CN116953276B - 皮托管的流场方向自适应调节装置及工作方法实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种皮托管的流场方向自适应调节装置及工作方法实验方法，所述的皮托管速度测量根据静压压力传感器与总压压力传感器测量结果获得。测试过程中采用了方向自适应方法，通过在皮托管的外部对称布置舵片，当流场方向有变化时，舵片在流体的作用下自动调整皮托管的轴线方向，解决了当流体方向与皮托管轴线方向不一致时速度测量问题。在皮托管连接座上和U形支架上安装位置传感器，可以实时测量皮托管在竖直平面内的姿态。在U形支座装有量角指针，在支撑座上装有量角器，可以测出在水平面内的姿态。因而可以测出流场方向的实时变化。采用该装置，可以有效提高皮托管的测速精度，也可以对流场的波动做出实时评估。
Description
技术领域
本发明涉及皮托管流体测试技术领域，特别是涉及流场中速度与方向测量方法。
背景技术
在缓慢流场或渐变流场时，流场会发生方向的变化。当前采用皮托管固定方式测量，流场方向和皮托管管线方向不一致时，严重影响皮托管的测压精度。
现有技术中，自适应调整时装置只在水平方向上有一个自由度旋转方向，但流场在竖直方向变化时，采用皮托管测压时不能准确测出压力值。因而为了提高测压精度，本发明主要解决在水平和竖直两个面内调节皮托管的测压方向，提高测量精度。
发明内容
本发明要解决的问题是在皮托管上增加方向控制装置，通过舵片控制皮托管的管线方向，使其与流场方向保持一致，可以提高速度测量精度。通过在皮托管上安装姿态传感器，可以测出流场的角度变化以对流场进行实时评估。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种皮托管的流场方向自适应调节装置，包括：皮托管1、舵片2、连接座3、U形支座4、转轴5、位置传感器6、静压压力传感器7和总压压力传感器8；
其中舵片2固定连接于皮托管1的前端，4个舵片2沿皮托管周线方向均匀布置，4个舵片2包括在水平面关于皮托管1中轴线左右对称设置的2个水平舵片，和在竖直平面内关于皮托管1中轴线上下对称设置的2个垂直舵片；连接座3固定连接于皮托管1的中部正下方；连接座3的下方固定连接U形支座4，U形支座4的上方为U型开口、下方为杆体，连接座3的底部卡接U形支座4上方的U形开口内并通过转轴5铰接；U形支座4的下方为支撑座10； U形支座4的杆体插入支撑座10内的轴承12与轴承12间隙配合，从而与支撑座10在水平方向内相对转动连接； 1个位置传感器6安装在皮托管1下部的连接座3上随皮托管转动，1个位置传感器6安装在U形支座4上固定不动；
皮托管1的尾部正下方设置静压压力传感器7；
皮托管1的轴线尾部设置总压压力传感器8；
端盖9设置于U形支座4与支撑座10轴承12连接处，并与支撑座10通过螺栓14和螺母11连接；
量角器13设置于支撑座10上方靠近端盖9处，并于支撑座10固定连接；
量角指针15设置于量角器13上方U形支座4下方靠近端盖9处，并与U形支座4的杆体固定连接。
作为优选方式，皮托管1用于测量流场的动压；
舵片2用于调整皮托管1的方向，使其与流场方向一致；
水平舵片用于带动皮托管在垂直方向绕转轴5旋转，调节垂直方向上的皮托管角度，使其和流体在垂直方向保持一致；
垂直舵片用于调节水平方向上的皮托管角度，使其和流体在水平方向保持一致，当皮托管的垂直舵片在流场作用下，带动皮托管1旋转，皮托管1带动连接座3，连接座3通过转轴5带动U形支座4水平旋转，从而测出水平流速方向；
连接座3用于连接皮托管2，并对皮托管2起支撑作用，同时安装有一个位置传感器6；通过转轴5实现与U形支座4铰接；
U形支座4通过转轴5支撑连接座3；
转轴5用于带动U形支座4水平面旋转，也实现连接座3与U形支座4在竖直平面内的相对转动；
安装在连接座3上的位置传感器6用于检测连接座3上定点坐标位置；
安装在U形支座4上固定不动的位置传感器6用于检测U形支座4上定点位置坐标；
静压压力传感器7用于测量皮托管1外围流体的静压；
