Теория Операции
Основная трубка Пито состоит из трубки, направленной прямо в поток жидкости. Поскольку в этой трубке находится жидкость, можно измерить давление; движущаяся жидкость останавливается (застаивается), поскольку нет выхода для продолжения потока. Это давление представляет собой давление застоя жидкости, также известное как полное давление или (особенно в авиации) давление Пито .
Измеренное давление торможения само по себе не может использоваться для определения скорости потока жидкости (воздушной скорости в авиации). Однако уравнение Бернулли гласит:
- Давление застоя = статическое давление + динамическое давление
Что тоже можно написать
- птзнак равнопs+(ρты22).{\ displaystyle p_ {t} = p_ {s} + \ left ({\ frac {\ rho u ^ {2}} {2}} \ right) \ ,.}
Решение этого для скорости потока дает
- тызнак равно2(пт-пs)ρ,{\ displaystyle u = {\ sqrt {\ frac {2 (p_ {t} -p_ {s})} {\ rho}}} \ ,,}
где
- ты{\ displaystyle u}- скорость потока ;
- пт{\ displaystyle p_ {t}} застой или полное давление;
- пs{\ displaystyle p_ {s}}- статическое давление ;
- и – плотность жидкости.ρ{\ displaystyle \ rho}
ПРИМЕЧАНИЕ. Приведенное выше уравнение применимо только к жидкостям, которые можно рассматривать как несжимаемые. Жидкости считаются несжимаемыми почти во всех условиях. Газы при определенных условиях можно считать несжимаемыми. См. Сжимаемость .
Таким образом, динамическое давление – это разница между давлением торможения и статическим давлением. Затем динамическое давление определяется с помощью диафрагмы внутри закрытого контейнера. Если воздух с одной стороны диафрагмы находится под статическим давлением, а с другой – с давлением торможения, то прогиб диафрагмы пропорционален динамическому давлению.
В самолетах статическое давление обычно измеряется с помощью статических отверстий на боковой стороне фюзеляжа. Измеренное динамическое давление можно использовать для определения указанной воздушной скорости самолета. Описанное выше устройство диафрагмы обычно содержится в индикаторе воздушной скорости , который преобразует динамическое давление в показания воздушной скорости с помощью механических рычагов.
Вместо отдельных портов Пито и статических отверстий можно использовать статическую трубку Пито (также называемую трубкой Прандтля ), которая имеет вторую трубку, коаксиальную с трубкой Пито, с отверстиями по бокам, за пределами прямого воздушного потока, для измерения статического давления. .
Если столба жидкости используется для измерения перепада давления ,
Δп≡пт-пs{\ displaystyle \ Delta p \ Equiv p_ {t} -p_ {s}}
- Δчасзнак равноΔпρлграмм,{\ displaystyle \ Delta h = {\ frac {\ Delta p} {\ rho _ {l} g}} \ ,,}
где
- Δчас{\ displaystyle \ Delta h} – перепад высот колонн;
- ρл{\ displaystyle \ rho _ {l}} – плотность жидкости в манометре;
- g – стандартное ускорение свободного падения .
Следовательно,
- тызнак равно2Δчасρлграммρ.{\ displaystyle u = {\ sqrt {\ frac {2 \, \ Delta h \, \ rho _ {l} g} {\ rho}}} \ ,.}
Основные характеристики трубки Пито
Данное устройство идеально подходит для измерения давлений и расходов в одной агрегатной фазе. Особым условием правильной и надежной эксплуатации, в том числе достоверности показаний контрольно-измерительных приборов является то, что трубопровод, а именно его поперечное сечения должно быть полностью заполнено жидкостью, в противном случае прибор будет выдавать неправильные показания.
Калибровка точности показаний прибора состоит из самых простых измерений геометрических ее размеров и применение корректирующих коэффициентов.
К основным характеристиками устройства Пито относятся следующие:
- простота монтажа и сравнительно небольшие финансовые вложения на установку прибора и его обслуживание;
- высокая точность измерений в течение длительной эксплуатации;
- невысокие потери в сравнении с другими приборами для определения расхода для движущегося потока жидкости или газа;
- в отдельных конструкциях имеется возможность телескопического выдвижения трубки в вертикальном направлении.
