皮托管

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222222222221111V V K P V K P ζρρ++=+ （1） 式中：ζ－Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ区间的流体阻力系数，这里可以不考虑即：ζ＝0；
ρ— 流体密度，因为是均匀的12ρρρ==
K －速度分布不均匀系数，这里可设K 1＝K 2＝1；
P －两个截面的静压力；
V －两个截面的流速，V 2＝V A ＝0。

整理得到公式为：
2
2112P P V ρ-=（2）
式中：P 2－总压力（因为动压为零）；
P 1－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 P 1＝P B ＝P 0；令P 2＝P 1，V 1＝V ，公式（2）就变成为
2
021V P P ρ=-(3)
()
ρ02P P V -=(4)
式中：P-P 0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，也就是国际标准推荐的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,而且为了得到最佳的准确度,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是皮托管到最近管壁的距离。

c.矩形横截面测量点的最小数目为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，并要求绝对密封。

压力的阻尼要对称和线性，皮托管应清洁。

（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）。