ピトー管

基本的な構造は二重になった管からなり、内側の管は先端部分に、外側の管は側面にそれぞれ穴が空いている。二つの管は奥で圧力計を挟んで繋がっており、その圧力差を計ることができるようになっている。

ピトー管は、先端を流れに正対させて使用する。側面の穴（外側の管）は流れの影響を受けないため、ここには静圧 P_s がかかる。一方、先端にある穴（内側の管）はよどみ点であり、ここには全圧（総圧とも）P_t がかかる。この全圧から静圧を引いた差圧（動圧 P_d ）を測定し、ベルヌーイの式を適用することで流体の速度V を計算することができる^[2]。

${\displaystyle V={\sqrt {\frac {2P_{\mathrm {d} }}{\rho }}}={\sqrt {\frac {2(P_{\mathrm {t} }-P_{\mathrm {s} })}{\rho }}}}$

ここでρは流体の密度である。このように、側面に穴（静圧孔）を備え、単体で全圧と静圧の両方を測るタイプのピトー管はピトー静圧管またはプラントルの静圧管^[3]とも呼ばれる。狭義のピトー管は、側面に静圧孔を持たず、全圧のみを測定するものである。この場合、静圧はピトー管とは別の位置に設けられた静圧孔から、センサあるいは計器へと導かれる。

なお、実際には開管部の形状が流体の法線に影響を与えるため、正確な速度の導出には補正係数が必要とされ、速度Vは以下のように表される。

${\displaystyle V=C{\sqrt {\frac {2P_{\mathrm {d} }}{\rho }}}=C{\sqrt {\frac {2(P_{\mathrm {t} }-P_{\mathrm {s} })}{\rho }}}}$

この時の補正係数Cはピトー係数と呼ばれる。

この補正係数は実験によって用いられるが、規格寸法に則り製作された標準ピトー管ではこの係数が1になるように設計されており、考慮する必要がない場合も多い。

流れが超音速である場合は、ピトー管の前方に衝撃波が形成され、上式の代わりに次のレイリーのピトー管公式^[4]を用いてマッハ数M₁ が求められる：

${\displaystyle {\frac {p_{02}}{p_{1}}}=\left({\frac {(\gamma +1)M_{1}^{2}}{2}}\right)^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}\left({\frac {\gamma +1}{2\gamma M_{1}^{2}-(\gamma -1)}}\right)^{\frac {1}{\gamma -1}}}$

ただし

• p₁ - 衝撃波上流の静圧
• p₀₂ - 衝撃波下流の全圧。ピトー管で直接測定される。
• γ - 比熱比

である。