Достоинства и недостатки аппарата Пито
К преимуществам трубки Пито относятся:
- простота в изготовлении;
- конструктивная прочность. Трубка Пито изготавливается из твердых материалов: никелированной латуни или нержавеющей стали;
- хорошо подходят к измерению высоких скоростей жидкостей или газов (воздуха) даже при высоких температурах до 800 градусов по Цельсию;
- имеют несколько модификаций: стационарных (непосредственно установленных на трубопровод, газоход в месте измерений) и переносных, вставляемых через специальные штуцера – для измерений расхода и давления газа (воздуха).
К недостаткам можно отнести:
очень высокая восприимчивость к засорениям трубок твердыми и грубодисперсными примесями и частицами, присутствующими в жидкости или газе; возможность использования ограничена в тех местах, где очень важно не создавать большого гидравлического или аэродинамического сопротивления движущемуся навстречу потоку жидкости или газа; качество и точность показаний измеренной величины напрямую зависит от температуры жидкости (газа) и ориентации трубки в пространстве трубы. Широкое применение прибор трубка Пито нашел в различных отраслях промышленности, к примеру – в авиационном строении применяется в качестве приемников потоков воздуха для определения скорости полета и его высоты. Широкое применение прибор трубка Пито нашел в различных отраслях промышленности, к примеру – в авиационном строении применяется в качестве приемников потоков воздуха для определения скорости полета и его высоты
Широкое применение прибор трубка Пито нашел в различных отраслях промышленности, к примеру – в авиационном строении применяется в качестве приемников потоков воздуха для определения скорости полета и его высоты.
литература
- Джеппесен Сандерсон: Руководство частного пилота. Джеппесен Сандерсон, Энглвуд, Колорадо, 2001, ISBN 0-88487-238-6 .
- Мартин Шобер: Технология измерения расхода. Т I + II. Институт механики жидкости Германа Феттингера, Берлин, 2002 г.
- Измерение воздушного потока. Мемориальный университет Ньюфаундленда, факультет инженерии и прикладных наук, лаборатория механики жидкостей, Спрингфилд, 2003 г.
- Измерение давления с самолета NCAR. Национальный центр атмосферных исследований (NCAR) Исследовательский авиационный комплекс, Бюллетень. Боулдер Коло 10.1991, 21.
- Справочник по полетам по приборам. Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации. AC61-27C, Вашингтон, округ Колумбия, 1999.
- Пол Б. Дюпюи: интеллектуальные датчики давления. Дивизия военной авионики. MN15-2322; HVN 542-5965. Вашингтон 2002.
- Питер Доган: Руководство по летной подготовке по приборам. Книга авиации, Санта-Кларита, Калифорния 1999, ISBN 0-916413-12-8 .
- Род Мачадо: Руководство по выживанию для пилота по приборам. Бюро спикеров авиации, Сил-Бич, Калифорния, 1998, ISBN 0-9631229-0-8 .
- С. Гош, М. Мусте, Ф. Стерн: Измерение расхода, профиля скорости и коэффициента трения в потоке труб. 2003 г.
- Вольфганг Кюр, Карстен Риль: Частный пилот. Том 3. Технология 2. Schiffmann, Bergisch Gladbach 1999, ISBN 3-921270-09-X .
Самолеты и аварии
Пито-статическая система – это система чувствительных к давлению инструментов, которая чаще всего используется в авиации для определения воздушной скорости , числа Маха , высоты и тренда высоты . Система статики Пито обычно состоит из трубки Пито, статического порта и инструментов статики Пито. Ошибки в показаниях статической системы Пито могут быть чрезвычайно опасными, поскольку информация, полученная от статической системы Пито, например, воздушная скорость, потенциально критична для безопасности.
Несколько инцидентов и происшествий с коммерческими авиакомпаниями были связаны с отказом статической системы Пито. Примеры включают рейс 2553 Austral Líneas Aéreas , рейс 6231 Northwest Airlines , рейс 301 Birgenair и один из двух X-31 . Французское агентство по безопасности полетов BEA заявило, что обледенение трубки Пито стало одной из причин крушения рейса 447 авиакомпании Air France в Атлантическом океане . В 2008 году компания Air Caraïbes сообщила о двух случаях неисправности обледенения трубки Пито на своих самолетах А330.
