上海隆拓儀器設備有限公司
免費會員
要了解皮托管的測速原理，首先應了解皮托管的構成。目前使用的皮托管是一根雙層結構的彎成直角的金屬小管，如圖5-la）所示。：
在皮托管的頭部迎流方向開一個小孔A，稱總壓孔。在皮托管的頭部下游某處又開有若干小孔B，稱為靜壓孔。皮托管所測得的流速是皮托管頭部頂端所對的那一點流速。
當皮托管沒有插入流場時，設某一點的流速為u，靜壓為P。為了測得該點流速，我們將皮托管頂端的小孔A對準此點，并使皮托管軸線與流向平行。這時由于插入了皮托管，A點的流速被滯止為零，壓力由原來的靜壓ρ上升為滯止壓力ρ0（或稱總壓P0）。ρ0不但包含了流體原來的靜壓力ρ，而且還包含了由流體功能轉化為靜壓力的部分。也即如包含了流速U的信息。只要從ρ0中將原來的靜壓ρ減去，就可得到流速值u。
為了從理論上建立總壓和靜壓之差與流速的關系，我們先假設流體流動為理想的不可壓縮流體的定常流動。根據理想的不可壓縮流體的伯努利方程，對于A點及下游B點可列出如下關系式：
所以
這就是皮托管測量流速的理論公式。式中，ρ為被測流體的密度；（P0-P）為總壓和靜壓之差，可用差壓計來測量
值得注意的是用皮托管測流速時，靜壓ρ并不是從A點測到的，而是從下游某處B點測到的。所以如何保證B點的壓力就是沒插入皮托管時被測點的壓力ρ，就成了設計皮托管的關鍵。
另外不管對皮托管進行如何精心的設計，總壓孔和靜壓孔位置的不一致，流體滯止過程中的能量損失等因素使得皮托管測到的流速u與差壓（P0-P）的關系不能*由式（5-1）所確定，而應進行修正。對于可壓縮流體，還應考慮壓縮性影響的修正。修正后的流速公式為
式中，α為皮托管系數，是修正由于總壓孔和靜壓孔的位置不一致及流體滯止過程中的能量損失等因素造成的差異，由實驗標定得到。（1-ε）為壓縮性影響系數，用于修正測量可壓縮流體（氣體）時流體壓縮性帶來的影響，可用式（5-3）計算：
如果用馬赫數Ma表示，則（1-ε）可表示成：
從上式可以看出，Ma越大，壓縮性的影響也越大。表5-1是空氣（設κ=1.4）的壓縮性影響系數與馬赫數Ma的關系。
從上表可以看出，用皮托管測量氣體流速時，如果Ma≤O.2，則即使不進行壓縮性修正，也不會產生太大的誤差。但隨著Ma的提高，壓縮性影響會越來越大。所以，皮托管一般不能用于高馬赫數的測量。
