一種測量流體流速的再改進型l型皮托管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量流體流速的再改進型L型皮托管，所述再改進型L型皮托管將現(xiàn)在L型皮托管測量全壓的測量頭的一段由半球形、或半橢圓球形、或圓錐臺形統(tǒng)一改變成為一段小直管，一段小直管與皮托管的外套管中間，用一段小錐角的圓錐管或圓錐管加橢圓錐管連接過渡。由于大大縮小了測量頭的面積，就能減小測量口前面形成的漩渦，使全壓測得更準，可測更高流速；由于測量頭小了，并采用了小錐角錐管過渡，管外流體比現(xiàn)在平穩(wěn)，所以靜壓測得更準；由于皮托管的外徑容易做得很小了，能減小對被測管道內(nèi)流體狀態(tài)的干擾，所以能測量更小的風管，擴大了測量范圍。
【專利說明】一種測量流體流速的再改進型L型皮托管

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體流速測量儀器，具體是對L型標準皮托管的再次改進。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)在測量流體流速的儀器有很多種，很多類，如:容積式、差壓式、轉(zhuǎn)子式、超聲波式、電磁式、多普勒式等等。其中差壓式流量計就有皮托管、孔板、文丘里、噴咀等很多種；皮托管一類之下又有L型皮托管、S型皮托管、笛形皮托管等。有資料說共有60多種流體流量計。
[0003]參見上海交通大學關于皮托管的介紹，具體網(wǎng)址為:http://www.1e.sjtu.edu.cn/jc/files/pitot/introduct1n, htm。
[0004]在所有各種各樣流體流量計中，L型標準皮托管有著特殊的重要地位，因為只有它是直接根據(jù)世界公認的能量守恒定律在流體力學中體現(xiàn)的伯努利方程原理制作的，利用它就可以直接測出流體的全壓、靜壓和動壓，再結(jié)合流體的密度、溫度和管道截面積，就可以準確計算出流體的流速和流量來。而其他的差壓式流量計，如S型皮托管、孔板、文丘里、噴咀等等，之所以能夠作為流量計使用，只不過是因為從理論分析相信它們所測得的數(shù)據(jù)與流體速度之間有“正相關關系”，經(jīng)過嚴格的標定可以求得每一件具體儀器的相關系數(shù)，也就是修正系數(shù)，使用中只要將測量結(jié)果乘以這個系數(shù)即可。
[0005]要想標定一種流速測量儀器，就必須先有一種準確的標準儀器，這時就可選用制作精良的L型標準皮托管。但皮托管究竟準不準？可以通過具體測量在多長時間內(nèi)輸送了多少體積的流體來計算。液體的體積計量比較簡單，氣體的計量就復雜得多。大多容積式氣體流量計由于壓力變化、漏風、短路等原因而并不準確。制作精良的現(xiàn)代大型渦流氣體流量計、汞密封活塞標準體積管等據(jù)說能夠作為比較準確的標定設備，但很貴。最可靠、又價廉的方法是采用套在剛性圓管內(nèi)的塑料薄膜圓筒計量，或用低壓水封儲氣罐計量，這都可以準確求得在一段時間內(nèi)得到了多少體積的氣體，再根據(jù)壓力和溫度換算成計算所需狀態(tài)的數(shù)據(jù)即可。但這些方法非常麻煩，成本很高，而且都只能求得一段時間內(nèi)全管道內(nèi)的平均速度，而不能得到管內(nèi)各點的具體速度，更不能到達各個需要測定的現(xiàn)場。所以采用修正系數(shù)等于I的L型標準皮托管標定其他流量計，或作為各種現(xiàn)場測量儀器，均為最經(jīng)濟、最方便、又可靠的方法。此外，要測定飛機在空中飛行的速度，因大氣壓力隨高度不斷變化，這時就只有皮托管能夠勝任了。
[0006]現(xiàn)在廣泛使用的L型標準皮托管，是由法國人亨利-皮托(Henr1-Pitot，1695-1771)在1732年發(fā)明的，又在19世紀中葉由法國科學家亨利-達西(Henr1-Darcy，1803-1858)做了重要的改進完善。現(xiàn)在的L型皮托管的形狀就是一根直角彎管，帶測量口的一段直角邊可叫測量段，另一直角邊叫支持段。