总压压力传感器8用于测量皮托管入口总的气体压力；
端盖9用于压紧轴承12；
支撑座10用于支撑轴承12；
螺母11用于压紧轴承12，使轴承12和U形支座4连接；
轴承12用于支撑U形支座4在水平方向内转动，降低U形支座4和支撑座10之间的摩擦并保持U形支座4的中心位置固定；
量角器13用于支撑座10和U形支座4相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量；
螺栓14用于将端盖9和支撑座10连接在一起；
量角指针15用于支撑座10和U形支座4相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量。
作为优选方式，整个装置的重心在旋转轴5的轴心线上，以减小重力对皮托管测量精度的影响。
作为优选方式，U形支座4的杆体分别穿过端盖9的孔和轴承12的内圈孔并用螺母11压紧轴承12，实现轴承和U形支架的连接，将端盖9压在轴承的外圈上，同时轴承外圈也压在支撑座10的轴承的支撑面上，通过螺栓14将端盖9和支撑座10连接在一起。
作为优选方式，每个舵片2为三角形、或翼形，厚度不超过0.5mm，以防止舵片的厚度对流场产生过大。
作为优选方式，U形支座4和支撑座10由45号钢制成。
本发明还提供一种所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的工作方法，其为：
通过2个竖直舵片使皮托管水平旋转从而对皮托管进行水平方向调节；
通过2个水平舵片使皮托管竖直平面内旋转从而对皮托管竖直方向进行调节；
通过安装在皮托管1下部的位置传感器6和安装在U形支座4上固定不动的位置传感器6来检测垂直方向的角度变化；
通过静压压力传感器7来测量皮托管入口处的静压；
通过总压压力传感器8来测量皮托管入口处的总压；
静压压力传感器7、总压压力传感器8的中心线与皮托管1的轴心线在竖直方向平面内共面；
通过量角器13和量角指针15来测量皮托管1水平方向转角。
当流场方向有变化时，舵片2在流体的作用下自动调整皮托管1的轴线方向，使流体方向与皮托管轴线方向一致；
当有流体流过整个装置时，流体会对舵片产生作用力；当流体方向与舵片方向一致时，舵片两侧压力相等，使得皮托管保持原来的姿态；当流体方向与舵片方向不平行时，流体在舵片两侧产生的作用力不同，流体将使舵片发生位置变化，从而带动皮托管转动，直到皮托管与流体方向一致；因而当流体方向发生变化时，皮托管的轴线方向也随着改变；当皮托管的轴线方向在竖直平面内发生变化时，位于皮托管上的位置传感器相对于U形支座的位置传感器发生位置变化，通过三角函数的数学关系式求出皮托管的姿态变化，即流场方向的角度变化；当皮托管在水平方向上发生转动时，通过安装在支撑座上的量角器与安装在U形支座上的指针读出。
本发明还提供一种所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤1.先将4个舵片2焊接在皮托管1上，4个舵片2在竖直平面和水平平面对称；
步骤2.安装压力传感器，并找出整个装置的重心，将连接座3焊接到皮托管上，保证连接座3上与U形支座4铰接的孔的中心与整个装置的重心在竖直平面内重合；
步骤3. 将1个位置传感器6安装在连接座3上，将另外1个位置传感器6安装在U形支架4上；
步骤4.将U形支座4与支撑座9以及轴承10安装并保证配合精度，另外安装量角器11和指针12及其其他附件；
步骤5.流场测速实验，根据皮托管测出总压静压按照式（1）计算流速：
（1）
式中，ρ为流体的密度；v为流速；p为静压；p 0为总压，k为校正系数，用一个标准的皮托管进行校正获取，即通过激光粒子测速或多普勒测速方法获得无干扰情况下真实的流速，然后采用该装置根据静压和总压测量值，采用该公式进行校正系数的获取。
当皮托管在竖直平面内未发生偏转时，L1是连接座3上的位置传感器和U形支座4上的位置传感器两者传感器中心孔的距离，L2是连接座3上位置传感器孔的中心与转轴5中心的距离，L3是U形支座4位置传感器中心与转轴5中心的距离；连接座3上位置传感器孔的中心与转轴5中心的连线为第一方向，U形支座4上位置传感器中心与转轴5中心的连线是第二方向，β角是皮托管偏转前第一方向和第二方向之间的角度；
