皮托管和均速管流量計測量原理的比較

皮托管和均速管流量計測量原理的比較

（1）皮托管

皮托管是一根彎成直角的雙層空心復合管，帶有多個取壓孔，能同時測量流體總壓和靜壓，其結構如圖1所示。由于流體的總壓和靜壓之差與被測流體的流速有確定的數值關系，因此可以用皮托管測得流體流速從而計算出被測流量的大小。

圖1　皮托管結構

皮托管的工作原理可分析如下：

皮托管頭部迎流方向開有一個小孔A，稱為總壓孔，在距頭部一定距離處開有若干垂直于流體流向的靜壓孔B，各孔所測靜壓在均壓室均壓后輸出。設在均勻流動的管道中某點處流體的靜壓為p，流速為u。若在此處放置一根皮托管，并使皮托管軸線與流向平行，如圖1所示，緊靠皮托管前端A的流體被阻滯，在阻滯區域的中心形成“駐點”，駐點處流動完全停止，流速等于零，壓力由靜壓p上升到滯止壓力p1 （總壓）。設流動為不可壓縮無粘性流體的穩定流動，則駐點處流體的伯努利方程為：

（1）

式中，p1為駐點處流體總壓；p、μ分別為駐點處流體靜壓和流速；ρ為流體密度。由此 可以得該點的流速為：

（2）

圖2　皮托管測量原理

A-總壓感應點；B-靜壓感應點

考慮到實際測量情況與理論上的差別，引入皮托管系數a（數值由實驗確定）對上式進行修正，修正后的流速公式為：

（3）

對于可壓縮流體，考慮到壓縮性的影響，實際流速計算公式為：

（4）

式中，（1-ε）為流體可壓縮性修正系數，對不可壓縮流體ε＝0。

皮托管可以測得管道截面上某一點的流速，若該點流速恰為管道截面上的平均流速，則流量可由式（A為管道截面積）求出。理論上可以根據前述流速分布與平均流速關系式求出平均流速所在半徑位置（例如層流狀態時，在管道半徑r＝0.707R的圓環上的流速等于管道截面平均流速，R為管道內半徑），只要將皮托管放在該位置就可測得平均流速，進而求出流量。但實際應用中，該方法誤差大，難以實施，因為由于種種因素的影響，圓管內的實際流速分布并不能按理論方法確定。因此，實用中通常采取在同一截面選取多點測量，然后求出平均流速的方法。如何選取測量點是皮托管測流量的關鍵，目前較常用的方法有等環面法、切比雪夫積分法和對數線性法。

使用皮托管時，需將其牢固固定，測頭軸線應與管道軸線平行，被測流體的流動應盡可能保持穩定，否則將帶來測量誤差。在管路中選擇插入皮托管的橫截面位置，應保證其有足夠長的上下游直管段。

皮托管具有壓損小、價格低廉等優點，適用于中、大管徑管道的流量測量，尤其在實驗室研究和測定流體的流速分布時，更具明顯優越性。缺點是測量結果受流速分布影響嚴重、計算復雜，精度也較低，測量時間長，難以實現自動測量等。

（2）均速管流量計

均速管流量計（又稱阿紐巴Annubar管）是基于皮托管原理而發展起來的一種新型流量計。均速管能夠直接測出管道截面上的平均流速，比之于皮托管，簡化了測量過程，提高了測量準確性。

均速管是一根橫跨管道的中空、多孔金屬管，其結構如圖3所示。在迎流方向上開有對稱的兩對總壓取壓孔（也可以是二對以上），各總壓取壓孔位置分別對應4個面積相等的半環形和半圓形區域，各總壓孔相通，測得的流體總壓均壓后由總壓管引出，這可認為是反映截面平均流速的總壓。在背向流體流向一側的中央開有一個靜壓取壓孔，測得流體靜壓由靜壓管引出。由平均總壓與靜壓之差即可求得管道截面的平均流速，從而實現測量流量的目的。

圖3　均速管原理

均速管測量流速的原理與皮托管相同，其流速也可以用皮托管的流速公式（3）表示．而體積流量可由下式確定

（5）

式中，A為管道截面積；α為取決于均速管及管道內徑的流量系數，由實驗確定。

均速管流量計結構簡單，便于安裝，價格便宜；壓力損失小，能耗少；準確度及長期穩定性較好；適用范圍廣，可適用于液體、氣體和蒸汽等多種流體以及高溫高壓介質的流量測量。均速管流量計適用的管徑范圍為25～9000mm，尤其適用于大口徑管道的流量測量。但它產生的差壓信號較低，需要配用低量程差壓計；不適用于污臟、有沉淀物的流體。