皮托管法国工程师亨利·皮托 (Henri Pitot) 于 18 世纪初发明,并于 19 世纪中叶由法国科学家亨利·达西 (Henry Darcy) 修改为现代形式。 它被广泛用于确定飞机的空速; 船的水速; 以及工业液体、空气和气体的流速。

基本的皮托管由一根直接指向流体流动的管组成。 由于该管包含流体,因此可以测量压力; 移动的流体停止(停滞),因为没有出口让流动继续进行。 该压力是流体的停滞压力,也称为总压力或(特别是在航空领域)皮托压力。

在动画中从右到左:插入管道中心的管子用于测量总压力,接下来的第二根管子用于测量静压。当通过管道的流量发生变化时,全压管和静压管处的压力随流速的变化而变化。 静压之间的总压差用于测量通过管道的比例流量。DP型差压变送器用于测量总压和静压之间的差值,并将其转换成比例流量。

将两根管插入一根管道中会很麻烦,而一个简单的皮托管将由一个单元组成,如下图所示。这里,测量速度压力的孔和测量参考压力或静压力的孔被合并到同一装置中。

因为简单的皮托管(上图)仅对单个点进行采样,并且,因为流体的流动剖面(因此速度分布)在整个管道中各不相同,因此喷嘴的准确放置至关重要。为了避免此类问题,此时就要使用平均皮托管。

在传感管上平均分布的取压孔感测管道上的各种速度压力,然后在管组件内进行平均,以给出具有代表性的流量整个横截面。

原则上,皮托管也是一种差压测量装置。皮托型设备,包括基本静压式、直式、组合反向或 S 型皮托管、皮托文丘里管、平均皮托管、基尔探头、定向探头、冲击管转子流量计和短笛管。

皮托管优点

  • 皮托型元件的安装成本通常低于其他差压产生元件。对于 2 英寸及以下的管道尺寸,皮托管和孔板安装的成本可能相同。随着管道尺寸增加到 2 英寸以上,皮托管安装成本将相对较低,减少至孔板安装成本的 50% 至 60% 左右。

  • 皮托管提供了方便、低成本的比较流量测量方法。

  • 元件尺寸通常相对于管道直径较小,因此不会有明显的永久压力损失。

  • 大多数元件可以通过管道中相对较小的孔插入。

  • 在许多情况下,安装可以设计为允许在不关闭阀门的情况下插入和拆除。

  • 大多数元件可用于测量各种管道的流量尺寸。

  • 皮托元件有多种类型,适用于不适合其他流量测量方法的应用。

  • 可提供将压差放大 10 倍的元件。

皮托管的缺点

  • 获得并保持高测量精度可能很困难,特别是在流动条件发生变化的情况下。

  • 压差较低,并且通常比孔板、喷嘴和文丘里管产生的压差噪音更大。

  • 除平均皮托管外,一般皮托管仅测量管路流体中的1个测点,因此需要横穿流体以将读数与流量联系起来。

  • 保持初始精度在很大程度上取决于保持元件端口的物理状况。变形、毛刺、缺口、凹痕和污垢会严重影响读数。

  • 由于流量与压差的平方根成正比,因此测量范围被限制在大约 3 比 1。

  • 元件上游和下游需要直管管道。

  • 可能需要矫直叶片。

  • 除放大元件(皮托文丘里管)外,对于给定的流量,压差约为具有最大贝塔比的孔板产生的压差的四分之一。

  • 由于校准曲线的二次特征,阻尼装置不能提供真实的平均值。

皮托管注意事项

  • 安装应进行泄漏测试,特别是在压差较低的气体应用中。

  • 一些皮托文丘里管设计可能会受到湍流的影响;增益随流体速度变化。为了获得最大的精度,这些元件应在类似条件下根据标准皮托静压管或其他流量标准进行校准。

  • 当使用皮托静压管测量静压时,由于沿探头的流体速度增加,探头的横截面积不应超过总通道面积的 1%,以避免测量误差

  • 如果需要使用直径小于 3/16 英寸的标准元件,建议使用冲击管和单独的静态连接。

  • 除了标准的半球形和锥形皮托静压管和定向探头外,皮托型元件不能测量真正的静压。要根据指示的压差确定速度或流量,必须从制造商处获得流量系数或校准曲线。

  • 如果元件配有流量校准曲线,则必须根据制造商的规格定位元件。校准曲线可以基于将元件定位在管道中心或理论平均速度。

  • 制造商校准的元件必须安装在指定的管道计划中以避免严重错误

  • 由于流体阻力引起的偏转,元件可能需要支撑。

  • 应定期拆卸元件并清洁内部和外部。

  • 皮托文丘里元件对尺寸变化敏感。元件必须保持无沉积物,维护操作不得改变喉部直径或表面光洁度。

  • 皮托管文丘里元件产生的增益或放大率随雷诺数的变化而变化。应从制造商处获得速度与压差校准曲线。

  • 如果皮托管文丘里管元件配有校准环,则该环的位置不得改变。对于每 1/32 英寸的偏移,可能会引入约 1% 的误差。该元件经过刻划以显示环的正确位置。

  • 元件可能在高流体速度下振动,导致弹性疲劳。

  • 当使用标准皮托静压管进行精确横移时,读数距管壁的距离不应小于 5 倍,最好是 10 倍。直径为 10 时,静压读数开始受到元件和壁之间产生的文丘里效应的影响。

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