[0007]在我國標準GB/T1236-2000《風機標準化風道性能試驗》中，規(guī)定了可以選用的4種L型標準皮托管分別是:AMCA型、NPL型、CETIAT型和DLR型，其測量頭的形狀有半球形、半橢圓球形、圓錐臺形幾種。在幾種型式中，全壓測量口直徑與外徑的比例、靜壓孔的尺寸和位置等都各不相同，制作比較復雜，所以做成后都要逐個標定。
[0008]為了提高測量的準確度和減小對被測管道內(nèi)流體的干擾，現(xiàn)在的趨勢都是將皮托管的外徑做得越來越小，如:16mm, 14mm, 12mm, 10mm, 9mm, 8mm,
[0009]7.5mm, 6mm, 4mm等,還有用于研究的3.0mm, 2.5mm等。但外徑越小就越難制造，也越易堵塞。我國還有規(guī)定:皮托管的直徑不能大于被測風管直徑的1/48，這樣一來，直徑200mm的風管就只能用4_以下的皮托管測量，更小的風管就難以找到更細的皮托管了 ；而這樣的小風管測量在我們的科學、技術及經(jīng)濟活動中都有重要的意義。
[0010]L型標準皮托管的測量包括全壓測量和靜壓測量。全壓測量的原理可以這樣來理解:假如有一根一端開口、另一端封閉的小盲管固定在風管內(nèi)并與管道軸線平行，其開口端對著流體過來方向，當流體流到測量口端面時驟然滯止，即其軸向速度驟然為0，這時流體的動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，與盲管內(nèi)原有的靜壓疊加就成了全壓。這是動壓與靜壓理論相加的和，用儀器測到的全壓不可能大于這個和，只可能小于這個和。當測量頭外徑很大、并且流速也很大時，測量頭前面的一定范圍內(nèi)就會形成漩渦，這時全壓管口測到的壓力就有可能小于全壓。皮托管的靜壓測量孔開在其外套管壁上，在流速很大時，由于尺寸較大的測量頭會使流體形成傘形流場，可能在靜壓測孔區(qū)域形成紊流，就會干擾靜壓測量。
[0011]此外，現(xiàn)在的皮托管的方位指示桿太短，只有40_左右，不利于調(diào)準皮托管方位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了提高現(xiàn)有L型標準皮托管全壓測量和靜壓測量的準確度，使皮托管能夠測量更高流速，并適用于更小直徑的風管測量，本發(fā)明旨在提供一種測量流體流速的再改進型L型皮托管，該皮托管對現(xiàn)有L型標準皮托管的測量端頭一段做了改進，將現(xiàn)在皮托管測量全壓的測量頭一段由半球形、或半橢圓球形、或圓錐臺形統(tǒng)一改為一段小直管；在管軸線方向，小直管與皮托管的外套管之間用一根小錐角的圓錐管或圓錐管加橢圓錐管連接。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0014]一種測量流體流速的再改進型L型皮托管，包括L型外套管與內(nèi)管，其結(jié)構(gòu)特點是，測量全壓的測量頭是一根小直管，小直管與皮托管的內(nèi)管相通，用于向壓力表傳送全壓；小直管的外壁與皮托管的外套管之間，用一根小錐角的圓錐管或圓錐管加橢圓錐管連接，靜壓測量孔開在外套管上；小直管與外套管同軸。
[0015]這里所說的橢圓錐管是以橢圓長軸為軸心旋轉(zhuǎn)一周所得橢圓球面的其中一段，這一段的小端起點是前述圓錐管與橢圓球面相切的圓面，另一端是橢圓球面的極大圓面，也是與皮托管之外套管表面相切的圓面，顯然所述橢圓的短軸與外套管直徑相等。
[0016]以下為本發(fā)明的進一步改進的技術方案:
[0017]所述的小直管的外徑為0.5?3mm,優(yōu)選I?2mm ;從小直管的測量端面到與圓錐管的接口之間的距離是小直管外徑的3?20倍，優(yōu)選5?15倍；小直管的測量端面的管壁厚度應加工到0.05?0.5_，優(yōu)選0.1?0.2mm ;小直管的測量端面垂直于管軸線。
[0018]所述的圓錐管或圓錐管加橢圓椎管的制作方式有兩種:一種是先將包括圓錐管、橢圓錐管在內(nèi)的材料車削成實心錐體并鉆孔，然后焊接打磨；另一種方式是將帶有圓錐管、橢圓錐管和外套管并且已經(jīng)開好了靜壓孔的空心管與包括小直管、內(nèi)管在內(nèi)的全壓傳送管路焊接或粘接；圓錐管的錐角為5?20度；橢圓椎管的橢圓短軸等于外套管直徑。
[0019]所述的小直管與圓錐管之間的連接方法有焊接、粘接或插接，插接就是可插可抽的活動形式。
