Что нужно знать о трубке Пито

Думая о том, как измеряется скорость в таких приложениях, как измерение самолета, трубка Пито - это инструмент, предназначенный для этой задачи. этот прибор, известный как зонд Пито, состоит из трубки с коротким прямоугольным изгибом. Устройство используется для расчета скорости в зависимости от расхода жидкости. Трубки Пито используются в анемометрах для измерения воздушной скорости в аэродинамических трубах и на борту самолетов в полете. Они используются для измерения расхода жидкости, воздуха и газа.

Сегодня вы познакомитесь с определением, функцией, приложениями, компонентами, диаграммой, уравнением, типами и работой трубки Пито. Вы также узнаете следующее:

• Статическое давление
• Динамическое давление
• Давление застоя
• Скорость потока
• Однопортовые трубки Пито
• Усреднение трубок Пито
• Наконец, как измерить воздушный поток с помощью трубки Пито
• Вы узнаете о преимуществах и недостатках трубки Пито.

Что такое трубка Пито?

Трубка Пито — это расходомерный прибор для измерения скорости (скорости) текущей жидкости. Он был изобретен французским инженером Анри Пито в 18 ^го век. Устройство было доработано до современного вида в середине 19 ^го века французским ученым Генри Дарси. Трубка Пито представляет собой тонкую трубку с двумя отверстиями. Переднее отверстие расположено в воздушном потоке, помогая измерять так называемое давление застоя. боковое отверстие измеряет так называемое статическое давление. Измерение этих двух давлений дает нам динамическое давление, которое можно использовать для расчета воздушной скорости. Что ж, это будет объяснено далее.

Трубки Пито, которые являются датчиками расхода, могут быть недорогой альтернативой диафрагме. Его точность колеблется от 0,5% до 5% полной шкалы, что аналогично точности отверстия. Кроме того, его диапазон расхода 3:1 (хотя некоторые работают при 4:1) больше похож на пропускную способность диафрагмы. Разница между этими двумя устройствами заключается в том, что диафрагма измеряет полный поток потока, а трубка Пито может определять скорость потока только в одной точке потока.

Применение трубки Пито

Трубки Пито теперь можно найти во многих приложениях не только в авиации. Популярно, что инструмент используется в авиации, также они распространены в промышленной технике, лодках и даже спортивных автомобилях. Фактически, вы даже можете использовать трубку Пито в своем проекте, требующем измерения скорости потока. Однако в самолетах часто используются статические трубки Пито с двумя отверстиями вместо отдельной трубки и статических портов.

Одна трубка Пито может измерять статическое давление и давление застоя. Статические порты сбоку трубки Пито помогают реализовать эту универсальную функцию. Это устраняет необходимость в отдельных статических портах. Я расскажу об этом подробнее ниже в этой статье.

Как упоминалось ранее, тон Пито широко используется для определения воздушной скорости самолета и скорости лодки относительно воды. Он используется для измерения скорости потока жидкости, воздуха и газа в некоторых промышленных приложениях. в основном прибор используется в экспериментах в аэродинамической трубе и на самолетах для измерения скорости потока. Он используется в широком спектре приложений для измерения расхода, таких как воздушная скорость в гоночных автомобилях и истребителях ВВС. В промышленности трубки Пито используются для расчета расхода воздуха в трубах, воздуховодах и дымовых трубах. Кроме того, поток жидкости в трубах, водосливах и открытых каналах.

Наконец, в приложениях трубки Пито используются для измерения скорости потока жидкости путем измерения перепада статического и динамического давления. Этого можно достичь путем преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию.

Компонент трубки Пито

Схема трубки Пито:

Уравнение трубки Пито

Принцип основан на уравнении Бернулли, где каждый член уравнения можно интерпретировать как давление

p + 1/2 ρ v ² + ρ г ч

      =p + 1/2 ρ v ² + γ ч

      = постоянно вдоль линии тока… (1)

Где:

p =  статическое давление  (относительно движущейся жидкости) (Па)

ρ =  плотность  жидкости (кг/м ³ )

v =скорость потока (м/с)

γ = ρ g =  удельный вес  (Н/м ³ )

г =  ускорение свободного падения  (м/с ² )

h =высота подъема (м)

Каждый член уравнения имеет размерную силу на единицу площади Н/м ²  (Па) –  или в имперских единицах фунт/фут ² (пси) .

Статическое давление – Термин P указывает на статическое давление. он статичен по отношению к движущейся жидкости и может быть измерен через плоское отверстие параллельно потоку

Динамическое давление – Второй член – 1/2 ρ v ² – называется динамическим давлением.

