一种不受非测量方向流速影响的皮托管流速计或流量计的制作方法

本发明涉及一种流速计或流量计，特别是涉及一种不受非测量方向流速影响的皮托管流速计或流量计。

背景技术：

皮托管是一种传统的差压式流速测量仪表，常规皮托管具有两个压力测量孔，其中一个压力测量孔朝向来流方向，测量流体的总压pt，另外一个孔与来流方向成90度角或背向来流方向测量流体的静压ps。常见的测量两个压力值的皮托管流速计有l型皮托管和s型皮托管，如图1所示，l型皮托管的总压孔在皮托管的最前端朝向待测流速方向，静压孔由几个互相连通的垂直于待测流速方向的孔组成。如图2所示，最常见的s型皮托管的总压孔和静压孔都是独立的单孔结构，总压孔朝向待测流速方向，静压孔背向待测流速方向。

在不可压缩流体中，根据伯努利方程，如果已知流体的密度，根据两个测量孔的压差即可得到流体流速v。

但是通常皮托管的总压孔和静压孔测量值会偏离流体中真实的总压和静压值，因此通常皮托管需要在风洞、水洞或者拖曳水池中进行标定，得到实际流速与根据测量差压计算得到流速值的比例(皮托管的校准系数)k，因此实际流速v和总压孔读数ptr以及静压孔读数psr的关系为

皮托管经常被用来测量不同形式流道中的流量，流道的流量即为流道横截面中各点轴向流速的积分值。在测量时如果已知测量点的轴向流速与截面流量的比值关系，可以将皮托管在此测量点固定安装，进行流量测量。如果流场内一个或几个测量点轴向流速值与截面流量值的关系未知，需要使用皮托管在流道截面进行扫描，通过对扫描得到的轴向流速值进行积分计算截面流量值。无论对于哪一种方法，都需要准确的轴向流速测量从而得到准确的流量值。

如果将测量点的流速值分为直角坐标系中的三个流速分量，包括一个待测方向的流速分量(在流道流量测量时为轴向流速)，和垂直于待测方向平面内的两个流速分量(横向流动分量)，如图3所示。对于只测量两个压力值的皮托管流量计，如果将皮托管对向待测流速分量，通常横向流动分量的存在将改变皮托管的读数，也就是横向流动会影响皮托管的差压值，并且皮托管是无法分辨差压值是来源于待测流速分量还是横向流动的。

在测量流场中某一点的流速时，只有当皮托管和流速相对方向与标定时的相对位置相同时(通常需要总压孔朝向流速方向)，校准系数才是有效的。对于流道流量测量，轴向流速是需要测量的数据，但往往由于某些扰流情况的存在，流道中的流速并非沿轴向。对于非轴向的流速，可以通过旋转皮托管使其朝向流速方向，根据流速的大小和方向计算得到轴向流速大小。但是实际往往皮托管无法识别流速方向，或者能够识别方向的皮托管由于现场条件及皮托管结构的限制，无法将皮托管旋转到与标定时相同的工况(朝向流速方向)，因此无法实现流道流量的准确测量。例如s型皮托管通常作为烟道中烟气流量的测量工具，如图4所示，在测量烟道中某点的流速时，可以通过改变皮托管的扭转角(yawangle)来寻找流速方向所在的平面，但是由于s型皮托管无法识别偏转角(pitchangle)，也无法改变偏转角，因此无法确定流速方向，由此引入的点流速测量不确定度能够高达百分之几十。

因此，传统的皮托管存在无法分辨流速方向、皮托管压差值即和朝向方向的流速相关也和横向流动的流速相关、在测量流道流量时横向流动会引入测量不确定度等诸多问题。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种能够消除横向流动影响的测量两个压力值的皮托管流速计或流量计。

本发明提供了一种不受非测量方向流速影响的皮托管流速计或流量计，包括：头部；支杆，所述支杆用以支撑所述头部，所述头部包括扩张段和收缩段，所述扩张段的最大截面积位置靠近所述收缩段的最大截面积位置，在所述头部上的扩张段上具有至少一个开口；在所述头部的收缩段上具有至少一个开口。

其中，头部包括扩张段和收缩段。

其中，在所述扩张段和收缩段上总计具有两个或者两个以上孔。

本发明的皮托管流速计或流量计具有朝向哪个方向即测量哪个方向流速的特性，测量差压值受垂直于朝向方向平面内横向流动的影响很小。在测量流道流量时将皮托管朝向轴向来流，测量差压值只与轴向流速有关，与横向流速无关，从而，避免横向流动对皮托管流道流速测量的影响。