На рейсе 301 авиакомпании Birgenair произошел фатальный отказ трубки Пито, который, как подозревали исследователи, произошел из-за того, что насекомые создали гнездо внутри трубки Пито; Главный подозреваемый – черно-желтая грязевая оса.
На рейсе 603 Aeroperú произошел фатальный отказ системы статического электричества из-за того, что уборочная бригада оставила статический порт заблокированным лентой.
Рекомендации
Заметки
Библиография
- Кермод, AC (1996) . Механика полета . Барнард, Р.Х. (ред.) И Филпотт, Д.Р. (ред.) (10-е изд.). Прентис Холл. С. 63–67. ISBN 0-582-23740-8.
- Пратт, Джереми М. (2005) . Курс лицензирования частного пилота: принципы полета, общие знания о самолетах, летные характеристики и планирование (3-е изд.). gen108 – gen111. ISBN 1-874783-23-3.
- Титдженс, О.Г. (1934). Прикладная гидро- и аэромеханика по лекциям доктора философии Л. Прандтля . Dove Publications, Inc., стр. 226–239. ISBN 0-486-60375-X.
- Салех, Дж. М. (2002). Справочник по потоку жидкости . McGraw-Hill Professional.
Приложения
О других проектах Викимедиа:
трубка Пито , на Викискладе?
- Анемометр
- Махметр
- Статическое давление
- Динамическое давление
- Общее давление
Внешние ссылки
Измерительные приборы | |
|---|---|
| Акустический | |
| Угол и положение |
|
| Химический состав |
|
| Расстояние и напряжение |
|
| Кинематографический |
|
| Механический |
|
| Электричество |
|
| Электромагнетизм и оптика |
|
| Мощность / энергия |
|
| Количество материи |
|
| Радиоактивность |
|
| Область | Планиметр |
| Температура |
|
| Время |
|
| Объем и расход |
|
Технологический портал
Как работает трубка Пито
Представим, что жидкость под каким-то неизвестным давлением течет по трубе, как изображено на рисунке 2.
Принцип работы трубки Пито в потоке жидкости
Соответственно, в первой А манометрической трубке (слева) со свободным выходом жидкость поднимется вверх до определенной отметки – hs. В случае подсоединения манометра к свободному концу, он покажет давление, которое жидкость оказывает на стенки трубопровода. Данная величина устанавливает: на сколько статическое давление жидкости больше атмосферного.
Необходимо отметить, что отверстие монтируется в трубопроводе в строгой перпендикулярности во избежание большой погрешности измерения. Это значит, что давление измеренное в трубке А не зависит от скорости потока жидкости.
Вторая же трубка В формой Г является напорной и опущена в жидкость – навстречу движущемуся потоку. Газ или жидкость, движущаяся с определенной скоростью, будет заполнять полость трубки. К свободному концу трубки также присоединим контрольно-измерительный прибор – манометр. Входящий поток жидкости, ударяясь о стенки внутри трубки, будет создавать определенное давление, контролируемое манометром с другой стороны.
Уровень жидкости в манометрической трубке В ht будет состоять из 2-х складывающихся физических величин: статического напора и напора, который создается скоростным движением потока. Скоростной напор определяется разностью уровней в трубках h=ht-hs.
Таким образом, мы имеем две абсолютно разные величины измеренного давления вертикальной трубкой и трубкой Пито. В этом и состоит основной принцип работы трубки Пито, в частности, сумма статического и скоростного напоров составит величину полного напора жидкости в трубе. А для нахождения расхода жидкости в данном сечении трубопровода берется разность двух этих физических величин.