当皮托管在竖直平面内绕转轴5发生偏转角α时，β’角是皮托管发生偏转后第一方向和第二方向之间的角度，L1’是连接座3上的位置传感器和U形支座4上的位置传感器两者传感器中心孔的距离；
L1的尺寸根据皮托管未发生偏转时连接座3上和U形支座4上的2个传感器6在竖直方向的坐标差值测出，L2和L3属于固定尺寸，β角是由连接座3和U形支座4的初始位置决定，根据式（2）和（3）计算竖直平面内的偏转角a，在水平面内的偏转角则通过量角器测出：
（2）
（3）；
本发明的技术方案是在现有皮托管装置基础上开发一种流场自适应方向调节方法，同时可以测出流场的方向。
皮托管与连接座连接，连接座通过转轴与U形支座连接，可实现在竖直方向内的转动。在流场作用下，水平舵片带动皮托管在垂直方向绕转轴旋转，并通过位置传感器测出垂直方向的角度变化。
本发明的工作原理是：首先将装置（包括皮托管、舵片、连接座和压力传感器）的重心布置在U形支座旋转轴5的轴心线上并保持水平。由于舵片很薄，对流场的影响非常小，忽略不计。当有流体流过整个装置时，流体会对舵片产生作用力。当流体方向与舵片方向一致时，舵片两侧压力相等，使得皮托管保持原来的姿态。当流体方向与舵片方向不平行时，流体在舵片两侧产生的作用力不同，流体将使舵片发生位置变化，从而带动皮托管转动，直到皮托管沿着流体方向。因而当流体方向发生变化时，皮托管的轴线方向也随着改变。当皮托管的轴线方向在竖直平面内发生变化时，位于皮托管上的位置传感器相对于U形支座的位置传感器发生位置变化，通过三角函数的数学关系式可以求出皮托管的姿态变化。即流场方向的角度变化。当皮托管在水平方向上发生转动时，可通过安装在支撑座上的量角器与安装在U形支座上的指针读出。
本发明的有益效果为：本发明通过在皮托管上安装舵片，舵片在流体作用下，带动皮托管自动调节方向，始终使皮托管的轴线与流体方向保持一致，即所测流体的压力方向始终垂直皮托管入口截面，并通过方向测量装置获得皮托管轴线方向，即流速方向。本发明适合应用于对均匀流或缓变流场内总压、静压和速度及其方向的测量。
附图说明
图1（a）至图1（c） 是本发明的装置的结构示意图；其中图1（a）为主视图，图1（b）为侧视图 ，图1（c）为俯视图；
图2（a）至图2（c）是本发明皮托管偏转过程示意图；其中图2（a）是皮托管竖直平面偏转图；图2（b）是位置传感器初始位置图；图2（c）是位置传感器偏转位置图；
图3是将皮托管放置在管道内仿真计算的几何模型；
图4是有、无舵片的皮托管结构图。(a)无舵片(b) 有舵片；
图5（a）是无舵片条件下，皮托管区域绝压局部放大图；
图5（b）是有舵片条件下，皮托管区域绝压局部放大图。
1为皮托管，2为舵片，3为连接座，4为U形支座，5为转轴 ，6为位置传感器 ，7为静压压力传感器， 8为总压压力传感器，9为端盖 ，10为支撑座， 11为螺母，12为轴承， 13为量角器 ，14为螺栓，15为量角指针。
实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例
如图1（a）至图1（c）所示，本实施例提供一种皮托管的流场方向自适应调节装置，包括：皮托管1、舵片2、连接座3、U形支座4、转轴5、位置传感器6、静压压力传感器7和总压压力传感器8；
其中舵片2固定连接于皮托管1的前端，4个舵片2沿皮托管周线方向均匀布置，4个舵片2包括在水平面关于皮托管1中轴线左右对称设置的2个水平舵片，和在竖直平面内关于皮托管1中轴线上下对称设置的2个垂直舵片；连接座3固定连接于皮托管1的中部正下方；连接座3的下方固定连接U形支座4，U形支座4的上方为U型开口、下方为杆体，连接座3的底部卡接U形支座4上方的U形开口内并通过转轴5铰接；U形支座4的下方为支撑座10； U形支座4的杆体插入支撑座10内的轴承12与轴承12间隙配合，从而与支撑座10在水平方向内相对转动连接； 1个位置传感器6安装在皮托管1下部的连接座3上随皮托管转动，1个位置传感器6安装在U形支座4上固定不动；
