本發(fā)明涉及一種流速計(jì)或流量計(jì)，特別是涉及一種不受非測(cè)量方向流速影響的皮托管流速計(jì)或流量計(jì)。

背景技術(shù)：

皮托管是一種傳統(tǒng)的差壓式流速測(cè)量?jī)x表，常規(guī)皮托管具有兩個(gè)壓力測(cè)量孔，其中一個(gè)壓力測(cè)量孔朝向來(lái)流方向，測(cè)量流體的總壓pt，另外一個(gè)孔與來(lái)流方向成90度角或背向來(lái)流方向測(cè)量流體的靜壓ps。常見(jiàn)的測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力值的皮托管流速計(jì)有l(wèi)型皮托管和s型皮托管，如圖1所示，l型皮托管的總壓孔在皮托管的最前端朝向待測(cè)流速方向，靜壓孔由幾個(gè)互相連通的垂直于待測(cè)流速方向的孔組成。如圖2所示，最常見(jiàn)的s型皮托管的總壓孔和靜壓孔都是獨(dú)立的單孔結(jié)構(gòu)，總壓孔朝向待測(cè)流速方向，靜壓孔背向待測(cè)流速方向。

在不可壓縮流體中，根據(jù)伯努利方程，如果已知流體的密度，根據(jù)兩個(gè)測(cè)量孔的壓差即可得到流體流速v。

但是通常皮托管的總壓孔和靜壓孔測(cè)量值會(huì)偏離流體中真實(shí)的總壓和靜壓值，因此通常皮托管需要在風(fēng)洞、水洞或者拖曳水池中進(jìn)行標(biāo)定，得到實(shí)際流速與根據(jù)測(cè)量差壓計(jì)算得到流速值的比例(皮托管的校準(zhǔn)系數(shù))k，因此實(shí)際流速v和總壓孔讀數(shù)ptr以及靜壓孔讀數(shù)psr的關(guān)系為

皮托管經(jīng)常被用來(lái)測(cè)量不同形式流道中的流量，流道的流量即為流道橫截面中各點(diǎn)軸向流速的積分值。在測(cè)量時(shí)如果已知測(cè)量點(diǎn)的軸向流速與截面流量的比值關(guān)系，可以將皮托管在此測(cè)量點(diǎn)固定安裝，進(jìn)行流量測(cè)量。如果流場(chǎng)內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)軸向流速值與截面流量值的關(guān)系未知，需要使用皮托管在流道截面進(jìn)行掃描，通過(guò)對(duì)掃描得到的軸向流速值進(jìn)行積分計(jì)算截面流量值。無(wú)論對(duì)于哪一種方法，都需要準(zhǔn)確的軸向流速測(cè)量從而得到準(zhǔn)確的流量值。

如果將測(cè)量點(diǎn)的流速值分為直角坐標(biāo)系中的三個(gè)流速分量，包括一個(gè)待測(cè)方向的流速分量(在流道流量測(cè)量時(shí)為軸向流速)，和垂直于待測(cè)方向平面內(nèi)的兩個(gè)流速分量(橫向流動(dòng)分量)，如圖3所示。對(duì)于只測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力值的皮托管流量計(jì)，如果將皮托管對(duì)向待測(cè)流速分量，通常橫向流動(dòng)分量的存在將改變皮托管的讀數(shù)，也就是橫向流動(dòng)會(huì)影響皮托管的差壓值，并且皮托管是無(wú)法分辨差壓值是來(lái)源于待測(cè)流速分量還是橫向流動(dòng)的。

在測(cè)量流場(chǎng)中某一點(diǎn)的流速時(shí)，只有當(dāng)皮托管和流速相對(duì)方向與標(biāo)定時(shí)的相對(duì)位置相同時(shí)(通常需要總壓孔朝向流速方向)，校準(zhǔn)系數(shù)才是有效的。對(duì)于流道流量測(cè)量，軸向流速是需要測(cè)量的數(shù)據(jù)，但往往由于某些擾流情況的存在，流道中的流速并非沿軸向。對(duì)于非軸向的流速，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)皮托管使其朝向流速方向，根據(jù)流速的大小和方向計(jì)算得到軸向流速大小。但是實(shí)際往往皮托管無(wú)法識(shí)別流速方向，或者能夠識(shí)別方向的皮托管由于現(xiàn)場(chǎng)條件及皮托管結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法將皮托管旋轉(zhuǎn)到與標(biāo)定時(shí)相同的工況(朝向流速方向)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)流道流量的準(zhǔn)確測(cè)量。例如s型皮托管通常作為煙道中煙氣流量的測(cè)量工具，如圖4所示，在測(cè)量煙道中某點(diǎn)的流速時(shí)，可以通過(guò)改變皮托管的扭轉(zhuǎn)角(yawangle)來(lái)尋找流速方向所在的平面，但是由于s型皮托管無(wú)法識(shí)別偏轉(zhuǎn)角(pitchangle)，也無(wú)法改變偏轉(zhuǎn)角，因此無(wú)法確定流速方向，由此引入的點(diǎn)流速測(cè)量不確定度能夠高達(dá)百分之幾十。

