皮托管测量影响因素分析Ⅰ.检测杆与安装角的影响

　　皮托管是使用最早和应用最广的一种气力式流速传感装置. 由于它具有结构简单, 制造使用方便, 价格低廉, 而且只要精心制造并经过严格标定和适当修正, 即可在一定的雷诺数范围内达到较高的测量精度[ 1] , 所以, 虽然皮托管的出现已历时两个多世纪, 但至今仍是在工业过程中被广泛使用, 尤其是在大管道风量和烟气量的测量中具有其它仪表所不能替代的优势[ 2-3] .

　　尽管对于皮托管测量的研究比较早, 国际标准化组织( Internat ional Organizatio n for Standardization, ISO ) 也颁布了关于皮托管测量的标准ISO3966-1977[ 4] , 为皮托管的设计、制造和使用提供了指导; 但是在工业现场使用时, 由于环境恶劣, 不可避免地会偏离规定的使用条件, 所以研究皮托管在非标准使用条件下各种因素对其测量的影响并进行修正[ 5-6] , 无论是在理论上还是应用上都具有重要的意义. 除了被测介质的物性参数以外, 影响皮托管测量的因素主要有检测杆( 即皮托管探头) 的形状和大小、安装角度、全压孔的大小、静压孔的位置等.本文分为两个部分: 第I 部分研究检测杆和安装角的影响, 第II 部分研究全压孔和静压孔的影响, 为优化皮托管的测量提供指导.

　　1 皮托管测量方程与特征速度点选择

　　实际上, 通过合理调整皮托管各部分的几何尺寸, 可以使全压、静压的测量误差接近于零. 图1 所示的L型( 标准) 皮托管是迄今为止最为完善的一种, 其校准系数为0. 99~ 1. 01, 且在较大的马赫数和雷诺数范围内保持定值[ 7] .

　　由式( 3) 可知, 皮托管所测得的实际上是其放置点处的流速, 如果该点速度或若干点的平均值正好等于管道截面上的平均流速, 则乘以管道截面积即可得到管道中的体积流量值. 这些用来计算平均流速的待测点称为特征速度点[ 8] . 特征速度点的选取方法很多, 对于直径不是很大的管道, 最简单最直接的一种方法是按照流速在管道内的分布, 将理论平均速度点作为特征速度点. 研究表明[ 9] , 流体在圆管内作层流流动时, 距管中心0. 707 R (R 为管道半径) 处的流速等于截面上的平均流速. 紊流流动时,若达到充分发展, 距管中心0. 762 R 处的流速近似等于截面的平均流速.

　　2 试验装置和过程

　　试验系统的组成如图2 所示.

　　离心式风机的流量为1 756 m³ / h, 压头为3. 6 kPa, 试验介质为15 e 的空气, 密度为1. 226 5kg/ m³ ; 直管段的内径为100 mm, 长度为4 500mm; 参考皮托管为L 型, 校准系数为1. 008, 其测量值作为试验皮托管的参考值; 试验皮托管均为L 型共有10 种, 参数如表1 所示.