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

背景技術(shù)：

皮托管是一種傳統(tǒng)的差壓式流速測量儀表，常規(guī)皮托管具有兩個壓力測量孔，其中一個壓力測量孔朝向來流方向，測量流體的總壓pt，另外一個孔與來流方向成90度角或背向來流方向測量流體的靜壓ps。常見的測量兩個壓力值的皮托管流速計有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流速方向，靜壓孔由幾個互相連通的垂直于待測流速方向的孔組成。如圖2所示，最常見的s型皮托管的總壓孔和靜壓孔都是獨立的單孔結(jié)構(gòu)，總壓孔朝向待測流速方向，靜壓孔背向待測流速方向。

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)兩個測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量值會偏離流體中真實的總壓和靜壓值，因此通常皮托管需要在風洞、水洞或者拖曳水池中進行標定，得到實際流速與根據(jù)測量差壓計算得到流速值的比例(皮托管的校準系數(shù))k，因此實際流速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)常被用來測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軸向流速的積分值。在測量時如果已知測量點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量點固定安裝，進行流量測量。如果流場內(nèi)一個或幾個測量點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行掃描，通過對掃描得到的軸向流速值進行積分計算截面流量值。無論對于哪一種方法，都需要準確的軸向流速測量從而得到準確的流量值。

如果將測量點的流速值分為直角坐標系中的三個流速分量，包括一個待測方向的流速分量(在流道流量測量時為軸向流速)，和垂直于待測方向平面內(nèi)的兩個流速分量(橫向流動分量)，如圖3所示。對于只測量兩個壓力值的皮托管流量計，如果將皮托管對向待測流速分量，通常橫向流動分量的存在將改變皮托管的讀數(shù)，也就是橫向流動會影響皮托管的差壓值，并且皮托管是無法分辨差壓值是來源于待測流速分量還是橫向流動的。

在測量流場中某一點的流速時，只有當皮托管和流速相對方向與標定時的相對位置相同時(通常需要總壓孔朝向流速方向)，校準系數(shù)才是有效的。對于流道流量測量，軸向流速是需要測量的數(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。對于非軸向的流速，可以通過旋轉(zhuǎn)皮托管使其朝向流速方向，根據(jù)流速的大小和方向計算得到軸向流速大小。但是實際往往皮托管無法識別流速方向，或者能夠識別方向的皮托管由于現(xiàn)場條件及皮托管結(jié)構(gòu)的限制，無法將皮托管旋轉(zhuǎn)到與標定時相同的工況(朝向流速方向)，因此無法實現(xiàn)流道流量的準確測量。例如s型皮托管通常作為煙道中煙氣流量的測量工具，如圖4所示，在測量煙道中某點的流速時，可以通過改變皮托管的扭轉(zhuǎn)角(yawangle)來尋找流速方向所在的平面，但是由于s型皮托管無法識別偏轉(zhuǎn)角(pitchangle)，也無法改變偏轉(zhuǎn)角，因此無法確定流速方向，由此引入的點流速測量不確定度能夠高達百分之幾十。

因此，傳統(tǒng)的皮托管存在無法分辨流速方向、皮托管壓差值即和朝向方向的流速相關(guān)也和橫向流動的流速相關(guān)、在測量流道流量時橫向流動會引入測量不確定度等諸多問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種能夠消除橫向流動影響的測量兩個壓力值的皮托管流速計或流量計。

本發(fā)明提供了一種不受非測量方向流速影響的皮托管流速計或流量計，包括：頭部；支桿，所述支桿用以支撐所述頭部，所述頭部包括擴張段和收縮段，所述擴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，在所述頭部上的擴張段上具有至少一個開口；在所述頭部的收縮段上具有至少一個開口。

其中，頭部包括擴張段和收縮段。

其中，在所述擴張段和收縮段上總計具有兩個或者兩個以上孔。

本發(fā)明的皮托管流速計或流量計具有朝向哪個方向即測量哪個方向流速的特性，測量差壓值受垂直于朝向方向平面內(nèi)橫向流動的影響很小。在測量流道流量時將皮托管朝向軸向來流，測量差壓值只與軸向流速有關(guān)，與橫向流速無關(guān)，從而，避免橫向流動對皮托管流道流速測量的影響。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)l型皮托管流速計的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2傳統(tǒng)s型皮托管流速計的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3待測流速分量與橫向流動的示意圖；

圖4s型皮托管的流速攻角的示意圖；

圖5為皮托管的第一實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為皮托管的第二實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為皮托管的第三實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為皮托管的第四實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為皮托管的第五實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為皮托管的第一種變形實施例的正面視圖；

圖11為皮托管的第二種變形實施例的正面視圖；

圖12為皮托管的第三種變形實施例的正面視圖；

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施例；

圖21為皮托管的支桿設(shè)置位置的第一實施例示意圖；

圖22為皮托管的支桿設(shè)置位置的第二實施例示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下述的說明只是為了便于對發(fā)明進行解釋，而不作為對其范圍的具體限定。