皮托管1的尾部正下方设置静压压力传感器7；
皮托管1的轴线尾部设置总压压力传感器8；
静压压力传感器7、总压压力传感器8的中心线与皮托管1的轴心线在竖直方向平面内共面；
端盖9设置于U形支座4与支撑座10轴承12连接处，并与支撑座10通过螺栓14和螺母11连接；
量角器13设置于支撑座10上方靠近端盖9处，并于支撑座10固定连接；
量角指针15设置于量角器13上方U形支座4下方靠近端盖9处，并与U形支座4的杆体固定连接。
皮托管1用于测量流场的动压；
舵片2用于调整皮托管1的方向，使其与流场方向一致；
水平舵片用于带动皮托管在垂直方向绕转轴5旋转，调节垂直方向上的皮托管角度，使其和流体在垂直方向保持一致；
垂直舵片用于调节水平方向上的皮托管角度，使其和流体在水平方向保持一致，当皮托管的垂直舵片在流场作用下，带动皮托管1旋转，皮托管1带动连接座3，连接座3通过转轴5带动U形支座4水平旋转，从而测出水平流速方向；
连接座3用于连接皮托管2，并对皮托管2起支撑作用，同时安装有一个位置传感器6；通过转轴5实现与U形支座4铰接；
U形支座4通过转轴5支撑连接座3；
转轴5用于带动U形支座4水平面旋转，也实现连接座3与U形支座4在竖直平面内的相对转动；
安装在连接座3上的位置传感器6用于检测连接座3上定点坐标位置；
安装在U形支座4上固定不动的位置传感器6用于检测U形支座4上定点位置坐标；
静压压力传感器7用于测量皮托管1外围流体的静压；
总压压力传感器8用于测量皮托管入口总的气体压力；
端盖9用于压紧轴承12；
支撑座10用于支撑轴承12；
螺母11用于压紧轴承12，使轴承12和U形支座4连接；
轴承12用于支撑U形支座4在水平方向内转动，降低U形支座4和支撑座10之间的摩擦并保持U形支座4的中心位置固定；
量角器13用于支撑座10和U形支座4相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量；
螺栓14用于将端盖9和支撑座10连接在一起；
量角指针15用于支撑座10和U形支座4相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量。
整个装置的重心在旋转轴5的轴心线上，以减小重力对皮托管测量精度的影响。
U形支座4的杆体分别穿过端盖9的孔和轴承12的内圈孔并用螺母11压紧轴承12，实现轴承和U形支架的连接，将端盖9压在轴承的外圈上，同时轴承外圈也压在支撑座10的轴承的支撑面上，通过螺栓14将端盖9和支撑座10连接在一起。
每个舵片2为三角形、或翼形，厚度不超过0.5mm，以防止舵片的厚度对流场产生过大。
U形支座4和支撑座10由45号钢制成。
本实施例还提供一种所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的工作方法，其为：
通过2个竖直舵片使皮托管水平旋转从而对皮托管进行水平方向调节；
通过2个水平舵片使皮托管竖直平面内旋转从而对皮托管竖直方向进行调节；
通过安装在皮托管1下部的位置传感器6和安装在U形支座4上固定不动的位置传感器6来检测垂直方向的角度变化；
通过静压压力传感器7来测量皮托管入口处的静压；
通过总压压力传感器8来测量皮托管入口处的总压；
通过量角器13和量角指针15来测量皮托管1水平方向转角。
当流场方向有变化时，舵片2在流体的作用下自动调整皮托管1的轴线方向，使流体方向与皮托管轴线方向一致；
当有流体流过整个装置时，流体会对舵片产生作用力；当流体方向与舵片方向一致时，舵片两侧压力相等，使得皮托管保持原来的姿态；当流体方向与舵片方向不平行时，流体在舵片两侧产生的作用力不同，流体将使舵片发生位置变化，从而带动皮托管转动，直到皮托管与流体方向一致；因而当流体方向发生变化时，皮托管的轴线方向也随着改变；当皮托管的轴线方向在竖直平面内发生变化时，位于皮托管上的位置传感器相对于U形支座的位置传感器发生位置变化，通过三角函数的数学关系式求出皮托管的姿态变化，即流场方向的角度变化；当皮托管在水平方向上发生转动时，通过安装在支撑座上的量角器与安装在U形支座上的指针读出。
