皮托管介紹

1. 測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)

1.1 測(cè)量原理

  皮托靜壓管（以下簡(jiǎn)稱皮托管）是由一個(gè)垂直在支桿上的圓筒形流量頭組成的管狀裝置。本裝置在側(cè)壁周圍有一些靜壓孔, 頂端有一個(gè)迎流的全壓孔。它能測(cè)出差壓，并根據(jù)差壓確定流場(chǎng)中某處的流速，由流速與面積的乘積計(jì)算出流量。

  皮托管的測(cè)量原理是基于伯努利方程在空氣中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，如圖1所示。當(dāng)理想流體均勻的平行流向靜止物體時(shí)，設(shè)想其中一條流線撞在物體上（即圖1中的A點(diǎn)），在此處流體發(fā)生分岔，A點(diǎn)稱為滯止或駐點(diǎn)，A點(diǎn)的流速為零，V_A＝0。

圖1 皮托管靜壓管原理結(jié)構(gòu)圖

  如果我們選擇兩個(gè)截面Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅰ截面流動(dòng)沒(méi)有受到任何的影響，流束是平行的，流速形成規(guī)則的速度分布，截面上各點(diǎn)的靜壓力相等。Ⅱ－Ⅱ截面流動(dòng)受到影響，流束密集，流速加快，靜壓降低。則兩個(gè)面上的伯努利方程為 （1）

式中：－Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ區(qū)間的流體阻力系數(shù)，這里可以不考慮即：＝0；

— 流體密度，因?yàn)槭蔷鶆虻?/p>

K－速度分布不均勻系數(shù)，這里可設(shè)K₁＝K₂＝1；

P－兩個(gè)截面的靜壓力；

V－兩個(gè)截面的流速，V₂＝V_A＝0。

整理得到公式為：

（2）

式中：P₂－總壓力（因?yàn)閯?dòng)壓為零）；

P₁－靜壓力。

如圖1所示，若在物體B點(diǎn)開(kāi)一個(gè)孔，由于均勻流場(chǎng)中靜壓力相等，則 P₁＝P_B＝P₀；令P₂＝P₁，V₁＝V，公式（2）就變成為

（3）

_（4）

式中：P-P₀實(shí)際上是流場(chǎng)中某一點(diǎn)流體的動(dòng)壓力P。

1.2 皮托管結(jié)構(gòu)

  皮托管的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示,當(dāng)一臺(tái)差壓計(jì)兩端分別與總壓管和靜壓管連接,這樣差壓計(jì)上就可以顯示出動(dòng)壓值來(lái)。

_{圖2 皮托管靜壓管結(jié)構(gòu)}

  圖2是一般皮托管的結(jié)構(gòu),為了能看清楚把兩端放大。如圖中可以看到皮托管外形是一個(gè)直角彎折的金屬管，與管軸平行安置的直角邊是測(cè)頭，其頂端有一個(gè)總壓孔，在其側(cè)壁有若干個(gè)靜壓孔?？倝嚎着c靜壓孔不相通，分別用導(dǎo)壓管引出，從靜壓孔至總壓孔稱為鼻端。直角的另一邊稱為支桿，引出總壓孔和靜壓孔的接頭以便與微壓計(jì)相連。其上有定向桿，指示鼻端方向。測(cè)量總壓力的管子叫皮托管；測(cè)量靜壓力的管子叫靜壓管。實(shí)際上常用的形狀都是皮托管和靜壓管的組合，而且多數(shù)使用實(shí)驗(yàn)系數(shù)近似為1的形狀，也就是標(biāo)準(zhǔn)推薦的GETIAT型（錐形頭），AMCA型（球形頭）MPL型（橢圓形頭）三種，如圖3所示，皮托管各部分的結(jié)構(gòu)要求如下。

