗(yàn)方案（a）調(diào)整通風(fēng)率測(cè)頭測(cè)量高度；（b）用22.96%和40.2%的標(biāo)準(zhǔn)棒對(duì)各臺(tái)儀器進(jìn)行標(biāo)定，并驗(yàn)證所有標(biāo)準(zhǔn)棒；（c）在儀器A、B、C、D、E分別進(jìn)行6組試樣，每組30支；（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)每臺(tái)儀器連續(xù)測(cè)量6組，每組試樣設(shè)定為30支，取各組的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。各組平均值見(jiàn)表18所示。各儀器測(cè)量各牌號(hào)試樣的均值見(jiàn)圖82。表SEQ表\*ARABIC18不同儀器測(cè)量不同牌號(hào)試樣的組測(cè)量均值儀器A儀器B儀器C儀器D儀器E溫度22℃濕度60%工前22.97%23.20%22.86%22.89%22.70%工畢23.25%23.28%23.02%22.72%22.60%硬包131.60%31.80%30.70%33.79%30.79%231.50%32.50%31.00%32.87%31.87%331.60%32.10%31.70%32.70%30.00%431.60%32.80%30.90%31.90%30.90%531.40%32.40%31.80%31.80%30.80%631.50%33.50%32.10%33.10%32.10%平均值31.53%32.52%31.37%32.69%31.08%軟包133.10%35.10%32.76%32.67%32.37%232.60%34.60%32.97%32.20%32.15%332.90%34.90%34.10%34.10%32.10%432.80%34.20%33.20%34.20%31.20%533.00%34.00%33.00%35.00%33.00%632.70%34.70%33.70%33.70%31.70%平均值32.85%34.58%33.29%33.65%32.09%圖SEQ圖\*ARABIC82不同儀器測(cè)量試樣均值分布（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論儀器A、B、C、D、E5種儀器測(cè)試總通風(fēng)率時(shí)結(jié)果存在一定差異。

通風(fēng)率影響因素分析及研究通風(fēng)率影響因素分析和標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)搭建通風(fēng)率影響因素分析GB22838.15-2009《卷煙通風(fēng)的測(cè)定定義和測(cè)量原理》中對(duì)通風(fēng)率的規(guī)定：通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備通過(guò)測(cè)頭中乳膠管閉合可以將煙支分隔在不同獨(dú)立的通風(fēng)室，底部接抽吸管路，CFO產(chǎn)生一個(gè)恒定的17.5ml/s的抽吸流量作用在煙支濾嘴端，測(cè)頭中通風(fēng)室產(chǎn)生一個(gè)氣流經(jīng)層流元件，通過(guò)測(cè)量管路和壓力傳感器測(cè)得壓力值，通過(guò)校準(zhǔn)換算就可以得到相應(yīng)的通風(fēng)率值。式中：V——總通風(fēng)率，%；——濾嘴通風(fēng)率，%；——紙通風(fēng)率，%；Q——總氣流量，17.5mL/s；——濾嘴氣流量，mL/s；——紙氣流量，mL/s；可以從以下方面對(duì)通風(fēng)率測(cè)量的影響因素展開(kāi)分析：校準(zhǔn)方式標(biāo)準(zhǔn)棒對(duì)儀器校準(zhǔn)過(guò)程產(chǎn)生較大影響，可能引入誤差。測(cè)量系統(tǒng)誤差通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)誤差主要由傳感器和層流元件組成，分析主要誤差的來(lái)源。測(cè)頭測(cè)頭的結(jié)構(gòu)目前存在兩段式乳膠管和三段式乳膠管，不同的測(cè)頭測(cè)量得總通風(fēng)可能是直接測(cè)量或疊加，可能測(cè)試結(jié)果會(huì)存在差異。CFOCFO產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)17.5mL/s的流量，流量的改變可能對(duì)測(cè)試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。抽吸管路壓降抽吸管路從CFO前端開(kāi)始通到大氣，抽吸管路壓降會(huì)導(dǎo)致17.5mL/s流量的變化，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。測(cè)量管路壓降測(cè)量管路從傳感器前端開(kāi)始通到大氣，測(cè)量管路壓降會(huì)對(duì)測(cè)量狀態(tài)產(chǎn)生擾動(dòng)導(dǎo)致結(jié)果變化。保留時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)棒或樣品的抽吸過(guò)程中氣流逐步趨于穩(wěn)定，不同的保留時(shí)間測(cè)得的數(shù)值可能有差異。溫度機(jī)箱內(nèi)的溫度可能對(duì)氣流的變化和傳感器的影響導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的變化。