因此，傳統(tǒng)的皮托管存在無(wú)法分辨流速方向、皮托管壓差值即和朝向方向的流速相關(guān)也和橫向流動(dòng)的流速相關(guān)、在測(cè)量流道流量時(shí)橫向流動(dòng)會(huì)引入測(cè)量不確定度等諸多問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種能夠消除橫向流動(dòng)影響的測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力值的皮托管流速計(jì)或流量計(jì)。

本發(fā)明提供了一種不受非測(cè)量方向流速影響的皮托管流速計(jì)或流量計(jì)，包括：頭部；支桿，所述支桿用以支撐所述頭部，所述頭部包括擴(kuò)張段和收縮段，所述擴(kuò)張段的最大截面積位置靠近所述收縮段的最大截面積位置，在所述頭部上的擴(kuò)張段上具有至少一個(gè)開(kāi)口；在所述頭部的收縮段上具有至少一個(gè)開(kāi)口。

其中，頭部包括擴(kuò)張段和收縮段。

其中，在所述擴(kuò)張段和收縮段上總計(jì)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上孔。

本發(fā)明的皮托管流速計(jì)或流量計(jì)具有朝向哪個(gè)方向即測(cè)量哪個(gè)方向流速的特性，測(cè)量差壓值受垂直于朝向方向平面內(nèi)橫向流動(dòng)的影響很小。在測(cè)量流道流量時(shí)將皮托管朝向軸向來(lái)流，測(cè)量差壓值只與軸向流速有關(guān)，與橫向流速無(wú)關(guān)，從而，避免橫向流動(dòng)對(duì)皮托管流道流速測(cè)量的影響。

附圖說(shuō)明

圖1傳統(tǒng)l型皮托管流速計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2傳統(tǒng)s型皮托管流速計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3待測(cè)流速分量與橫向流動(dòng)的示意圖；

圖4s型皮托管的流速攻角的示意圖；

圖5為皮托管的第一實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為皮托管的第二實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為皮托管的第三實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為皮托管的第四實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為皮托管的第五實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為皮托管的第一種變形實(shí)施例的正面視圖；

圖11為皮托管的第二種變形實(shí)施例的正面視圖；

圖12為皮托管的第三種變形實(shí)施例的正面視圖；

圖13為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第一變形實(shí)施例；

圖14為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第二變形實(shí)施例；

圖15為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第三變形實(shí)施例；

圖16為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第四變形實(shí)施例；

圖17為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第五變形實(shí)施例；

圖18為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第六變形實(shí)施例；

圖19為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第七變形實(shí)施例；

圖20為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的第八變形實(shí)施例；

圖21為皮托管的支桿設(shè)置位置的第一實(shí)施例示意圖；

圖22為皮托管的支桿設(shè)置位置的第二實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下述的說(shuō)明只是為了便于對(duì)發(fā)明進(jìn)行解釋，而不作為對(duì)其范圍的具體限定。

本發(fā)明的不受非測(cè)量方向流速(橫向流動(dòng)流速)影響的皮托管流速計(jì)或流量計(jì)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力值，使用一個(gè)孔或多個(gè)連通起來(lái)的孔或多個(gè)不連通孔的壓力平均值測(cè)量流體總壓(對(duì)于不同的外形設(shè)計(jì)，此壓力值并不一定等于總壓)，使用另外一個(gè)孔或多個(gè)連通起來(lái)的孔或多個(gè)不連通孔的壓力平均值測(cè)量流體靜壓(對(duì)于不同的外形設(shè)計(jì)，此壓力值并不一定等于流體靜壓)，當(dāng)皮托管流量計(jì)朝向待測(cè)方向時(shí)，如果存在垂直于待測(cè)方向平面內(nèi)的橫向流動(dòng)，和沒(méi)有橫向流動(dòng)時(shí)相比總壓孔和靜壓孔的測(cè)量壓力將同時(shí)改變，通過(guò)對(duì)皮托管形狀進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使皮托管由于橫向流動(dòng)引起的總壓孔和靜壓孔的測(cè)量壓力變化值能夠部分抵消或完全抵消，從而降低或消除由于橫向流動(dòng)引起的差壓測(cè)量值(總壓孔和靜壓孔測(cè)量壓力值的差)的變化量，差壓測(cè)量值主要與朝向的待測(cè)方向流速相關(guān)(當(dāng)不能完全抵消橫向流動(dòng)影響時(shí)差壓測(cè)量值也與橫向流動(dòng)有關(guān)，但影響已經(jīng)降低)，從而減小或消除橫向流動(dòng)對(duì)待測(cè)方向流速測(cè)量結(jié)果的影響。