圖3

a.  皮托管的支桿直徑應(yīng)與測(cè)頭直徑相同，其長(zhǎng)度不能短于測(cè)頭的長(zhǎng)度；支桿尾端的定向桿應(yīng)與測(cè)頭平行。

b.         測(cè)頭與支桿的平角應(yīng)為90±2°,彎折處的曲率半徑為（2.5～3.5）d,并應(yīng)圓滑,不得有皺折和明顯變扁等現(xiàn)象。

c.         總壓孔應(yīng)位于測(cè)頭橫截面的中心，總壓孔的直徑d為（0.1～0.4）d,并不得小于1mm其邊緣不應(yīng)不倒角、毛刺等。

d.         靜壓孔的位置與總壓孔的距離應(yīng)不小于4d，與支桿相距應(yīng)不應(yīng)小于8d；靜壓孔的數(shù)目不少于4個(gè)，并均勻地分布在橫截面的圓周上。靜壓孔的直徑為0.5～1.0mm,孔的邊緣要求與總壓孔相同。

e.         總壓孔與總壓管，靜壓孔與靜壓管，均應(yīng)通暢不堵塞。

f.         總壓管與總壓接頭，靜壓管與靜壓接頭之間，各焊縫處應(yīng)不漏氣。

g.         皮托管測(cè)頭的直徑d應(yīng)為4～15mm，長(zhǎng)度為12～25d，而且外表面應(yīng)光潔，接縫處應(yīng)平整，不得有裂痕、劃傷、凹凸不平等缺陷，不得有銹蝕，鍍層起泡或脫落等現(xiàn)象。

h.         校準(zhǔn)系數(shù)應(yīng)在0.99 ～1.01之間。

i.              在空氣流速不超過(guò)40m/s的水流速度不超過(guò)2.5m/s的情況下,由皮托管給出的校準(zhǔn)系數(shù)其準(zhǔn)確度1%。

2. 安裝及使用

2.1使用范圍

2.1.1流體性質(zhì):用皮托管進(jìn)行流量測(cè)量的流體,應(yīng)是連續(xù)的單相流體或是具有與單相流體相類似的流體。如果是液體,則應(yīng)該是牛頓流體,流動(dòng)時(shí)應(yīng)沒(méi)有橫向速度梯度。

2.1.2皮托管一般常用的流速為5～30m/s,不能使用于馬赫數(shù)約大于0.8的流體,而且為了得到佳的準(zhǔn)確度,應(yīng)在皮托管使用條件下進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)馬赫數(shù)在0.9～1.0之間,大多數(shù)皮托管出現(xiàn)不規(guī)性,不能用以進(jìn)行測(cè)量。

2.1.3皮托管的d/D不允許大到0.04,當(dāng)d/D在0.02～0.04時(shí)需對(duì)阻塞影響和速度梯度進(jìn)行修正,在高流速場(chǎng)合應(yīng)避免皮托管的振動(dòng)。

2.1.4皮托管安裝示意圖（見(jiàn)圖4）

圖4

2.1.5應(yīng)用皮托管測(cè)流量時(shí)等面積劃分測(cè)點(diǎn)示意圖（見(jiàn)圖5）

圖5

2.2用皮托管測(cè)速時(shí)注意事項(xiàng)

a.    皮托管測(cè)量頭的軸線與管壁的距離不得小于測(cè)頭直徑。

b.    皮托管的位置應(yīng)測(cè)準(zhǔn)到下列兩個(gè)允差中的較小者。±0.005x,其中x是平行于皮托管定位方向的管道尺寸；±0.005y，其中y是皮托管到近管壁的距離。

c.    矩形橫截面測(cè)量點(diǎn)的小數(shù)目為25，測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)根據(jù)平行于各管壁的五 條直線的交叉點(diǎn)來(lái)確定，若采用算術(shù)法計(jì)算軸向平均速度測(cè)點(diǎn)分布按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

d.     圓形橫截面的各測(cè)點(diǎn)應(yīng)被設(shè)置在同心圓上，在橫截面上至少為兩個(gè)相互正交的直徑上，每個(gè)半徑上至少3點(diǎn)，因而在一個(gè)截面中至少有12個(gè)測(cè)點(diǎn)。

e.    使用皮托管定期檢驗(yàn)、標(biāo)定。

2.3使用前的檢查

  皮托管使用前應(yīng)檢查總壓孔和靜壓孔以及它們的連接是否有堵塞,皮托管內(nèi)部總壓和靜壓腔室之間是否有泄漏。另外還要檢查是否有變形和鼻部損傷等。測(cè)量頭應(yīng)垂直于支桿，與壓力計(jì)連接的導(dǎo)壓管應(yīng)盡量短，并要求密封。壓力的阻尼要對(duì)稱和線性，皮托管應(yīng)清潔。