[0020]所述外套管可以做得比現(xiàn)在的大直徑皮托管小，測量段的外套管直徑都可以在
4.5_以下，優(yōu)選為2?4.5mm ;對用于大風管測量的長桿皮托管，其支持段的直徑可以比測量段大0.1?2.0倍，其斷面形狀可以做成橢圓形或其他阻力小、耐受力大的形狀。
[0021]將皮托管的方位指示桿長度由現(xiàn)在的40mm左右，增加到120mm以上，并做成可插可抽的活動形式。
[0022]所述小直管的端面壁厚為0.05?0.5mm,優(yōu)選0.1?0.2mm。
[0023]優(yōu)選地，所述小直管的長度為其外徑的5?15倍。
[0024]所述小直管的外徑為0.2mm?3mm,優(yōu)選為Imm?2.0mm。
[0025]優(yōu)選地，所述外套管測量段的外徑為4.5mm以下。
[0026]所述小直管與圓錐管之間的連接為焊接、粘接或插接，其中插接便于保護小直管；如果采用焊接或粘接方式，也可以另作套筒保護小直管。小直管插入后的固定方式可以是靠零件的彈性，也可以靠螺紋，或其他方式。小直管的材質(zhì)要求和現(xiàn)在的皮托管頭部一樣。
[0027]為了調(diào)準皮托管的現(xiàn)場安裝方向，進一步地，所述皮托管還包括方位指示桿，現(xiàn)在4mm皮托管的方位指示桿只有40mm，本發(fā)明加長至120mm以上，并做成可插可抽的活動形式。
[0028]對于長桿的皮托管，為了避免在測量大風管時皮托管的支持段強度和剛度不夠，支持段的直徑可以比測量段大0.1?2.0倍，并且，支持段的橫截面可以做成橢圓形或中間為矩形，兩端為半橢圓形。
[0029]以下對本發(fā)明作進一步介紹。
[0030]一種測量流體流速的再改進型L型皮托管，包括L型外套管與內(nèi)管，其結(jié)構(gòu)特點是，還包括一段用于測量全壓的與內(nèi)管相通的小直管，以及過渡連接所述小直管與外套管的連接管；所述小直管與外套管同軸線布置，該小直管的端面垂直于該軸線，且其端面壁厚為0.05mm?0.5mm ;所述小直管從測量端面到與連接管接口之間的距離為其外徑的3-20倍，所述小直管的外徑為0.5mm?3mm ;所述外套管測量段的外徑為4.5mm以下。
[0031]為了避免現(xiàn)在皮托管測量頭引起的傘形流動而形成傘形流場，所述連接管為錐形管，該錐形管的一端與小直管的外壁相連，另一端與外套管對接相連；所述錐形管的錐角為
5。?20°。
[0032]作為另一種避免測量頭引起的傘形流動的結(jié)構(gòu)形式，所述連接管包括錐形管和與錐形管相連的過渡管；所述錐形管的一端與小直管套接相連，該錐形管的另一端與過渡管平滑過渡連接，所述過渡管與外套管平滑過渡連接；所述過渡管由一流線型曲線段繞錐形管的軸心線回轉(zhuǎn)而成；所述錐形管的錐角為5°?20°。進一步的，所述流線型曲線段為橢圓的一段，其旋轉(zhuǎn)軸心線為橢圓長軸；所述外套管的外徑與橢圓的短軸相等。
[0033]本發(fā)明的連接管可以是空心管，也可以是車削而成的實心錐體鉆孔。
[0034]所述小直管的端面壁厚為0.08mm?0.2mm,更優(yōu)選為0.1mm。
[0035]優(yōu)選地，所述小直管的長度為其外徑的5?15倍。
[0036]所述小直管的外徑為0.5mm?3.0mm,更優(yōu)選為Imm?2mm。
[0037]優(yōu)選地，所述外套管的外徑為2mm?4.5mm。
[0038]所述小直管與連接管之間的連接為焊接、粘接或插接，其中插接便于保護小直管。小直管插入后的固定方式可以是靠零件的彈性，也可以靠螺紋，或其他方式。小直管的材質(zhì)要求和現(xiàn)在的皮托管頭部一樣。
[0039]為了調(diào)準皮托管的現(xiàn)場安裝方向，進一步地，所述皮托管還包括方位指示桿，該方位指示桿的長度至少為120mm ;由此，將現(xiàn)在4mm皮托管的方位指示桿從皮托管軸心算起只有40mm左右長度,加長至本發(fā)明的120mm以上,并可做成能插能抽的活動形式。
[0040]所述L型外套管包括與測量頭相連的測量段和垂直于測量段的支持段；為了避免在測量大風管時皮托管支持段的強度和剛度不夠，所述支持段的直徑比測量段大0.1?
