皮托管检定夹具设计.pdfVIP

S1 皮托管检定夹具的设计 韩书新 （黑龙江省大气探测技术保障中心，哈尔滨，150030） 摘 要 在皮托管检定过程中，皮托管在风洞洞体内的安装误差及夹持的稳定性对数据测量的精度有着很大的 影响。这些影响有可能导致检定结果的不准确。根据皮托管测量原理，设计一种用于气象低速风洞的皮托 管检定夹具。通过试验表明，这种夹具很好的保证了皮托管在风洞洞体内的安装误差及其检定过程的稳定 性，即便是在流速较大的情况下，皮托管仍能保持良好的稳定性而不会发生偏转，从而保证了检定时的测 量精度。实践证明，这种皮托管夹具可以很好的减小试验安装误差及夹持的稳定性对皮托管检定测量精度 的影响，并且可以广泛适用于各种类型、尺寸的皮托管检定工作，特别在较大尺寸的皮托管检定中效果尤 为显著。 关键词：安装误差；风速测量；皮托管；夹具；稳定性 引言 皮托管又称皮托静压管，是一种测量气流总压和静压以确定气流速度的设备。它是由 一个垂直在支杆上的圆筒形流量头组成的管状装置。在皮托管的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[1]。 皮托管作为一种高精度的测量设备，经过精密加工及标定后，在马赫数小于 2 的流速 范围内，其精度可达 10-3 级别，所以即便皮托管已有二百多年的历史，但它至今仍被广泛 应用于工业及民用领域[2]。 1 皮托管的构造及工作原理 1.1 皮托管的结构 皮托管的构造如图 1 所示。皮托管外形为直角弯折的金属管，皮托管的顶端有一个总 压孔，在其侧壁上排布着若干的静压孔。总压孔与静压孔相互独立，分别用导压管引出连 接至微压计[3]。较长的支杆将总压孔和静压孔的接头引出以便于二者与微压计相连。在支 杆的下部有定向杆，其作用是为了保证皮托管使用中总压孔与气流方向上的定位。图中竖 直向下的管是用来测量总压力的，被称为皮托管；而水平向右的管子是测量静压力的，被 称为静压管。 作者简介：韩书新(1979-)，男，工作方向：风速，风向传感器检定，E-mail: brian_hanks@163.com . 图1 皮托管结构示意图 实际上通常所说的皮托管均为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，即国际标准中所推荐的锥形头（GETIAT），椭圆形头（MPL），球形头（AMCA）等 三种形式。 1.2 皮托管的工作原理 皮托管是一种伯努利方程在空气中的应用[4]。如图 2 所示，当理想流体均匀且平行流 向静止物体时，设想其中一条流线撞击在物体的驻点 A 上，则流体在该点将发生分流，驻 点 A 处的流体流速为零，即V 0 。 A 图2 皮托管工作原理图 选择两个截面 K1 和 K2，其中 K1 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。K2 截面流动受到影响，流束密集，流速 加快，静压降低。则在 K1，K2 面上的伯努利方程为： P V2 P V2 V2 1 K 1 2 K 2 2 + + +ε （1） 1 2 ρ1 2 ρ2 2 2 其中，ε—为截面 K1，K2间的流体阻尼系数，这里