附图说明

图1传统l型皮托管流速计的结构示意图；

图2传统s型皮托管流速计的结构示意图；

图3待测流速分量与横向流动的示意图；

图4s型皮托管的流速攻角的示意图；

图5为皮托管的第一实施例的侧面结构示意图；

图6为皮托管的第二实施例的侧面结构示意图；

图7为皮托管的第三实施例的侧面结构示意图；

图8为皮托管的第四实施例的侧面结构示意图；

图9为皮托管的第五实施例的侧面结构示意图；

图10为皮托管的第一种变形实施例的正面视图；

图11为皮托管的第二种变形实施例的正面视图；

图12为皮托管的第三种变形实施例的正面视图；

图13为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第一变形实施例；

图14为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第二变形实施例；

图15为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第三变形实施例；

图16为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第四变形实施例；

图17为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第五变形实施例；

图18为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第六变形实施例；

图19为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第七变形实施例；

图20为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的第八变形实施例；

图21为皮托管的支杆设置位置的第一实施例示意图；

图22为皮托管的支杆设置位置的第二实施例示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。

本发明的不受非测量方向流速(横向流动流速)影响的皮托管流速计或流量计，测量两个压力值，使用一个孔或多个连通起来的孔或多个不连通孔的压力平均值测量流体总压(对于不同的外形设计，此压力值并不一定等于总压)，使用另外一个孔或多个连通起来的孔或多个不连通孔的压力平均值测量流体静压(对于不同的外形设计，此压力值并不一定等于流体静压)，当皮托管流量计朝向待测方向时，如果存在垂直于待测方向平面内的横向流动，和没有横向流动时相比总压孔和静压孔的测量压力将同时改变，通过对皮托管形状进行特殊设计，使皮托管由于横向流动引起的总压孔和静压孔的测量压力变化值能够部分抵消或完全抵消，从而降低或消除由于横向流动引起的差压测量值(总压孔和静压孔测量压力值的差)的变化量，差压测量值主要与朝向的待测方向流速相关(当不能完全抵消横向流动影响时差压测量值也与横向流动有关，但影响已经降低)，从而减小或消除横向流动对待测方向流速测量结果的影响。

如图5所示为皮托管的第一实施例的侧面结构示意图，所述皮托管包括支杆1和头部2，图5中所示箭头方向为待测流速方向，对于图5中的皮托管来说，支杆1位于头部2的下方，其用于支撑所述头部2，所述头部具有扩张段和收缩段，如图5所示，沿待测流速的方向，扩张段的截面积逐渐增大，所述扩张段在与所述收缩段连接的位置处具有最大截面积，所述收缩段在与所述扩张段相连接的位置处具有最大截面积，随着向箭头方向延伸，所述收缩段的截面积逐渐减小，所述头部2还包括有第一端口和第二端口，所述第一端口位于所述扩张段，所述第二端口位于所述收缩段，如图5中所示，所述第一端口位于所述头部2的左侧，所述第二端口位于所述头部2的右侧，虽然头部2中的扩张段和收缩段之间相连，在相连的位置处具有由于制成所述头部2的支杆1，但是在所述扩张段和所述收缩段之间可以进一步设置有过渡段(未图示)，所述过渡段用于将所述扩张段和所述收缩段进行连接，其能够进一步的平稳流体，具有明显的效果。

图6-图9中所示为进一步的变形实施例，它们相对于图5中相同的结构特征就不再描述，视为图5中示例所具有的特征和功能，在图6-图9的皮托管也具有相同的特征和能够。

如图6所示，所述头部2的扩张段包括两部分，所述第一副扩张段与第二副扩张段相连，所述第二副扩张段的最大截面积处与所述收缩段相连接，作为进一步的选择，所述扩张段可以包括多个副扩张段，所述多个副扩张段之间依次嵌套密封连接，所述收缩段也可以包括多个副收缩段。

如图7所示，所述头部2的扩张段与收缩段的组合，在整体上看为接近椭圆形，在所述椭圆形的两端为开口，左侧开口为第一端口，右侧开口为第二端口。

如图8所示，所述扩张段的侧面为抛物线形状，所述侧面向外侧突出，头部2的收缩段的侧面为内凹形状，所述扩张段具有第一长度，所述收缩段具有第二长度，所述第一长度大于所述第二长度，所述第一长度为第二长度的1.5倍、2倍和更多的倍数。

如图9所示，所述扩张段的侧面为内凹形状，所述收缩段为外凸形式，所述扩张段具有第一长度，所述收缩段具有第二长度，所述第一长度大于所述第二长度，所述第一长度为第二长度的1.5倍、2倍和更多的倍数。