如图2（a）所示，本实施例还提供一种所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤1.先将4个舵片2焊接在皮托管1上，4个舵片2在竖直平面和水平平面对称；
步骤2.安装压力传感器，并找出整个装置的重心，将连接座3焊接到皮托管上，保证连接座3上与U形支座4铰接的孔的中心与整个装置的重心在竖直平面内重合；
步骤3. 将1个位置传感器6安装在连接座3上，将另外1个位置传感器6安装在U形支架4上；
步骤4.将U形支座4与支撑座9以及轴承10安装并保证配合精度，另外安装量角器11和指针12及其其他附件；
步骤5.流场测速实验，根据皮托管测出总压静压按照式（1）计算流速：
（1）
式中，ρ为流体的密度；v为流速；p为静压；p 0为总压，k为校正系数，用一个标准的皮托管进行校正获取；即通过激光粒子测速或多普勒测速方法获得无干扰情况下真实的流速，然后采用该装置根据静压和总压测量值，采用该公式进行校正系数的获取。
如图2（b）所示，当皮托管在竖直平面内未发生偏转时，L1是连接座3上的位置传感器和U形支座4上的位置传感器两者传感器中心孔的距离，L2是连接座3上位置传感器孔的中心与转轴5中心的距离，L3是U形支座4位置传感器中心与转轴5中心的距离；连接座3上位置传感器孔的中心与转轴5中心的连线为第一方向，U形支座4上位置传感器中心与转轴5中心的连线是第二方向，β角是皮托管偏转前第一方向和第二方向之间的角度；
如图2（c）所示，当皮托管在竖直平面内绕转轴5发生偏转角α时，β’角是皮托管发生偏转后第一方向和第二方向之间的角度，L1’是连接座3上的位置传感器和U形支座4上的位置传感器两者传感器中心孔的距离；
L1的尺寸根据皮托管未发生偏转时连接座3上和U形支座4上的2个传感器6在竖直方向的坐标差值测出，L2和L3属于固定尺寸，β角是由连接座3和U形支座4的初始位置决定，根据式（2）和（3）计算竖直平面内的偏转角a，在水平面内的偏转角则通过量角器测出：
（2）
（3）。
性能测试
针对具体实施方式，根据图1（a）至图1（c）的装置结构，采用数值仿真分析了舵片对皮托管静压和总压测量的影响。如图3所示，将有、无舵片的皮托管放入直径D=400mm，长度L=2000mm的管道流域中心，进行模拟测量总压和静压。流体介质为水，入口速度为20m/s。图4为有、无舵片皮托管探针的结构图，皮托管探针包括总压孔、侧壁4个对称分布的静压孔。有舵片皮托管在侧壁上安装4个三角形舵片以自动调节方向。
（1）模拟结果及分析
图5（a）和图5（b）为在皮托管区域的压力分布，可以看出皮托管总压孔内压力很高，而静压孔内的压力很低，这是由于在总压孔内将动压转化为了静压导致压力高。
进一步，对有、无舵片条件下，皮托管内的总压和静压进行定量分析。根据仿真计算结果，无舵片皮托管内的总压为200188Pa，静压为4130.64Pa；有舵片皮托管内的总压为187561Pa，静压为3453.73Pa。经计算分析，相对无舵片条件，有舵片时总压的相对误差减小约6.31%，静压相对误差减小约为16.4%。根据速度测量公式（1）， 速度测量结果两者相差3.1%。可见加舵片对测量结果影响忽略不计。
（2）结论
模拟结果表明：舵片对皮托管的测量有一定的影响，其中对总压的影响较小，而对静压的影响略大。在应用舵片皮托管进行测量前，需要用标准皮托管对总压和静压进行校正，得出校正系数，以减小舵片对皮托管测量的影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于，包括：皮托管（1）、舵片（2）、连接座（3）、U形支座（4）、转轴（5）、位置传感器（6）、静压压力传感器（7）和总压压力传感器（8）；
