皮托管原理

1.测量原理和结构

      皮托静压管（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。它能测出压差，并根据压差确定流体中某处的流速，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，设想其中一条撞在物体上（即图1中的A点），在此处流体发生分岔，A点成为滞止或驻点，A的流速为零，V­A=0。

      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影响，流束是平行的，流速形成规则的速度分布，截面各点的静压力相等。Ⅱ-Ⅱ界面流动受到影响，流束密集，流速加快，静压降低。则两个面上的伯努利方程为

      式中：

      ζ为Ⅰ-Ⅰ到Ⅱ-Ⅱ区间的流体阻力系数，这里可以不考虑，即ζ=0

      K为速度分布不均匀系数，这里可设K₁=K2=₁

      ρ为流体密度，因为是均匀的ρ₁=ρ₂=ρ

      P为两个截面的静压力

      V为两个截面的流速，VA=V₂=0

      整理得到的公式为：

      式中：

      P₂为总压力（因为动压为零）

      P₁为静压力

      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=0

      令P₂=P₁,V₁=V，则公式2*变为：

      式中：P-P₀实际上是流场中某一点流体的动压力P。

2.皮托管结构

      皮托管的原理结构如下图所示，当一台差压计两端分别于总压管和静压管连接，这样压差计上*可以显示出动压值来。

      上图是一般皮托管的结构，为了能看清，把两端放大。如图中可以看到皮托管外形是一个L型的金属管，与管轴平行安置的直角边是测头，其顶端有一个总压孔，在其侧壁上有若干个静压孔。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的管相连接。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。实际上常用的都是皮托管和静压管的组合，而且多数使用实验系数接近为1的形状，也*是国际标准推荐的GETIAT（锥形头）型，AMCA型（球形头），MPL型（椭圆形头三种），如下图所示

3.皮托管的使用范围

      A. 流体性质：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，应该是牛顿流体，流动时没有横向速度梯度

      B. 皮托管一般常用的流速为5至30m/s，不能用于马赫数大于0.8的流体，而且为了获得*佳的准确度，应在皮托管使用条件下进行校准。当马赫系数在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。

      C. 皮托管的d/D不能大于0.04，当在0.02-0.04时需要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振动。