关于皮托管你需要知道的事情
考虑到在测量飞机等应用中如何测量速度，皮托管就是为此任务设计的仪器。这种被称为皮托管的仪器由一个带有短直角弯曲的管子组成。该设备用于根据流体流量计算速度。皮托管用于风速计中以测量风洞中和飞行中飞机上的空速。它们用于测量液体、空气和气体的流量。
今天，您将了解皮托管的定义、功能、应用、组件、图表、方程式、类型和工作原理。您还将了解以下内容：
- 静压
- 动态压力
- 停滞压力
- 流速
- 单口皮托管
- 平均皮托管
- 最后如何用皮托管测量气流
- 您将了解皮托管的优缺点。
什么是皮托管？
皮托管是一种用于测量流动流体的速度（速度）的流量测量仪器。它是由 18 th 的法国工程师 Henri Pitot 发明的 世纪。该设备在 19 th 中期修改为现代形式 法国科学家亨利·达西的世纪。皮托管是细长的管子，上面有两个孔。前孔位于气流中，有助于测量所谓的停滞压力。侧孔测量所谓的静压。这两个压力之间的测量为我们提供了动态压力，可用于计算空速。好吧，这将进一步解释。
作为流量传感器仪器的皮托管可以是孔板的廉价替代品。其精度范围为 0.5% 至 5% FS，类似于孔板的精度。此外，其 3:1 的流量范围（尽管有些工作在 4:1）更像是孔板的容量。这两种装置的区别在于孔板测量的是全流，而皮托管只能检测流中某一点的流速。
皮托管的应用
皮托管现在可以在许多应用中找到，不仅在航空领域。该仪器广泛用于航空，在工业机械、船舶甚至跑车中也很常见。事实上，您甚至可以在需要测量流速的项目中使用皮托管。然而，飞机通常使用包含两个开口的皮托管，而不是单独的管和静态端口。
单个皮托管具有测量静压和停滞压力的能力。皮托管侧面的静态端口有助于实现这种多合一功能。这消除了对单独静态端口的需要。我将在本文下面对此进行详细说明。
正如前面提到的，皮托管广泛用于确定飞机的空速和船的水速。它用于测量某些工业应用中的液体、空气和气体流速。基本上，该仪器用于风洞实验和飞机上测量流速。它用于广泛的流量测量应用，例如赛车和空军战斗机的空速。在工业应用中，皮托管用于计算管道、管道和烟囱中的气流。此外，管道、堰和明渠中的液体流动。
最后，在应用中，皮托管用于通过测量静态和动态压力差来测量流体流速。这可以通过将流体流动中的动能转化为势能来实现。
皮托管组件
皮托管示意图：
皮托管方程
该原理基于伯努利方程，其中方程的每一项都可以解释为压力
p + 1/2 ρ v 2 + ρ g h
=p + 1/2 ρ v 2 + γh
= 沿着流线保持不变……(1)
地点：
p = 静压 （相对于流动的流体）（Pa）
ρ = 密度 液体（kg/m 3 )
v =流速 (m/s)
γ = ρ g = 比重 (N/m 3 )
g = 重力加速度 (m/s 2 )
h =海拔高度 (m)
方程的每一项都有单位面积的尺寸力N/m 2 (Pa) – 或英制单位lb/ft 2 (psi) .
静压 – 术语 P 表示静压。它相对于流动的流体是静态的，可以通过平行于流动的平面开口测量
动态压力 – 第二学期 – 1/2 ρ v 2 ——称为动压。
静水压力 – 第三项 – γ h – 称为静水压力。它表示由于海拔变化引起的压力。
停滞压力 – 伯努利方程表明沿流线的能量是恒定的 – 并且可以修改为
p1 + 1/2 ρ v1 2 + γ h1
= p2 + 1/2 ρ v2 2 + γ h2
=沿流线的常数...... (2)
地点：
后缀 1 是上游自由流中的一个点
后缀 2 是流动速度为零的停滞点
流速 – 在测量点中，我们将静水压力视为一个常数，其中 h1 =h2 ——这部分可以去掉。自 v2 为零，(2) 可以修改为：
p1 + 1/2 ρ v1 2 = p2 … (3)
或
v1 =[2 (p2 – p1) / ρ] 1/2
= [2 Δp / ρ] ½ … (4)
地点：
Δp =p2 – p1 （压差）
使用 (4) 如果我们知道压差 Δp = p2 – p1，则可以计算点 1 的流速 - 上游的自由流动 和流体的密度。
通常使用提前而不是压力。 (4) 可以通过除以比重来修改γ 到
v1 =c [2 g Δh] 1/2 … (5)
地点：
c =系数 - 取决于参考液体和使用或计算的单位
g =重力加速度
Δh =h2 - h1 =高度差（流体柱）
注意！ – 在基本方程中，头部单位是关于流动流体的密度。对于其他单位和参考液体——例如 mm 水柱 – 检查速度压头。
皮托管的工作
皮托管的工作不太复杂，很容易理解。皮托管测量两个压力；静压力和总冲击压力。静压是皮托管上游的管道、管道或环境中的工作压力。它与流动方向成直角测量，通常在低湍流位置。
