皮托管介绍

1. 测量原理和结构

1.1 测量原理

  皮托静压管（以下简称皮托管）是由一个垂直在支杆上的圆筒形流量头组成的管状装置。本装置在侧壁周围有一些静压孔, 顶端有一个迎流的全压孔。它能测出差压，并根据差压确定流场中某处的流速，由流速与面积的乘积计算出流量。

  皮托管的测量原理是基于伯努利方程在空气中应用的一个实例，如图1所示。当理想流体均匀的平行流向静止物体时，设想其中一条流线撞在物体上（即图1中的A点），在此处流体发生分岔，A点称为滞止或驻点，A点的流速为零，V_A＝0。

图1 皮托管静压管原理结构图

  如果我们选择两个截面Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅰ截面流动没有受到任何的影响，流束是平行的，流速形成规则的速度分布，截面上各点的静压力相等。Ⅱ－Ⅱ截面流动受到影响，流束密集，流速加快，静压降低。则两个面上的伯努利方程为 （1）

式中：－Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ区间的流体阻力系数，这里可以不考虑即：＝0；

— 流体密度，因为是均匀的

K－速度分布不均匀系数，这里可设K₁＝K₂＝1；

P－两个截面的静压力；

V－两个截面的流速，V₂＝V_A＝0。

整理得到公式为：

（2）

式中：P₂－总压力（因为动压为零）；

P₁－静压力。

如图1所示，若在物体B点开一个孔，由于均匀流场中静压力相等，则 P₁＝P_B＝P₀；令P₂＝P₁，V₁＝V，公式（2）就变成为

（3）

_（4）

式中：P-P₀实际上是流场中某一点流体的动压力P。

1.2 皮托管结构

  皮托管的原理结构如图2所示,当一台差压计两端分别与总压管和静压管连接,这样差压计上就可以显示出动压值来。

_{图2 皮托管静压管结构}

  图2是一般皮托管的结构,为了能看清楚把两端放大。如图中可以看到皮托管外形是一个直角弯折的金属管，与管轴平行安置的直角边是测头，其顶端有一个总压孔，在其侧壁有若干个静压孔。总压孔与静压孔不相通，分别用导压管引出，从静压孔至总压孔称为鼻端。直角的另一边称为支杆，引出总压孔和静压孔的接头以便与微压计相连。其上有定向杆，指示鼻端方向。测量总压力的管子叫皮托管；测量静压力的管子叫静压管。实际上常用的形状都是皮托管和静压管的组合，而且多数使用实验系数近似为1的形状，也就是标准推荐的GETIAT型（锥形头），AMCA型（球形头）MPL型（椭圆形头）三种，如图3所示，皮托管各部分的结构要求如下。

图3

a.  皮托管的支杆直径应与测头直径相同，其长度不能短于测头的长度；支杆尾端的定向杆应与测头平行。

b.         测头与支杆的平角应为90±2°,弯折处的曲率半径为（2.5～3.5）d,并应圆滑,不得有皱折和明显变扁等现象。

c.         总压孔应位于测头横截面的中心，总压孔的直径d为（0.1～0.4）d,并不得小于1mm其边缘不应不倒角、毛刺等。

d.         静压孔的位置与总压孔的距离应不小于4d，与支杆相距应不应小于8d；静压孔的数目不少于4个，并均匀地分布在横截面的圆周上。静压孔的直径为0.5～1.0mm,孔的边缘要求与总压孔相同。

e.         总压孔与总压管，静压孔与静压管，均应通畅不堵塞。

f.         总压管与总压接头，静压管与静压接头之间，各焊缝处应不漏气。

g.         皮托管测头的直径d应为4～15mm，长度为12～25d，而且外表面应光洁，接缝处应平整，不得有裂痕、划伤、凹凸不平等缺陷，不得有锈蚀，镀层起泡或脱落等现象。

h.         校准系数应在0.99 ～1.01之间。

i.              在空气流速不超过40m/s的水流速度不超过2.5m/s的情况下,由皮托管给出的校准系数其准确度1%。

2. 安装及使用

2.1使用范围

2.1.1流体性质:用皮托管进行流量测量的流体,应是连续的单相流体或是具有与单相流体相类似的流体。如果是液体,则应该是牛顿流体,流动时应没有横向速度梯度。

2.1.2皮托管一般常用的流速为5～30m/s,不能使用于马赫数约大于0.8的流体,而且为了得到佳的准确度,应在皮托管使用条件下进行校准。当马赫数在0.9～1.0之间,大多数皮托管出现不规性,不能用以进行测量。

2.1.3皮托管的d/D不允许大到0.04,当d/D在0.02～0.04时需对阻塞影响和速度梯度进行修正,在高流速场合应避免皮托管的振动。

2.1.4皮托管安装示意图（见图4）

图4

2.1.5应用皮托管测流量时等面积划分测点示意图（见图5）

图5

2.2用皮托管测速时注意事项

a.    皮托管测量头的轴线与管壁的距离不得小于测头直径。

b.    皮托管的位置应测准到下列两个允差中的较小者。±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离。

c.    矩形横截面测量点的小数目为25，测点位置应根据平行于各管壁的五 条直线的交叉点来确定，若采用算术法计算轴向平均速度测点分布按有关规定执行。

d.     圆形横截面的各测点应被设置在同心圆上，在横截面上至少为两个相互正交的直径上，每个半径上至少3点，因而在一个截面中至少有12个测点。

e.    使用皮托管定期检验、标定。

2.3使用前的检查

  皮托管使用前应检查总压孔和静压孔以及它们的连接是否有堵塞,皮托管内部总压和静压腔室之间是否有泄漏。另外还要检查是否有变形和鼻部损伤等。测量头应垂直于支杆，与压力计连接的导压管应尽量短，并要求密封。压力的阻尼要对称和线性，皮托管应清洁。