如圖5所示為皮托管的第一實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，所述皮托管包括支桿1和頭部2，圖5中所示箭頭方向?yàn)榇郎y(cè)流速方向，對(duì)于圖5中的皮托管來(lái)說(shuō)，支桿1位于頭部2的下方，其用于支撐所述頭部2，所述頭部具有擴(kuò)張段和收縮段，如圖5所示，沿待測(cè)流速的方向，擴(kuò)張段的截面積逐漸增大，所述擴(kuò)張段在與所述收縮段連接的位置處具有最大截面積，所述收縮段在與所述擴(kuò)張段相連接的位置處具有最大截面積，隨著向箭頭方向延伸，所述收縮段的截面積逐漸減小，所述頭部2還包括有第一端口和第二端口，所述第一端口位于所述擴(kuò)張段，所述第二端口位于所述收縮段，如圖5中所示，所述第一端口位于所述頭部2的左側(cè)，所述第二端口位于所述頭部2的右側(cè)，雖然頭部2中的擴(kuò)張段和收縮段之間相連，在相連的位置處具有由于制成所述頭部2的支桿1，但是在所述擴(kuò)張段和所述收縮段之間可以進(jìn)一步設(shè)置有過(guò)渡段(未圖示)，所述過(guò)渡段用于將所述擴(kuò)張段和所述收縮段進(jìn)行連接，其能夠進(jìn)一步的平穩(wěn)流體，具有明顯的效果。

圖6-圖9中所示為進(jìn)一步的變形實(shí)施例，它們相對(duì)于圖5中相同的結(jié)構(gòu)特征就不再描述，視為圖5中示例所具有的特征和功能，在圖6-圖9的皮托管也具有相同的特征和能夠。

如圖6所示，所述頭部2的擴(kuò)張段包括兩部分，所述第一副擴(kuò)張段與第二副擴(kuò)張段相連，所述第二副擴(kuò)張段的最大截面積處與所述收縮段相連接，作為進(jìn)一步的選擇，所述擴(kuò)張段可以包括多個(gè)副擴(kuò)張段，所述多個(gè)副擴(kuò)張段之間依次嵌套密封連接，所述收縮段也可以包括多個(gè)副收縮段。

如圖7所示，所述頭部2的擴(kuò)張段與收縮段的組合，在整體上看為接近橢圓形，在所述橢圓形的兩端為開(kāi)口，左側(cè)開(kāi)口為第一端口，右側(cè)開(kāi)口為第二端口。

如圖8所示，所述擴(kuò)張段的側(cè)面為拋物線形狀，所述側(cè)面向外側(cè)突出，頭部2的收縮段的側(cè)面為內(nèi)凹形狀，所述擴(kuò)張段具有第一長(zhǎng)度，所述收縮段具有第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度大于所述第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度為第二長(zhǎng)度的1.5倍、2倍和更多的倍數(shù)。

如圖9所示，所述擴(kuò)張段的側(cè)面為內(nèi)凹形狀，所述收縮段為外凸形式，所述擴(kuò)張段具有第一長(zhǎng)度，所述收縮段具有第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度大于所述第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度為第二長(zhǎng)度的1.5倍、2倍和更多的倍數(shù)。

如圖5-圖9中的五種皮托管的變形實(shí)施例所示，在皮托管的兩側(cè)分別具有第一端口和第二端口，其中，第一端口位于所述頭部2的左側(cè)，所述第二端口位于所述頭部2的右側(cè)，雖然頭部2中的擴(kuò)張段和收縮段之間相連，在相連的位置處具有用于支撐所述頭部2的支桿1；優(yōu)選的，在所述擴(kuò)張段和所述收縮段之間可以進(jìn)一步設(shè)置有過(guò)渡段(未圖示)，所述過(guò)渡段用于將所述擴(kuò)張段和所述收縮段進(jìn)行連接，其能夠進(jìn)一步的平穩(wěn)流體，具有明顯的效果。

圖10-圖12所示為皮托管的三種變形實(shí)施例的正面視圖。圖10-圖12中待測(cè)流速的方向垂直于紙面，作為垂直于待測(cè)流速方向的截面圖，所述界面圖為擴(kuò)張段與收縮段連接位置處的界面示意圖，圖10-圖12只是為了對(duì)其截面結(jié)構(gòu)的理解作為示意性說(shuō)明，并不代表對(duì)結(jié)構(gòu)特征的唯一性限定，圖10-圖12中三種變形截面示意圖的說(shuō)明并不意味著皮托管只具有這三種方式，而其實(shí)際上可以具有更多的結(jié)構(gòu)變形，這里只是例舉，而非窮舉，不理解為對(duì)皮托管的變形數(shù)量的限制。如圖10中顯示了皮托管橫截面形狀可以為圓形、圖11中顯示了皮托管橫截面形狀可以為多邊形、圖12中顯示了皮托管橫截面形狀可以為橢圓形，進(jìn)一步的皮托管橫截面形狀其它對(duì)稱或者非對(duì)稱形狀。