2.0倍，其斷面形狀為橢圓形或中間為矩形，兩端為半橢圓形。
[0041]藉由上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明主要就是對L型標準皮托管的測量端頭一段做了改進，將現(xiàn)在皮托管測量全壓的測量頭的一段由半球形、或半橢圓球形、或圓錐臺形等形狀統(tǒng)一改變?yōu)橐欢涡≈惫埽辉诠茌S線方向，小直管與皮托管的外套管之間，用一根小錐角的圓錐管或圓錐管加橢圓錐管連接，讓橢圓的短軸等于外套管直徑。
[0042]所述小直管的外徑可以根據(jù)進一步的測試結(jié)果和實際使用條件選定幾個規(guī)格，一般可在I?2.5mm,優(yōu)選為1.5mm左右。小直管的長度一般是其外徑的3?20倍,優(yōu)選5?15倍。小直管的測量端面管壁厚度應加工到0.05?0.5mm，優(yōu)選0.1mm左右，端面應該垂直于管軸線。小直管可以是將現(xiàn)在皮托管的內(nèi)管向外伸出的一段，也可以是插在車削成的錐管上的一段直管；可以是固定的，也能是可插可取的。
[0043]由于采用小直管，本發(fā)明大大縮小了測量頭面積，減小了測量口前面形成的漩渦，使全壓測得更準，可測更高流速；同時，由于測量頭小了，并采用了小錐角錐管過渡，管外流體比現(xiàn)在平穩(wěn)，所以靜壓測得更準；由于皮托管的外徑容易做得很小了，能減小對流體狀態(tài)的干擾，就能測量更小的風管，擴大測量范圍。
[0044]為了簡化“再改進型L型標準皮托管”的名稱，也可以簡稱張氏管(Zhang Tube)。
[0045]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0046]1、由于測量全壓的小直管可以做得很小，全壓測量口端面的面積比現(xiàn)在的測量頭面積縮小了幾十倍，這能減小測量頭前面形成的漩潤，能使全壓測得更準，能測量更高的流速，擴大了高流速段的測量范圍。這一點對用于高速測量的飛機空速管特別有意義。
[0047]2、由于采用了小錐角圓錐管或圓錐管加橢圓錐管過渡，減小了現(xiàn)在皮托管測量頭引起的傘形流場，外套管的靜壓測量孔處的流體比現(xiàn)在平穩(wěn)，所以靜壓測得更準。
[0048]3、由于采用了小直管和小錐角圓錐管，所以皮托管的外徑容易做得很小了，這就能減小對被測流體的干擾，也就能測量更小的流體管道，擴大了測量小管道的適用范圍；這一點在我國的科學、技術和教育領域都有重要意義。
[0049]4、再改進L型皮托管的測量段的外徑都容易做到在4.5mm以下。但在測量大風管時，皮托管的支持段會出現(xiàn)強度和剛度不夠的問題，這時可以使支持段的直徑比測量段適當大一些，如大0.1?2.0倍；也可以考慮將支持段的橫截面改成橢圓形或其它耐受力大、阻力又小的形狀，如中間為矩形，兩端為半橢圓形。
[0050]5、在有條件采用從流體管壁上測取靜壓的場合中，結(jié)合本發(fā)明的全壓測量口取得的全壓，這樣能夠得到最準確的動壓數(shù)據(jù)(見附圖曲線)。
[0051]6、因為測量頭不再須要加工成球形、橢圓球形、圓錐臺形了，只有小直管一種形式了，這既能簡化制作型號，也便于客戶選用。
[0052]7、由于加長了方位指示桿，能更好地調(diào)準方位，提高準確度。
[0053]8、改進后的皮托管制作更簡單，成本更低。
[0054]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖2是本發(fā)明的圓錐管加橢圓錐管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖3是本發(fā)明與外購皮托管的一次動壓測量數(shù)據(jù)對比曲線圖；
[0058]圖4是本發(fā)明與外購皮托管的另一次動壓測量數(shù)據(jù)對比曲線圖；
[0059]圖5是本發(fā)明所測動壓與本發(fā)明所測全壓結(jié)合管壁靜壓所得動壓的對比曲線圖；
[0060]圖6是外購皮托管所測動壓_與皮托管所測全壓結(jié)合管壁靜壓所得動壓的對比曲線圖；
[0061]在圖中
