（ 四 ） 畢 托 管 測(cè) 速 實(shí) 驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.通過(guò)對(duì)管嘴淹沒出流點(diǎn)流速及點(diǎn)流速系數(shù)的測(cè)量，掌握用畢托管測(cè)量點(diǎn)流速的技能；2.了解普朗特型畢托管的構(gòu)造和適用性，并檢驗(yàn)其量測(cè)精度，進(jìn)一步明確傳統(tǒng)流體力學(xué)量測(cè)儀器的現(xiàn)實(shí)作用。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖 4.1所示。圖4.1畢托管實(shí)驗(yàn)裝置圖1.自循環(huán)供水器； 2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器； 4.水位調(diào)節(jié)閥；5.恒壓水箱；6.管嘴7.畢托管；8.尾水箱與導(dǎo)軌； 9.測(cè)壓管；10.測(cè)壓計(jì)；11.滑動(dòng)測(cè)量尺（滑尺）；12.上回水管。說(shuō)明：經(jīng)淹沒管嘴 6，將高低水箱水位差的位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，并用畢托管測(cè)出其點(diǎn)流速值。測(cè)壓計(jì) 10的測(cè)壓管1、2用以測(cè)量低水箱位置水頭，測(cè)壓管 3、4用以測(cè)量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭， 水位調(diào)節(jié)閥4用以改變測(cè)點(diǎn)的流速大小。圖4.2 畢托管結(jié)構(gòu)示意圖三、實(shí)驗(yàn)原理圖4.3畢托管測(cè)速原理圖kc2g（4.1）式中：u——畢托管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速；——畢托管的校正系數(shù)；h——畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。u2gH（4.2）聯(lián)解上兩式可得ch/H（4.3）式中：u——測(cè)點(diǎn)處流速，由畢托管測(cè)定；——測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)；——管嘴的作用水頭。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、準(zhǔn)備 (a)熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分名稱、 作用性能，搞清構(gòu)造特征、實(shí)驗(yàn)原理。(b)用醫(yī)塑管將上、下游水箱的測(cè)點(diǎn)分別與測(cè)壓計(jì)中的測(cè)管 1、2相連通。(c)將畢托管對(duì)準(zhǔn)管嘴，距離管嘴出口處約 2~3cm，上緊固定螺絲。2、開啟水泵 順時(shí)針打開調(diào)速器開關(guān) 3，將流量調(diào)節(jié)到最大。3、排氣 待上、下游溢流后，用吸氣球（如醫(yī)用洗耳球）放在測(cè)壓管口部抽吸，排除畢托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢托管，可檢查測(cè)壓計(jì)液面是否齊平， 液面不齊平可能是空氣沒有排盡，必須重新排氣。4、測(cè)記各有關(guān)常數(shù)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，填入實(shí)驗(yàn)表格。5、改變流速 操作調(diào)節(jié)閥 4并相應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)速器 3，使溢流量適中，共可獲得三個(gè)不同恒定水位與相應(yīng)的不同流速。改變流速后，按上述方法重復(fù)測(cè)量。6、完成下述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：（1）分別沿垂向和沿流向改變測(cè)點(diǎn)的位置，觀察管嘴淹沒射流的流速分布；（2）在有壓管道測(cè)量中，管道直徑相對(duì)畢托管的直徑在 6~10倍以內(nèi)時(shí)，誤差在 2~5%以上，不宜使用。試將畢托管頭部伸入到管嘴中，予以驗(yàn)證。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，按上述 3的方法檢查畢托管比壓計(jì)是否齊平。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)號(hào)NO.校正系數(shù)c=1.0,k=44.27cm0.5/s實(shí)驗(yàn)記錄表格實(shí)上、下游水位計(jì)畢托管測(cè)壓計(jì)驗(yàn)h1h2h3h4h測(cè)點(diǎn)流速測(cè)點(diǎn)流速次(cm/s)系數(shù)(cm)(cm)cm)(cm)(cm)cm)數(shù)136.415.42114.2536.521.25204.11.006236.415.221.214.33722.7210.91.035336.415.221.214.336.922.6210.51.032436.415.221.214.336.822.5210.01.030536.415.221.214.336.722.4209.51.028636.415.221.214.336.522.2208.61.023736.415.221.214.336.522.2208.61.023836.415.221.214.336.522.2208.61.023936.415.221.214.336.522.2208.61.023畫出管嘴淹沒射流速度分布如圖：有圖可看出，成拋物線分布，結(jié)果準(zhǔn)確。六、實(shí)驗(yàn)分析與討論利用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？畢托管、測(cè)壓管及其連通管只有充滿被測(cè)液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測(cè)得真值，否則如果其中夾有氣柱，就會(huì)使測(cè)壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測(cè)精度。檢驗(yàn)的方法是畢托管置于靜水中，檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測(cè)壓管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣抖動(dòng)塑料連通管，兩測(cè)管液面恒齊平。2.畢托管的壓頭差h和管嘴上下游水位差H之間的大小關(guān)系怎樣？為什么？hH，本實(shí)驗(yàn)在管嘴淹沒出流的軸心處測(cè)得過(guò)程中有能量損失，但甚微。大于所測(cè)的流速系數(shù)?′說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)存在一定的誤差，但誤差很小。4.據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè)，距孔口2-3cm?′為0.996，試問(wèn)本實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)何？如何確定畢托管的矯正系數(shù) c？若以激光測(cè)速儀測(cè)得的流速為真值 u，則有?′為0.996，而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)流速為 208.6cm/s ，精度還行，則 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令 C=0.996/1.023=0.97 。普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2-2m/s，流速過(guò)小過(guò)大都不宜采用，為什么？另測(cè)速時(shí)要求探頭對(duì)正水流方向(軸向安裝偏差不大于10度)，試說(shuō)明其原因（低流速可用傾斜壓差計(jì)）。1）施測(cè)流速過(guò)大過(guò)小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差， 當(dāng)流速大于 2m/s 時(shí)，由于水流流經(jīng)畢托管頭部時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象， 從而使靜壓 孔測(cè)得的壓強(qiáng)偏低而造成誤差。 （2）同樣，若畢托管安裝偏差角 （流速u 是實(shí)際流速 u 在其軸向的分速 ）過(guò)大，亦會(huì)引起較大的誤差。為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測(cè)速儀器？畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用，不斷改進(jìn)，已十分 完善 。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于液、 氣流的測(cè)量（其測(cè)量氣體的流速可達(dá) 60m/s）。光、聲、電的測(cè)速技術(shù)及其相關(guān)儀器，雖具有瞬時(shí)性，靈敏、精度高以及自動(dòng)化記錄等 諸多優(yōu)點(diǎn)，有些優(yōu)點(diǎn)畢托管是無(wú)法達(dá)到的。 但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂 貴等因素，從而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號(hào)接收與放大處理過(guò)程中，有