Да, разобрался с первого раза
Пришлось перечитать несколько раз
Вообще не понял что такое пито
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты
Технические характеристики
Таблица 1. Метрологические и технические характеристики трубок дифференциальных модификаций «Пито-Прандтля» и «Пито прямая»_
| Характеристики | Трубка дифференциальная модификации «Пито-Прандтля» | Трубка дифференциальная модификации «Пито прямая» |
| Диапазон скорости измеряемого потока, м/с | От 1,0 до 60,0 | От 5,0 до 30,0 |
| Средний коэффициент преобразования динамического (скоростного) давления трубки Кт во всем диапазоне скоростей | 0,95…1,05 | 0,35.0,55 |
| Пределы допускаемой погрешности определения среднего коэффициента преобразования напорной трубки по давлению для всего диапазона скоростей – 5, % | ±2,0 (от 1,0 до 25,0 м/с) ±3,0 (свыше 25,0 м/с) | ±5,0 |
| Температура эксплуатации, °С: – диапазон температур с нормированной погрешностью – предельный диапазон температур | От -40 до +40 От -40 до +600 | |
| Масса, кг, не более | 0,03.1,50 | 0,18.0,60 |
Таблица 2. Габаритные размеры трубок дифференциальных модификаций «Пито-Прандтля» и «Пито прямая»
| Трубка дифференциальная модификации «Пито-Прандтля» | ||
| Тип | Длина, мм | Наружный диаметр, мм |
| 0635 2245 | 300 | 4 |
| 0635 2145 | 350 | 7 |
| 0635 2045 | 500 | 7 |
| 0635 2345 | 1000 | 7 |
| 0635 8888 | 5 О О 5 о о о | 7 |
| Трубка дифференциальная модификации «Пито прямая» | ||
| Тип | Длина, мм | Наружный диаметр, мм |
| 0635 2041 | 350 | 8 |
| 0635 2040 | 360 | 8 |
| 0635 2140 | 500 | 8 |
| 0635 2142 | 750 | 8 |
| 0635 2240 | 1000 | 8 |
| 0635 2050 | 300 | 8 |
Описание
Трубки напорные модификаций НИИОГАЗ, Пито и Пито цилиндрическая являются приемниками полного и статического давления. Трубки изготавливаются из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 9941-81). Общий вид трубок напорных представлен на рисунке 1.
Трубка напорная модификации НИИОГАЗ конструктивно представляет собой сваренные между собой по длине две стальные трубки. Трубка для приема полного давления изогнута навстречу потоку и заканчивается коническим наконечником. Прорезь второй трубки воспринимает статическое давление.
Трубка напорная модификации Пито конструктивно представляет собой согнутые под углом 90о две трубки большего и меньшего диаметров, сваренных между собой таким образом, что трубка меньшего диаметра находится внутри трубки большего диаметра. Полное давление воспринимается отверстием на торце изогнутой внутренней трубки, статическое – отверстиями в стенке внешней трубки.
Трубка модификации Пито цилиндрическая представляет собой две прямые трубки большего и меньшего диаметра, сваренные между собой таким образом, что трубка меньшего диаметра находится внутри трубки большего диаметра. При этом полное давление воспринимается через отверстие в стенке внешней трубки, а статическое давление- отверстием на торце внутренней трубки.
Штуцеры трубок напорных модификаций НИИОГАЗ и Пито соединяются с дифференциальным манометром или микроманометром. Трубка напорная устанавливается в газоходе приемной частью навстречу воздушному (газовому) потоку на прямом его участке.
История развития
В 1732 году Анри де Пито опубликовал проект « машины для измерения скорости текущей воды и следа за кораблями ». Этот принцип используется по сей день.
Однако у развития Пито все же были слабые места. Он состоял из двух расположенных рядом друг с другом трубок, одна из которых была изогнута на 90 ° на нижнем конце для направления в поток воды, а вторая прямая трубка воспринимала статическое давление. Однако при таком расположении труба для измерения статического давления находилась в зоне турбулентности, вызванной изгибом трубы перед ней. Кроме того, имелись теоретические недостатки в отношении преобразования разности давлений в расход. Из-за постоянных колебаний можно было сделать только очень неточные измерения.
В 1775 году Джеймс Линд измерил скорость ветра с помощью анемометра с трубкой Пито . В этом случае U-образная трубка снова была изогнута вперед на 90 ° на переднем конце, как показано на рисунке выше, и заполнена жидкостью. Проникающий воздух толкал воду по задней трубе Us вверх по шкале. Чтобы повысить чувствительность, Уильям Сноу-Харрис значительно увеличил воздухозаборник в 1858 году .
Начиная с 1856 года, прибор, разработанный Пито, был решительно доработан Генри Дарси путем присоединения клапанов, создания вакуума над трубами, перемещения входа статической трубы в сторону – и, таким образом, за пределы турбулентности трубы Пито – и разработана новая формула расчета расхода. Дальнейшие разработки Дарси также в основном использовались для измерения проточной воды.
