一种带固定装置的针式毕托管及其流速测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于流体测量仪器领域，具体涉及一种带固定装置的针式毕托管及其流速测量方法。
【背景技术】
[0002]在科研、生产、教学、环境保护以及净化室、矿井通风、能源管理部门，常用毕托管测量管道风速、炉窑烟道内的气流速度，经过换算来确定流量，也可测量管道内的水流速度。用毕托管测速和确定流量，有可靠的理论根据，使用方便、准确，是一种经典的广泛的测量方法。此外，它还可用来测量流体的压力。在现今的高校中的课程以及实验中毕托管是一种常用的实验工具，尤其是在流体力学方面的实验。毕托管在进行实验时要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段。为此，对于毕托管相对要求比较高，如:测量断面离来流方向的弯头、变径异形管等局部构件要大于4倍以上管道直径;离下游方向的局部弯头、变径结构应大于2倍管道直径等，测量气体、液体的毕托管因为介质密度不同而结构也大相径庭。
[0003]传统的毕托管，因为要达到其使用目的，往往体积庞大，测量过程对整个流场干扰极大，只能在外流或大型管道内使用，且流速范围狭小，如水文毕托管的测速范围为0.2?2m/s，空气毕托管的测速范围为1?60m/s，如果水或空气的流速范围超限，或者在某些方面，如细小管道内的内流问题、细微流速差异分布测量等，传统毕托管就无用武之地，别的传统实验手段也无从下手，除非利用先进手段如PIV等价格高昂的非常规手段，否者人们只能理论分析或估算，无法通过常规手段精确测量。
[0004]鉴于此，迫切需要设计一种全新的测量方式，实现对现阶段测量盲区的应用。
[0005]另外，目前针对小尺寸毕托管，没有较好地方式能够对其进行固定。毕托管通常用于检测某些管道或风洞中的气流流速，正如前所述，毕托管的加入应尽量减小对流体本身形态的影响。因此，若引入其他固定装置置于风洞中，必然会增加扰流，对测量结果产生较大干扰。基于此种考虑，有必要开发一种尽量减少干扰的同时，能将毕托管固定于装置管壁或其他位置上的装置。
【发明内容】
[0006]本发明的目的解决现有技术中存在的问题，并提供一种带固定装置的针式毕托管，具体技术方案如下:
[0007]—种带固定装置的针式毕托管，包括毕托管和管体固定装置，毕托管管体呈带有90°弯头的L型，管体分为水平方向的X轴管和垂直方向的Y轴管，Y轴管贯穿于管体固定装置的通孔中，毕托管管体仅在两端设有开口，其余部分均密闭。即毕托管中只设置总压管，而不设置测量静压的测压管。
[0008]为了减少毕托管对流体形态的干扰，作为优选，所述的毕托管管道面积小于测量管道面积的2%。传统的毕托管由于管体中需同时设置总压管和静压管，因此通常无法将管体制成孔径较小的针式，因此会对流体形态有较大影响。
[0009]作为优选，所述的毕托管管体的Y轴管上布置有刻度。
[0010]作为优选，所述的管体固定装置包括:下凹块、密封圈和上凸块，上凸块嵌入下凹块的凹槽中，使上凸块能在凹槽中上下移动；密封圈置于该凹槽底部；下凹块、密封圈和上凸块上开有用于容纳管体的通孔;所述的密封圈采用弹性材料，用于在受到上凸块挤压时发生形变夹紧管体。
[0011]上凸块与下凹块之间可采用任意一种连接方式，只要能使上凸块和下凹块之间能够阻尼性滑动即可，即能将上凸块固定于凹槽的某一位置，实现对密封圈的压缩。作为进一步的优选，所述的上凸块与下凹块之间通过螺纹连接。可通过方便的旋转，使上凸块嵌入下凹块中。
[0012]为了能更好地保持毕托管的稳定性，需要尽量增加固定装置与管体的接触长度和面积。作为更进一步的优选，所述的下凹块底部还设有沿管体方向延伸的圆柱状延伸块，延伸块上也开设有容纳管体的通孔，且该通孔与下凹块、密封圈和上凸块上的通孔贯通。上述四个部件上的通孔组合在一起，可以容纳管体。延伸块也可当做固定端直接插入待测管壁中。
[0013]作为再进一步的优选，所述的延伸块外侧壁上设有螺纹；
[0014]作为更进一步的优选，，所述的延伸块上套有垫圈，使密闭处下方气体或液体无法溢出，保持气密性。
[0015]由于毕托管下方通常伸入待测装置内部，而测量过程中又必须保证毕托管的入口与流体流动方向正对。作为优选，所述的毕托管管体上部固定有显示毕托管入口朝向的导向杆。导向杆方向与毕托管管体水平方向的X轴管方向一致，可以直接通过导向杆判定底部的X轴管方向，同时也可以将其作为调节方向的受力点。
[0016]—种使用所述的针式毕托管测定管道内流体流速的方法，步骤如下:将密封圈置入下凹块的凹槽中，将毕托管的Y轴管插入管体固定装置的通孔中，然后旋紧上凸块;毕托管的Y轴管102连接测压计或压力传感器;在需要固定的管壁上打一与延伸块直径相匹配的孔，将X轴管深入待测流体中，调整探压孔的方向，再将延伸块直接插入该孔中进行固定;待测部位压力即可通过测压计或压力传感器测量得到，从而换算出流速。
[0017]本发明相对于现有技术的有益效果为:
[0018]1)本发明针对毕托管的固定难题，提出了一种独特设计的固定装置，能通过简便地调节将毕托管或其他管体固定于装置上，并大大减小了对内部流体的影响；
[0019]2)设计了一种仅需测量全压的针式毕托管，管径细小，特别适合细管等内流问题的流速分布测量，对于风洞的高速流场内，可轻易测得风压，从而换算得到流速。
[0020]3)在毕托管Y轴上布局刻度尺，可使毕托管工作时一步到位测量得到空间距离与压力分布的函数关系值，大大提高了实验效率以及测量值的精准度；
[0021]4)在毕托管Y轴上设置导向杆，可轻易调整毕托管X轴管的探压孔所需测量方向及角度，大大提高了实验效率以及测量值的精准度。
【附图说明】
[0022]图1为一种带固定装置的针式毕托管的结构示意图；
[0023]图2为本发明的针式毕托管的结构示意图；
[0024]图3为本发明的管体固定装置的一种实现方式；
[0025]图4为本发明的管体固定装置的另一种实现方式；
[0026]图5为本发明的垫圈的设置方式；
[0027]图6为本发明的导向杆的设置方式。
[0028]图中:毕托管(1)、管体固定装置(2)、导向杆(3)、X轴管(101)、Y轴管(102)、上凸块(201)、密封圈(202)、下凹块(203)、延伸块(204)、垫圈(205)。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0030]如图1所示，一种带固定装置的针式毕托管，包括毕托管1和管体固定装置2。毕托管1形状如图2所示，管体呈带有90°弯头的L型，管体分为水平方向的X轴管101和垂直方向的Υ轴管102，Χ轴管101和Υ轴管102连通。Υ轴管102贯穿于管体固定装置2的通孔中。毕托管1管体仅在两端设有开口，其余部分均密闭。探压孔设置于X轴管101的末端。即毕托管中只设置总压管，而不设置测量静压的测压管。
[0031]传统的毕托管由于管体中需同时设置总压管和静压管，因此目前的工艺水平下，通常无法将管体制成孔径较小