静压和动压之和就是总冲击压力（PT）。它在流动的水流冲击皮托管开口时被检测到。为了测量这种冲击压力，使用的皮托管通常很小，有时是 L 形管。开口必须直接面对迎面而来的水流。接近点速度 (VP) 是通过对总压力 (PT) 和静压力 (P) 之间的差值求平方根来计算的。然后将乘以 C/D 比，其中 C 是尺寸常数，D 是密度。数学上可以表示为;
Vp =C(PT – P)½/D
由于流速是通过将点速度 (VP) 乘以管道或管道的横截面积获得的，因此速度测量必须在对应于平均速度的插入深度进行。管道中的速度分布从细长（层流）变为扁平（湍流）。这是因为流速上升。它改变了平均速度点，需要调整插入深度。
皮托管仪器仅用于高度湍流（雷诺数> 20,000）。因此，速度剖面需要足够平坦，这样插入深度就不是关键了。
观看下面的视频，详细了解皮托管的工作原理：
单口皮托管
单端口皮托管仅测量流动流横截面中单个点的流速。将探头插入流动流中的一个点，该点的流速是横截面速度的平均值。冲击端口必须直接面向流体流动。
如果冲击端口具有大约 15 度的 n 个内部斜角，单端口皮托管可以对流向不敏感，并延伸到管中大约 1.5 个直径。如果文丘里管产生的压差太低而无法准确检测，则可以用皮托管文丘里管代替传统的皮托管。双文丘里传感器也可用于产生更高的压差。
在 3:1 的流量范围内，经过清洁校准、清洁并正确插入的单端口皮托管将提供 ±1% 的满量程流量精度。由于精度有所损失，该仪器甚至可以在 4:1 的范围内进行测量。单口皮托管的优点包括成本低、设计简单、没有移动部件，并且在流动的流体中造成的压力损失非常小。虽然它有一些局限性，包括速度分布变化或压力端口堵塞导致的误差。
平均皮托管
发明平均皮托管是为了消除寻找平均速度点的问题。该管设有多个冲击和静压端口。它被设计成横跨管道的整个直径。所有冲击压力端口检测到的压力将被连接起来，并测量它们的差的平方根作为管道中平均流量的指示。
有一个端口靠近组合信号的出口，它的影响比最远的端口稍大。尽管对于通常使用皮托管的二次应用，可能会将错误视为没有。可以修改皮托管以满足特定应用的需要，例如冲击端口的数量、端口之间的距离以及平均皮托管的直径。
平均皮托管的传感端口通常太大，以至于管子可以作为真正的平均室工作。端口开口经过优化以防止堵塞而不是平均。虽然，使用惰性气体吹扫以保持端口清洁，允许传感器使用更小的端口。
平均类型的皮托管提供与单端口管相同的优点和限制。只是，它们稍微贵一点，而且更准确一点，尤其是在流动没有完全形成的情况下。此外，一些平均皮托管传感器可以通过容纳单端口管的同一个开口（或热抽头）插入。
如何用皮托管测量气流
由于皮托管非常适合中高速气流测量，因此了解如何使用仪器测量气流非常重要。进行准确的测量需要密度校正和仔细的遍历。这是因为精度取决于安装在皮托管上的压力测量装置。尽管可以使用更经济的方法（热线和叶片）来测量低流量应用中的气流。然而，对于大流量或高温应用，皮托管是理想的。
如上所述，皮托管测量总压力和静压以确定速度压力。这个过程也导出了空气速度。管子插入管道中，尖端指向气流。压力计的正端口连接到总压力端口 (Pt)，负端口连接到静压端口 (Ps)。然后这个压力计将显示可以转换为速度的速度压力。
现代皮托管设计有适当的鼻子或尖端，并且鼻子，静压水龙头和阀杆之间的距离足够。这将最大限度地减少湍流和干扰，使其无需校正或校准因素即可使用。
为了确保准确的速度压力读数，皮托管尖端必须直接指向（平行于）气流。皮托管正确对准后，速度压力指示将达到最大值。
请注意，在湍流气流中无法获取准确读数。皮托管至少插入到弯头、弯头或其他可能导致湍流的障碍物下游 8-1/2 管道直径处。为进行精确测量，矫直叶片应位于皮托管上游 5 个管道直径处（如果有）。
穿过管道或层流的截面积的空气速度不相等。因此，需要执行管道的横穿以确定平均速度。靠近管道壁的摩擦将在气流擦洗管道壁时减慢气流。将遵循定义的模式以确保准确测量。
皮托管的优缺点
优点：
- 仪器是便携式的
- 它不包含移动部件。
- 尽管工作量很大，但价格不贵
- 设计简单，可靠。
- 永久压力损失低。
- 易于安装到现有系统中。
- 适用于不同的环境条件，包括高温和各种压力。
缺点：
尽管皮托管具有良好的优点，但仍然存在一些限制。以下是皮托管在各种应用中的缺点。
- 低量程性
- 准确率低。
- 阅读可能很容易受阻，具体取决于液体。
- 振动会导致读数错误，甚至会损坏仪器。
结论
皮托管是进行流动流体测量的重要组件。在这篇文章中，我们研究了皮托管的定义、功能、应用、方程式、类型和工作原理。我们也看到了皮托管仪器的优缺点。
我希望你能从这篇文章中得到很多，如果是的话，请与其他学生分享。谢谢阅读。下次见！
制造工艺