圖13-圖20所示為皮托管的總壓孔和靜壓孔的不同設(shè)置位置的變形實(shí)施例。如圖13中所示，在頭部的兩端分別設(shè)置有單孔3；如圖14中所示，皮托管的頭部的擴(kuò)張段的一側(cè)設(shè)置單孔，而在收縮段的端部不設(shè)置有孔，在所述收縮段的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)孔4，所述多個(gè)孔4可以連通，或者所述多個(gè)孔4互相不連通。所述多個(gè)孔4可以環(huán)繞收縮段的一圈設(shè)置；如圖15中所示，在擴(kuò)張段的一端設(shè)置單孔，在擴(kuò)張段靠近收縮段的位置處設(shè)置多個(gè)孔，所述多個(gè)孔可以是多個(gè)連通或不連通的孔；如圖16中所示，在擴(kuò)張段的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)孔，在收縮段的端部設(shè)置單孔，所述多個(gè)孔可以是多個(gè)連通或不連通的孔；如圖17中所示，在擴(kuò)張段和收縮段的側(cè)面上分別設(shè)置多個(gè)孔，所述多個(gè)孔可以是多個(gè)連通或不連通的孔；如圖18中所示，在擴(kuò)張段的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)孔，在擴(kuò)張段靠近收縮段的位置處再設(shè)置多個(gè)孔，在所述擴(kuò)張段的擴(kuò)張截面上設(shè)置兩組分離的孔，每組中的孔為多個(gè)連通或不連通的孔；如圖19中所示，在收縮段的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)孔，在收縮段靠近擴(kuò)張段的位置處再設(shè)置多個(gè)孔，在所述收縮段的收縮截面上設(shè)置兩組分離的孔，每組中的孔為多個(gè)連通或不連通的孔；如圖20中所示，在收縮段的側(cè)面上設(shè)置多個(gè)孔，在收縮段的端部設(shè)置單孔，所述多個(gè)孔為多個(gè)連通或不連通的孔。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在所述過(guò)渡段上可以設(shè)置一個(gè)單孔和多個(gè)孔，所述多個(gè)孔為多個(gè)連通或不連通的孔。

如圖21-圖22所示為皮托管的支桿設(shè)置位置的不同實(shí)施例示意圖。如圖21中所示，所示支桿與所述皮托管的頭部的延伸方向相垂直；如圖22中所示，所示支桿與所述皮托管的頭部的延伸方向相一致；實(shí)際對(duì)于支桿的設(shè)置位置和方向不做限制，其可能采用符合測(cè)量要求的支撐桿形式或其他的支撐結(jié)構(gòu)形式。

本發(fā)明的皮托管的形狀經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為，沿著待測(cè)流速方向(皮托管朝向待測(cè)流速方向)，皮托管的橫截面面積(不包括支桿)先逐漸變大隨后逐漸縮小。沿著待測(cè)流速方向看皮托管截面形狀可能為圓形、橢圓形或者多邊形等，截面可能是對(duì)稱形狀，也可能設(shè)計(jì)成非對(duì)稱形狀。皮托管的總壓孔和靜壓孔可能分別布置在截面擴(kuò)張段和截面收縮段，也可能都布置在截面擴(kuò)張段，也可能都布置在截面收縮段?？倝嚎卓赡苁且粋€(gè)孔也可能是幾個(gè)孔，靜壓孔可能是一個(gè)孔也可能是幾個(gè)孔。通過(guò)特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本發(fā)明的皮托管能夠使得使橫向流動(dòng)引起的總壓孔和靜壓孔壓力變化值能夠部分或完全抵消。皮托管可能采用任何合適的支撐形式。皮托管結(jié)構(gòu)如圖5-圖8所列舉了的部分皮托管的實(shí)施方式，并不涵蓋本專利涉及的全部皮托管形式

本發(fā)明的皮托管流速計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的表面形狀，使流體在繞流表面后總壓孔和靜壓孔位置壓力值隨橫向流動(dòng)的變化量能夠部分或者全部抵消，降低或消除橫向流動(dòng)對(duì)流速測(cè)量的影響。在進(jìn)行流速或者流量測(cè)量時(shí)，只需將皮托管朝向待測(cè)方向進(jìn)行測(cè)量即可。

可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。