標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)搭建根據(jù)對(duì)于通風(fēng)率測(cè)量的影響因素的分析，對(duì)每一個(gè)因素單獨(dú)展開(kāi)研究，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)平臺(tái)可以獨(dú)立控制，既符合測(cè)量原理，同時(shí)可以對(duì)每一個(gè)影響因素可以單獨(dú)調(diào)節(jié)的平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖83所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可更換CFO，層流元件，可調(diào)節(jié)抽吸管路和測(cè)量管路壓降，本身線路簡(jiǎn)單，壓降小操作性維護(hù)性強(qiáng)。將正壓接入平臺(tái)中，負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓，通過(guò)各個(gè)閥的開(kāi)關(guān)可進(jìn)行放入樣品，標(biāo)準(zhǔn)棒，等待，抽吸，結(jié)束，排出等一系列過(guò)程，壓降調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)抽吸管路和測(cè)量管路壓降，可通過(guò)微差壓傳感器通過(guò)測(cè)量點(diǎn)持續(xù)觀測(cè)各點(diǎn)位壓降，進(jìn)行采集。本項(xiàng)目中，校準(zhǔn)方式、抽吸管路壓降、測(cè)量管路壓降，保留時(shí)間的研究都需要通過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)完成。圖SEQ圖\*ARABIC83通風(fēng)率實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理圖1CFO（可更換）2層流元件（可更換）3傳感器測(cè)量點(diǎn)4抽吸管路壓降測(cè)量點(diǎn)5測(cè)量管路壓降測(cè)量點(diǎn)6抽吸管路壓降調(diào)節(jié)閥7測(cè)量管路壓降調(diào)節(jié)閥8真空發(fā)生器通風(fēng)率影響因素研究校準(zhǔn)方式研究標(biāo)準(zhǔn)棒是通風(fēng)率檢測(cè)設(shè)備的溯源件，標(biāo)準(zhǔn)棒的標(biāo)定值將影響儀器校準(zhǔn)過(guò)程。GB22838.15-2009《卷煙通風(fēng)的測(cè)定定義和測(cè)量原理》和JJG（煙草）01《卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)檢定規(guī)程》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)棒的準(zhǔn)確度不小于2%，根據(jù)目前在用的標(biāo)準(zhǔn)棒的加工精度都滿足以上條件，法定計(jì)量部門(mén)能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行計(jì)量確認(rèn)。6.2.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠捎趦x器之間校準(zhǔn)方式存在差異，目前存在用標(biāo)準(zhǔn)棒校準(zhǔn)和儀器自校準(zhǔn)兩種方式，本小節(jié)主要研究不同校準(zhǔn)方式對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。6.2.1.2實(shí)驗(yàn)試樣通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒一套。6.2.1.3實(shí)驗(yàn)步驟首先用電磁閥切換使17.5mL/s的流量通過(guò)層流元件，記錄傳感器數(shù)值；將100%標(biāo)準(zhǔn)棒（阻值1000Pa）放入測(cè)頭，進(jìn)行抽吸，記錄傳感器數(shù)值；將標(biāo)準(zhǔn)棒A、B分別放入測(cè)頭，進(jìn)行抽吸，記錄傳感器數(shù)值。數(shù)據(jù)處理，比較不同校準(zhǔn)方式下標(biāo)準(zhǔn)棒A、B的通風(fēng)率數(shù)值差異6.2.1.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表SEQ表\*ARABIC19不同校準(zhǔn)方式層流元件壓降校準(zhǔn)方式標(biāo)準(zhǔn)棒層流元件壓降/Pa自校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)棒校準(zhǔn)100%5.935.84標(biāo)棒A2.322.32標(biāo)棒B1.361.366.2.1.5數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)棒抽吸時(shí)層流元件的壓降值除以100%氣流通過(guò)層流元件的壓降值就是對(duì)應(yīng)的通風(fēng)率值。表SEQ表\*ARABIC20不同校準(zhǔn)方式通風(fēng)率標(biāo)準(zhǔn)棒校準(zhǔn)方式自校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)棒校準(zhǔn)標(biāo)棒A39.10%39.70%標(biāo)棒B22.93%23.30%6.2.1.6結(jié)論實(shí)驗(yàn)表明，不同校準(zhǔn)方式對(duì)測(cè)試結(jié)果的會(huì)產(chǎn)生影響。傳感器研究6.2.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究各通風(fēng)率儀壓力傳感器的計(jì)量特性，驗(yàn)證壓力傳感器準(zhǔn)確度是否滿足1%F.S.的要求。6.2.2.2實(shí)驗(yàn)原理圖 實(shí)驗(yàn)原理圖如圖84所示。將setra869、fluke臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表和電腦連接。圖SEQ圖\*A