Гидростатическое давление – Третий член – γ h – называется гидростатическим давлением. Он представляет собой давление из-за изменения высоты.

Давление застоя – Уравнение Бернулли утверждает, что энергия вдоль линии тока постоянна – и может быть изменено на

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² + γ ч₁

    = p₂ + 1/2 ρ v₂ ² + γ ч₂

    =постоянная вдоль линии тока… (2)

Где:

суффикс₁ точка в свободном потоке вверх по течению

суффикс₂ критическая точка, где скорость потока равна нулю

Скорость потока – В точке измерения мы рассматриваем гидростатическое давление как константу, где h₁ =ч₂ – и эту часть можно исключить. Поскольку v₂ равен нулю, (2) можно изменить на:

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² = р₂ … (3)

или

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ]  ^1/2

    = [2 Δp / ρ]  ^½ … (4)

Где:

Δp =p₂ – р₁ (перепад давления)

С (4) можно рассчитать скорость потока в точке 1 — свободный поток вверх по течению — если мы знаем перепад давления Δp = p₂ – p₁ и плотность жидкости.

Обычно вместо давления используется опережение. (4) можно изменить, разделив на определенный вес γ в

v₁ =c [2 г Δh] ^1/2 … (5)

где:

c =коэффициент – зависит от эталонной жидкости и используемых или рассчитанных единиц измерения 

g =ускорение свободного падения

Δh =h₂ – ч₁ =разница высот (столб жидкости)

Примечание! – в основном уравнении напорное устройство относится к плотности протекающей жидкости. Для других единиц измерения и эталонных жидкостей, например мм водяного столба. – проверьте скорость напора.

Работа трубки Пито

Работа трубки Пито менее сложна и ее легко понять. Трубка Пито измеряет два давления; статическое и полное ударное давление. статическое давление — это рабочее давление в трубе, воздуховоде или окружающей среде перед трубкой Пито. Он измеряется под прямым углом к ​​направлению потока, часто в месте с низкой турбулентностью.

Сумма статического и кинетического давлений представляет собой общее ударное давление (PT). Он обнаруживается, когда текущая струя воздействует на отверстие Пито. Для измерения этого ударного давления часто используется трубка Пито небольшого размера, а иногда и L-образная трубка. Отверстие должно быть прямо обращено к набегающему потоку. Скорость подхода в точке (VP) рассчитывается путем извлечения квадратного корня из разницы между полным давлением (PT) и статическим давлением (P). Затем он будет умножен на отношение C/D, где C — размерная константа, а D — плотность. Это может быть математически выражено как;

Vp =C(PT – P)½/D

Поскольку расход определяется путем умножения скорости в точке (VP) на площадь поперечного сечения трубы или воздуховода, измерение скорости должно производиться на глубине погружения, соответствующей средней скорости. Профиль скорости в трубе меняется с вытянутого (ламинарного) на более пологий (турбулентный). Это происходит потому, что скорость потока увеличивается. Он изменяет точку средней скорости и требует регулировки глубины вставки.

Приборы с трубкой Пито используются только для сильно турбулентных потоков (числа Рейнольдса> 20 000). Поэтому профиль скорости должен быть достаточно плоским, чтобы глубина вставки не была критической.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе трубки Пито:

Однопортовая трубка Пито

Однопортовая трубка Пито измеряет скорость потока только в одной точке поперечного сечения потока. Зонд должен быть вставлен в точку потока, где скорость потока является средним значением скоростей в поперечном сечении. Ударный порт должен быть направлен прямо в поток жидкости.

Однопортовые трубки Пито можно сделать менее чувствительными к направлению потока, если ударный порт имеет n внутренних скосов примерно на 15 градусов, входящих примерно на 1,5 диаметра в трубку. Если перепад давления, создаваемый трубкой Вентури, слишком мал для точного обнаружения, обычную трубку Пито можно заменить трубкой Пито Вентури. Двойной датчик Вентури также можно использовать для получения более высокого перепада давления.

Чистая откалиброванная, чистая и правильно вставленная однопортовая трубка Пито обеспечивает точность расхода ±1% от полной шкалы в диапазоне расхода 3:1. С некоторой потерей точности прибор может измерять даже в диапазоне 4:1. К преимуществам однопортовой трубки Пито относятся низкая стоимость, простота конструкции, отсутствие движущихся частей и очень небольшая потеря давления в протекающем потоке. Хотя у него есть некоторые ограничения, которые включают ошибки, возникающие из-за изменения профиля скорости или из-за закупорки портов давления.