本發(fā)明的不受非測量方向流速(橫向流動流速)影響的皮托管流速計或流量計，測量兩個壓力值，使用一個孔或多個連通起來的孔或多個不連通孔的壓力平均值測量流體總壓(對于不同的外形設(shè)計，此壓力值并不一定等于總壓)，使用另外一個孔或多個連通起來的孔或多個不連通孔的壓力平均值測量流體靜壓(對于不同的外形設(shè)計，此壓力值并不一定等于流體靜壓)，當皮托管流量計朝向待測方向時，如果存在垂直于待測方向平面內(nèi)的橫向流動，和沒有橫向流動時相比總壓孔和靜壓孔的測量壓力將同時改變，通過對皮托管形狀進行特殊設(shè)計，使皮托管由于橫向流動引起的總壓孔和靜壓孔的測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引起的差壓測量值(總壓孔和靜壓孔測量壓力值的差)的變化量，差壓測量值主要與朝向的待測方向流速相關(guān)(當不能完全抵消橫向流動影響時差壓測量值也與橫向流動有關(guān)，但影響已經(jīng)降低)，從而減小或消除橫向流動對待測方向流速測量結(jié)果的影響。

如圖5所示為皮托管的第一實施例的側(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中所示箭頭方向為待測流速方向，對于圖5中的皮托管來說，支桿1位于頭部2的下方，其用于支撐所述頭部2，所述頭部具有擴張段和收縮段，如圖5所示，沿待測流速的方向，擴張段的截面積逐漸增大，所述擴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，但是在所述擴張段和所述收縮段之間可以進一步設(shè)置有過渡段(未圖示)，所述過渡段用于將所述擴張段和所述收縮段進行連接，其能夠進一步的平穩(wěn)流體，具有明顯的效果。

圖6-圖9中所示為進一步的變形實施例，它們相對于圖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的擴張段包括兩部分，所述第一副擴張段與第二副擴張段相連，所述第二副擴張段的最大截面積處與所述收縮段相連接，作為進一步的選擇，所述擴張段可以包括多個副擴張段，所述多個副擴張段之間依次嵌套密封連接，所述收縮段也可以包括多個副收縮段。

如圖7所示，所述頭部2的擴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口，左側(cè)開口為第一端口，右側(cè)開口為第二端口。

如圖8所示，所述擴張段的側(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，所述擴張段具有第一長度，所述收縮段具有第二長度，所述第一長度大于所述第二長度，所述第一長度為第二長度的1.5倍、2倍和更多的倍數(shù)。

如圖9所示，所述擴張段的側(cè)面為內(nèi)凹形狀，所述收縮段為外凸形式，所述擴張段具有第一長度，所述收縮段具有第二長度，所述第一長度大于所述第二長度，所述第一長度為第二長度的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，在所述擴張段和所述收縮段之間可以進一步設(shè)置有過渡段(未圖示)，所述過渡段用于將所述擴張段和所述收縮段進行連接，其能夠進一步的平穩(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施例的正面視圖。圖10-圖12中待測流速的方向垂直于紙面，作為垂直于待測流速方向的截面圖，所述界面圖為擴張段與收縮段連接位置處的界面示意圖，圖10-圖12只是為了對其截面結(jié)構(gòu)的理解作為示意性說明，并不代表對結(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明并不意味著皮托管只具有這三種方式，而其實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，進一步的皮托管橫截面形狀其它對稱或者非對稱形狀。

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)置多個孔4，所述多個孔4可以連通，或者所述多個孔4互相不連通。所述多個孔4可以環(huán)繞收縮段的一圈設(shè)置；如圖15中所示，在擴張段的一端設(shè)置單孔，在擴張段靠近收縮段的位置處設(shè)置多個孔，所述多個孔可以是多個連通或不連通的孔；如圖16中所示，在擴張段的側(cè)面上設(shè)置多個孔，在收縮段的端部設(shè)置單孔，所述多個孔可以是多個連通或不連通的孔；如圖17中所示，在擴張段和收縮段的側(cè)面上分別設(shè)置多個孔，所述多個孔可以是多個連通或不連通的孔；如圖18中所示，在擴張段的側(cè)面上設(shè)置多個孔，在擴張段靠近收縮段的位置處再設(shè)置多個孔，在所述擴張段的擴張截面上設(shè)置兩組分離的孔，每組中的孔為多個連通或不連通的孔；如圖19中所示，在收縮段的側(cè)面上設(shè)置多個孔，在收縮段靠近擴張段的位置處再設(shè)置多個孔，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)置多個孔，在收縮段的端部設(shè)置單孔，所述多個孔為多個連通或不連通的孔。作為進一步的改進，在所述過渡段上可以設(shè)置一個單孔和多個孔，所述多個孔為多個連通或不連通的孔。

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；實際對于支桿的設(shè)置位置和方向不做限制，其可能采用符合測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)過特殊設(shè)計，其特點為，沿著待測流速方向(皮托管朝向待測流速方向)，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，截面可能是對稱形狀，也可能設(shè)計成非對稱形狀。皮托管的總壓孔和靜壓孔可能分別布置在截面擴張段和截面收縮段，也可能都布置在截面擴張段，也可能都布置在截面收縮段?？倝嚎卓赡苁且粋€孔也可能是幾個孔，靜壓孔可能是一個孔也可能是幾個孔。通過特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明的皮托管能夠使得使橫向流動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)明的皮托管流速計通過設(shè)計特殊的表面形狀，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的變化量能夠部分或者全部抵消，降低或消除橫向流動對流速測量的影響。在進行流速或者流量測量時，只需將皮托管朝向待測方向進行測量即可。

可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(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)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。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)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。