如图5-图9中的五种皮托管的变形实施例所示，在皮托管的两侧分别具有第一端口和第二端口，其中，第一端口位于所述头部2的左侧，所述第二端口位于所述头部2的右侧，虽然头部2中的扩张段和收缩段之间相连，在相连的位置处具有用于支撑所述头部2的支杆1；优选的，在所述扩张段和所述收缩段之间可以进一步设置有过渡段(未图示)，所述过渡段用于将所述扩张段和所述收缩段进行连接，其能够进一步的平稳流体，具有明显的效果。

图10-图12所示为皮托管的三种变形实施例的正面视图。图10-图12中待测流速的方向垂直于纸面，作为垂直于待测流速方向的截面图，所述界面图为扩张段与收缩段连接位置处的界面示意图，图10-图12只是为了对其截面结构的理解作为示意性说明，并不代表对结构特征的唯一性限定，图10-图12中三种变形截面示意图的说明并不意味着皮托管只具有这三种方式，而其实际上可以具有更多的结构变形，这里只是例举，而非穷举，不理解为对皮托管的变形数量的限制。如图10中显示了皮托管横截面形状可以为圆形、图11中显示了皮托管横截面形状可以为多边形、图12中显示了皮托管横截面形状可以为椭圆形，进一步的皮托管横截面形状其它对称或者非对称形状。

图13-图20所示为皮托管的总压孔和静压孔的不同设置位置的变形实施例。如图13中所示，在头部的两端分别设置有单孔3；如图14中所示，皮托管的头部的扩张段的一侧设置单孔，而在收缩段的端部不设置有孔，在所述收缩段的侧面上设置多个孔4，所述多个孔4可以连通，或者所述多个孔4互相不连通。所述多个孔4可以环绕收缩段的一圈设置；如图15中所示，在扩张段的一端设置单孔，在扩张段靠近收缩段的位置处设置多个孔，所述多个孔可以是多个连通或不连通的孔；如图16中所示，在扩张段的侧面上设置多个孔，在收缩段的端部设置单孔，所述多个孔可以是多个连通或不连通的孔；如图17中所示，在扩张段和收缩段的侧面上分别设置多个孔，所述多个孔可以是多个连通或不连通的孔；如图18中所示，在扩张段的侧面上设置多个孔，在扩张段靠近收缩段的位置处再设置多个孔，在所述扩张段的扩张截面上设置两组分离的孔，每组中的孔为多个连通或不连通的孔；如图19中所示，在收缩段的侧面上设置多个孔，在收缩段靠近扩张段的位置处再设置多个孔，在所述收缩段的收缩截面上设置两组分离的孔，每组中的孔为多个连通或不连通的孔；如图20中所示，在收缩段的侧面上设置多个孔，在收缩段的端部设置单孔，所述多个孔为多个连通或不连通的孔。作为进一步的改进，在所述过渡段上可以设置一个单孔和多个孔，所述多个孔为多个连通或不连通的孔。

如图21-图22所示为皮托管的支杆设置位置的不同实施例示意图。如图21中所示，所示支杆与所述皮托管的头部的延伸方向相垂直；如图22中所示，所示支杆与所述皮托管的头部的延伸方向相一致；实际对于支杆的设置位置和方向不做限制，其可能采用符合测量要求的支撑杆形式或其他的支撑结构形式。

本发明的皮托管的形状经过特殊设计，其特点为，沿着待测流速方向(皮托管朝向待测流速方向)，皮托管的横截面面积(不包括支杆)先逐渐变大随后逐渐缩小。沿着待测流速方向看皮托管截面形状可能为圆形、椭圆形或者多边形等，截面可能是对称形状，也可能设计成非对称形状。皮托管的总压孔和静压孔可能分别布置在截面扩张段和截面收缩段，也可能都布置在截面扩张段，也可能都布置在截面收缩段。总压孔可能是一个孔也可能是几个孔，静压孔可能是一个孔也可能是几个孔。通过特定的结构设计，本发明的皮托管能够使得使横向流动引起的总压孔和静压孔压力变化值能够部分或完全抵消。皮托管可能采用任何合适的支撑形式。皮托管结构如图5-图8所列举了的部分皮托管的实施方式，并不涵盖本专利涉及的全部皮托管形式

本发明的皮托管流速计通过设计特殊的表面形状，使流体在绕流表面后总压孔和静压孔位置压力值随横向流动的变化量能够部分或者全部抵消，降低或消除横向流动对流速测量的影响。在进行流速或者流量测量时，只需将皮托管朝向待测方向进行测量即可。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。