其中舵片（2）固定连接于皮托管（1）的前端，4个舵片（2）沿皮托管周线方向均匀布置，4个舵片（2）包括在水平面关于皮托管（1）中轴线左右对称设置的2个水平舵片，和在竖直平面内关于皮托管（1）中轴线上下对称设置的2个垂直舵片；连接座（3）固定连接于皮托管（1）的中部正下方；连接座（3）的下方固定连接U形支座（4），U形支座（4）的上方为U型开口、下方为杆体，连接座（3）的底部卡接U形支座（4）上方的U形开口内并通过转轴（5）铰接；U形支座（4）的下方为支撑座（10）； U形支座（4）的杆体插入支撑座（10）内的轴承（12）与轴承（12）间隙配合，从而与支撑座（10）在水平方向内相对转动连接； 1个位置传感器（6）安装在皮托管（1）下部的连接座（3）上随皮托管转动，1个位置传感器（6）安装在U形支座（4）上固定不动；
皮托管（1）的尾部正下方设置静压压力传感器（7）；
皮托管（1）的轴线尾部设置总压压力传感器（8）；
静压压力传感器（7）、总压压力传感器（8）的中心线与皮托管（1）的轴心线在竖直方向平面内共面；
端盖（9）设置于U形支座（4）与支撑座（10）轴承（12）连接处，并与支撑座（10）通过螺栓（14）和螺母（11）连接；
量角器（13）设置于支撑座（10）上方靠近端盖（9）处，并与支撑座（10）固定连接；
量角指针（15）设置于量角器（13）上方U形支座（4）下方靠近端盖（9）处，并与U形支座（4）的杆体固定连接。
2.根据权利要求1所述的皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于：
皮托管（1）用于测量流场的动压；
舵片（2）用于调整皮托管（1）的方向，使其与流场方向一致；
水平舵片用于带动皮托管在垂直方向绕转轴（5）旋转，调节垂直方向上的皮托管角度，使其和流体在垂直方向保持一致；
垂直舵片用于调节水平方向上的皮托管角度，使其和流体在水平方向保持一致，当皮托管的垂直舵片在流场作用下，带动皮托管（1）旋转，皮托管（1）带动连接座（3），连接座（3）通过转轴（5）带动U形支座（4）水平旋转，从而测出水平流速方向；
连接座（3）用于连接皮托管（1），并对皮托管（1）起支撑作用，同时安装有一个位置传感器（6）；通过转轴（5）实现与U形支座（4）铰接；
U形支座（4）通过转轴（5）支撑连接座（3）；
转轴（5）用于带动U形支座（4）水平面旋转，也实现连接座（3）与U形支座（4）在竖直平面内的相对转动；
安装在连接座（3）上的位置传感器（6）用于检测连接座（3）上定点坐标位置；
安装在U形支座（4）上固定不动的位置传感器（6）用于检测U形支座（4）上定点位置坐标；
静压压力传感器（7）用于测量皮托管（1）外围流体的静压；
总压压力传感器（8）用于测量皮托管入口总的气体压力；
端盖（9）用于压紧轴承（12）；
支撑座（10）用于支撑轴承（12）；
螺母（11）用于压紧轴承（12），使轴承（12）和U形支座（4）连接；
轴承（12）用于支撑U形支座（4）在水平方向内转动，降低U形支座（4）和支撑座（10）之间的摩擦并保持U形支座（4）的中心位置固定；
量角器（13）用于支撑座（10）和U形支座（4）相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量；
螺栓（14）用于将端盖（9）和支撑座（10）连接在一起；
量角指针（15）用于支撑座（10）和U形支座（4）相对转动时进行皮托管在水平面旋转角度的测量。
3.根据权利要求1所述的皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于：整个装置的重心在转轴（5）的轴心线上，以减小重力对皮托管测量精度的影响。
4.根据权利要求1所述的皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于：U形支座（4）的杆体分别穿过端盖（9）的孔和轴承（12）的内圈孔并用螺母（11）压紧轴承（12），实现轴承和U形支座的连接，将端盖（9）压在轴承的外圈上，同时轴承外圈也压在支撑座（10）的轴承的支撑面上，通过螺栓（14）将端盖（9）和支撑座（10）连接在一起。
