皮托管原理

1.測量原理和結構

      皮托靜壓管（皮托管）是由一個垂直在支桿上的圓筒形流量頭組成的管狀裝置。本裝置在側壁周圍有一些靜壓孔，頂端有一個迎流的全壓孔。它能測出壓差，并根據壓差確定流體中某處的流速，由流速與面積的乘積計算出流量。

      皮托管的測量原理是基于伯努利方程在空氣中應用的一個實例，如圖1所示。當理想流體均勻的平行流向靜止物體時，設想其中一條撞在物體上（即圖1中的A點），在此處流體發生分岔，A點成為滯止或駐點，A的流速為零，V-A=0。

      如果我們選擇兩個截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ，Ⅰ-Ⅰ截面流動沒有受到任何影響，流束是平行的，流速形成規則的速度分布，截面各點的靜壓力相等。Ⅱ-Ⅱ界面流動受到影響，流束密集，流速加快，靜壓降低。則兩個面上的伯努利方程為

      式中：

      ζ為Ⅰ-Ⅰ到Ⅱ-Ⅱ區間的流體阻力系數，這里可以不考慮，即ζ=0

      K為速度分布不均勻系數，這里可設K₁=K2=₁

      ρ為流體密度，因為是均勻的ρ₁=ρ₂=ρ

      P為兩個截面的靜壓力

      V為兩個截面的流速，VA=V₂=0

      整理得到的公式為：

      式中：

      P₂為總壓力（因為動壓為零）

      P₁為靜壓力

      如圖1所示，若在物體B點開一個孔，由于均勻流場中靜壓力相等，則P₁=P_B=0

      令P₂=P₁,V₁=V，則公式2*變為：

      式中：P-P₀實際上是流場中某一點流體的動壓力P。

2.皮托管結構

      皮托管的原理結構如下圖所示，當一臺差壓計兩端分別于總壓管和靜壓管連接，這樣壓差計上*可以顯示出動壓值來。

      上圖是一般皮托管的結構，為了能看清，把兩端放大。如圖中可以看到皮托管外形是一個L型的金屬管，與管軸平行安置的直角邊是測頭，其頂端有一個總壓孔，在其側壁上有若干個靜壓孔。總壓孔與靜壓孔不相通，分別用導壓管引出，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的管相連接。其上有定向桿，指示鼻端方向。測量總壓力的管子叫皮托管，測量靜壓力的管子叫靜壓管。實際上常用的都是皮托管和靜壓管的組合，而且多數使用實驗系數接近為1的形狀，也*是國際標準推薦的GETIAT（錐形頭）型，AMCA型（球形頭），MPL型（橢圓形頭三種），如下圖所示

3.皮托管的使用范圍

      A. 流體性質：連續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，應該是牛頓流體，流動時沒有橫向速度梯度

      B. 皮托管一般常用的流速為5至30m/s，不能用于馬赫數大于0.8的流體，而且為了獲得*佳的準確度，應在皮托管使用條件下進行校準。當馬赫系數在0.9-1.0之間，大多數皮托管出現不規性，不能用以進行測量。

      C. 皮托管的d/D不能大于0.04，當在0.02-0.04時需要對阻塞影響和速度梯度進行修正，在高流速場合應避免皮托管振動。