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， VA＝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
2 2 2
（1）
P1 V P V V
1
2
2
2
K
1
K
2
2
1
2
2 2
＝0；
式中： －Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ区间的流体阻力系数，这里可以不考虑即： — 流体密度，因为是均匀的
1
2
K－速度分布不均匀系数，这里可设 P－两个截面的静压力；
V－两个截面的流速， V2＝VA＝0。
整理得到公式为：
P P
2
K1＝K2＝1；
V
2 1 2 1
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 P0；令 P2＝P1，V1 ＝V，公式（ 2）就变成为
1 2
P
P
V
0
（2）
P1＝PB＝
2
(3)
V
2 P P 0
(4)
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）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。
MPL a. b. c. d.
e. f. g.
h. i.
图 3
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。
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。
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。 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 ～ 3.mm,孔的边缘要求与总压孔相同。
总压孔与总压管，静压孔与静压管，均应通畅不堵塞。
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。
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。
校准系数应在 0.99 ～1.01 之间。
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%。
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。 4. 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。
5. 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。 6. 皮托管安装示意图 ( 见图 4)
图 4
7. 应用皮托管测流量时等面积划分测点示意图
( 见图 5)
图 5
1.3 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。 1.4 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。
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