5.根据权利要求1所述的皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于：每个舵片（2）为三角形、或翼形，厚度不超过0.5mm。
6.根据权利要求1所述的皮托管的流场方向自适应调节装置，其特征在于：U形支座（4）和支撑座（10）由45号钢制成。
7.权利要求1至6任意一项所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的工作方法，其特征在于：
通过2个垂直舵片使皮托管水平旋转从而对皮托管进行水平方向调节；
通过2个水平舵片使皮托管竖直平面内旋转从而对皮托管竖直方向进行调节；
通过安装在皮托管（1）下部的位置传感器（6）和安装在U形支座（4）上固定不动的位置传感器（6）来检测垂直方向的角度变化；
通过静压压力传感器（7）来测量皮托管入口处的静压；
通过总压压力传感器（8）来测量皮托管入口处的总压；
通过量角器（13）和量角指针（15）来测量皮托管（1）水平方向转角；
当流场方向有变化时，舵片（2）在流体的作用下自动调整皮托管（1）的轴线方向，使流体方向与皮托管轴线方向一致；
当有流体流过整个装置时，流体会对舵片产生作用力；当流体方向与舵片方向一致时，舵片两侧压力相等，使得皮托管保持原来的姿态；当流体方向与舵片方向不平行时，流体在舵片两侧产生的作用力不同，流体将使舵片发生位置变化，从而带动皮托管转动，直到皮托管与流体方向一致；因而当流体方向发生变化时，皮托管的轴线方向也随着改变；当皮托管的轴线方向在竖直平面内发生变化时，位于皮托管上的位置传感器相对于U形支座的位置传感器发生位置变化，通过三角函数的数学关系式求出皮托管的姿态变化，即流场方向的角度变化；当皮托管在水平方向上发生转动时，通过安装在支撑座上的量角器与安装在U形支座上的指针读出。
8.权利要求1至6任意一项所述的皮托管的流场方向自适应调节装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1.先将4个舵片（2）焊接在皮托管（1）上，4个舵片（2）在竖直平面和水平平面对称；
步骤2.安装压力传感器，并找出整个装置的重心，将连接座（3）焊接到皮托管上，保证连接座（3）上与U形支座（4）铰接的孔的中心与整个装置的重心在竖直平面内重合；
步骤3. 将1个位置传感器（6）安装在连接座（3）上，将另外1个位置传感器（6）安装在U形支座（4）上；
步骤4.将U形支座（4）与支撑座（10）以及轴承（12）安装并保证配合精度，另外安装量角器（13）和量角指针（15）；
步骤5.流场测速实验，根据皮托管测出总压静压按照式（1）计算流速：
（1）；
式中，ρ为流体的密度；v为流速；p为静压；p 0为总压，k为校正系数，用一个标准的皮托管进行校正获取；
当皮托管在竖直平面内未发生偏转时， L1是连接座（3）上的位置传感器和U形支座（4）上的位置传感器两者传感器中心孔的距离，L2是连接座（3）上位置传感器孔的中心与转轴（5）中心的距离，L3是U形支座（4）位置传感器中心与转轴（5）中心的距离；连接座（3）上位置传感器孔的中心与转轴（5）中心的连线为第一方向，U形支座（4）上位置传感器中心与转轴（5）中心的连线是第二方向，β角是皮托管偏转前第一方向和第二方向之间的角度；
当皮托管在竖直平面内绕转轴（5）发生偏转角α时，β’角是皮托管发生偏转后第一方向和第二方向之间的角度，L1’是连接座（3）上的位置传感器和U形支座（4）上的位置传感器两者传感器中心孔的距离； L1的尺寸根据皮托管未发生偏转时连接座（3）上和U形支座（4）上的2个位置传感器（6）在竖直方向的坐标差值测出，L2和L3属于固定尺寸，β角是由连接座（3）和U形支座（4）的初始位置决定，根据式（2）和（3）计算竖直平面内的偏转角a，在水平面内的偏转角则通过量角器测出：
（2）
（3）。
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