[0062]1-小直管；2_圓錐管；3_外套管；4_靜壓測量孔位置；5_橢圓錐管。

【具體實施方式】
[0063] 申請人:已經(jīng)成功制作了 4根完整的再改進型L型皮托管和幾支沒有靜壓孔的不同直徑的頭部為半球形的全壓測量管，并和外購的直徑4mm的皮托管做了對比測試。
[0064]自制皮托管的具體尺寸是:小直管外徑1.5mm(測試中用到了最小為0.6mm的)，伸出長度20mm ;圓錐管錐角約10度；外套管直徑有4.4mm和4.8mm的。沒有靜壓孔的半球形全壓測量管直徑有8mm、6mm、3mm和2.6mm的。
[0065]自制皮托管的方位指示桿是在現(xiàn)場安裝的，長度約200mm。現(xiàn)場測試條件有:風機是4-72-4A-2900rpm-5.5kff,風量4020_7420m3/h，風壓 1999_1313Pa。風機出風口接天圓地方管，再接直徑250mm、有效長度1030mm的布袋；測試的PVC直風管直徑250mm，長3800mm，測試點開在距進風口 2000mm處；壓力計有多個U形壓力計和一個475AV數(shù)字壓力計，還有電流表、電壓表；風管出風口有用螺桿調(diào)節(jié)開度的圓鋼板開關，開關位置能夠非常準確地調(diào)節(jié):圓鋼板每旋轉(zhuǎn)一周就等于在螺桿軸線上移動1.75mm。對比測試就是將不同的儀器先后插入同一測試孔、插入同樣深度并保持方位正確的條件下，對前后開度相同的多個測點進行的測試。
[0066]表12014年5月皮托管_4#_(8全-管靜)所測動壓數(shù)據(jù)對比表一
[0067]

【權(quán)利要求】
1.一種測量流體流速的再改進型L型皮托管，包括L型外套管與內(nèi)管，其特征在于:測量全壓的測量頭是一根小直管(1)，小直管(I)與皮托管的內(nèi)管相通，用于向壓力表傳送全壓；小直管(I)的外壁與皮托管的外套管(3)之間，用一根小錐角的圓錐管(2)或圓錐管(2)加橢圓錐管(5)連接，靜壓測量孔開在外套管上；小直管與外套管同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，所述的小直管(I)的外徑為0.5~3mm，優(yōu)選f 2mm ;從小直管的測量端面到與圓錐管的接口之間的距離是小直管外徑的3~20倍，優(yōu)選5~15倍；小直管的測量端面的管壁厚度應加工到0.05-0.5mm，優(yōu)選0.1-0.2mm ;小直管的測量端面垂直于管軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，所述的圓錐管(2)的錐角為5~20度；橢圓椎管的橢圓短軸等于外套管直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，所述的圓錐管(2)加橢圓錐管(5)的制作方式有兩種:一種是先將包括圓錐管、橢圓錐管在內(nèi)的材料車削成實心錐體并鉆孔，然后焊接打磨；另一種方式是將帶有圓錐管、橢圓錐管和外套管并且已經(jīng)開好了靜壓孔的空心管與包括小直管、內(nèi)管在內(nèi)的全壓傳送管路焊接或粘接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，所述小直管與圓錐管之間的連接為焊接、粘接或插接，插接就是可插可抽的活動形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，所述外套管(3)的測量段直徑都可以在2~4.5mm ;對用于大風管測量的長桿皮托管，其支持段的直徑可以比測量段大0.f2.0倍，其斷面形狀可以做成橢圓形或其他阻力小、耐受力大的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量流體流速的再改進型L型皮托管，其特征在于，皮托管的方位指示桿長度在120mm以上，并做成可插可抽的活動形式。
【文檔編號】G01P5/165GK104076166SQ201410365765
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】張益民, 張弛 申請人:張益民