Усреднение трубок Пито

Усредняющие трубки Пито были изобретены, чтобы устранить проблему нахождения точки средней скорости. Эта трубка снабжена несколькими портами воздействия и статического давления. Он предназначен для расширения по всему диаметру трубы. Давления, обнаруженные всеми портами ударного давления, будут объединены, и квадратный корень из их разницы будет измерен как показатель среднего расхода в трубе.

Есть порт ближе к выходу комбинированного сигнала, он оказывает чуть большее влияние, чем самый дальний порт. Хотя для вторичных приложений, где обычно используются трубки Пито, ошибка может не отображаться. Трубку Пито можно модифицировать в соответствии с потребностями конкретного применения, такими как количество ударных портов, расстояние между портами и диаметр усредняющей трубки Пито.

Чувствительные порты усредняющих трубок Пито часто слишком велики, чтобы трубка могла работать как настоящая усредняющая камера. Отверстия портов оптимизированы для предотвращения засорения, а не усреднения. Хотя для поддержания чистоты портов используется продувка инертным газом, что позволяет датчику использовать порты меньшего размера.

Усредняющие типы трубок Пито обладают теми же преимуществами и ограничениями, что и однопортовые трубки. Только то, что они чуть дороже и чуть точнее, особенно если поток формируется не полностью. Кроме того, некоторые усредняющие датчики Пито могут быть вставлены через то же отверстие (или горячую врезку), что и однопортовая трубка.

Как измерить воздушный поток с помощью трубки Пито

Поскольку трубки Пито хорошо подходят для измерения воздушного потока со средней и высокой скоростью, важно знать, как измерять воздушный поток с помощью прибора. Выполнение точных измерений требует коррекции плотности и тщательного прохождения. Это связано с тем, что точность определяется устройством измерения давления, которое установлено на трубке Пито. Хотя более экономичный метод (горячая проволока и крыльчатка) может использоваться для измерения расхода воздуха в приложениях с низким расходом. Однако трубка Пито идеальна для применений с большим расходом или высокой температурой.

Как указано выше, трубка Пито измеряет общее давление и статическое давление для определения скоростного давления. Этот процесс также определял скорость воздуха. Трубка вставляется в воздуховод кончиком в сторону потока воздуха. Положительный порт манометра соединяется с портом полного давления (Pt), а отрицательный — с портом статического давления (Ps). Затем этот манометр будет отображать скоростное давление, которое можно преобразовать в скорость.

Современные трубки Пито имеют правильный носик или наконечник, а расстояние между носиком, точками статического давления и штоком является достаточным. Это сведет к минимуму турбулентность и помехи, что позволит использовать его без поправочных или калибровочных коэффициентов.

Для обеспечения точных показаний скорости и давления наконечник трубки Пито должен быть направлен прямо (параллельно) воздушному потоку. При правильном выравнивании трубки Пито показания скорости и давления будут максимальными.

Обратите внимание, что точные показания невозможно получить в турбулентном воздушном потоке. Трубки Пито следует вставлять как минимум на 8-1/2 диаметра воздуховода ниже по потоку от изгибов, изгибов или других препятствий, которые могут вызвать турбулентность. Для точного измерения выпрямляющие лопасти должны располагаться на расстоянии 5 диаметров воздуховода от трубки Пито, если таковая имеется.

Скорость воздуха неодинакова по площади поперечного сечения воздуховода или ламинара. Следовательно, для определения средней скорости необходимо выполнить пересечение воздуховода. Трение ближе к стенкам воздуховода будет замедлять поток воздуха, поскольку они царапают стенки воздуховода. Для обеспечения точности измерений будет использоваться определенный шаблон.

Преимущества и недостатки трубки Пито

Преимущества:

• Прибор портативный
• Он не содержит движущихся частей.
• Несмотря на огромную работу, это недорого
• Простой дизайн и надежность.
• Низкая постоянная потеря давления.
• Простота установки в существующую систему.
• Подходит для различных условий окружающей среды, включая высокие температуры и широкий диапазон давлений.

Недостатки:

Несмотря на хорошие преимущества трубки Пито, некоторые ограничения все же имеют место. Ниже приведены недостатки трубок Пито в различных областях их применения.

• Низкий диапазон
• Низкая точность.
• В зависимости от жидкости чтение может быть легко затруднено.
• Вибрация может дать неверные показания и даже повредить прибор.

Заключение

Трубка Пито является отличным компонентом для измерения протекающей жидкости. В этом посте мы рассмотрели определение, функцию, приложения, уравнение, типы и работу трубки Пито. Мы также увидели преимущества и недостатки приборов с трубкой Пито.

Я надеюсь, что вы получили много полезного из этой статьи, если да, пожалуйста, поделитесь ею с другими студентами. Спасибо за чтение. Увидимся в следующий раз!