Людвиг Прандтль разработал версию трубки Пито, которая используется до сих пор. Как это работает, описано выше.
Применение
Трубки Пито могут быть использованы в трубах и воздуховодах любого сечения – круглого, квадратного, прямоугольного. Ввиду своей простоты и надёжности такие расходомеры применяются даже в турбинных установках гоночных автомобилей и скоростных истребителей. В промышленных применениях трубки Пито используются для измерения потока жидкости в водосливах и открытых каналах.
Хотя точность и дальность действия относительно низки, трубки Пито недороги и подходят для различных условий окружающей среды, включая экстремально высокие температуры и широкий диапазон давлений.
Монтаж этих устройств заключается в следующем:
- Трубку Пито пропускают через отверстие в канале.
- Закрепляют её при помощи фланца или сальника.
- Устанавливают внешний индикатор, который показывает относительное отклонение между осями трубы/канала и приёмной трубки.
- При возможном наличии в потоке мелкодисперсных твёрдых частиц (например, угольной пыли) перед расходомером монтируют съёмный пробоотборник.
- Если температура потока может резко изменяться, предусматривают установку управляющей термопары.
Точность показаний — от 0,5% до 5% полной шкалы.
Преимуществами трубок Пито являются низкая стоимость, отсутствие движущихся частей, простота и отсутствие потерь давления в текущем потоке.
Основные недостатки — ошибки, возникающие в результате изменения профиля скорости или закупорки портов давления.
Трубки Пито целесообразно использовать для измерения расхода рабочей среды там, где важна стоимость устройства, а также при значительных диаметрах трубы или воздуховода.
Сверло-фреза. Два в одном!
Вертлюг. Виды и применение
Промышленные приложения
Трубка Пито от F / A-18
Погодные инструменты в обсерватории Маунт Вашингтон . Статический анемометр с трубкой Пито находится справа.
В промышленности измеряемые скорости потока часто происходят в каналах и трубопроводах, где измерения с помощью анемометра было бы трудно получить. В таких измерениях наиболее практичным инструментом является трубка Пито. Трубка Пито может быть вставлен через небольшое отверстие в канале с Пито , соединенной с U-трубки датчика воды или какой – либо другой дифференциальный манометр для определения скорости потока внутри аэродинамической трубы в кольцевом обтекателе. Одно из применений этого метода – определение объема воздуха, подаваемого в кондиционируемое помещение.
Затем скорость потока жидкости в воздуховоде можно оценить по формуле:
- Объемный расход (кубические футы в минуту) = площадь воздуховода (квадратные футы) × скорость потока (футы в минуту)
- Объемный расход (кубические метры в секунду) = площадь воздуховода (квадратные метры) × скорость потока (метры в секунду)
В авиации скорость обычно измеряется в узлах .
На метеостанциях с высокими скоростями ветра трубка Пито модифицируется для создания особого типа анемометра, называемого статическим анемометром с трубкой Пито .
Физический принцип изобретения Анри Пито
Вода хлынула из потока на препятствие.
Работа простой трубки Пито в потоке воды легко понять, если учесть, что жидкая частица, наделенная определенной скоростью, благодаря этой скорости имеет импульс, который может позволить ей подняться на определенную высоту. . Точно так же любой, кто бросает камень вертикально, знает, что этот камень будет подниматься тем выше, чем больше ему была придана начальная скорость.
Со времен Галилея и его исследований падения тел мы знаем, что с вертикальной начальной скоростью камень поднимается до:
V{\ displaystyle V}
- часзнак равноV22грамм{\ displaystyle h = {\ frac {V ^ {2}} {2g}}}
- (это без учета аэродинамического сопротивления камня).
То же самое и для частицы воды, обладающей почти горизонтальной скоростью , при условии, что ей позволено постепенно изменять направление своей траектории без слишком большого рассеивания энергии (представляя ее в виде своего рода трамплина).
V{\ displaystyle V}
Итак, когда вы окунете руку в поток потока (как на анимации напротив), вы увидите, что вода поднимается до определенной высоты.
Знание, действительно ли высота, достигаемая таким образом водой, равна высоте, могло бы стать хорошим упражнением в физике средней школы (мы можем ожидать определенных потерь энергии в воде из-за вязкого трения).
часзнак равноV22грамм{\ displaystyle h = {\ frac {V ^ {2}} {2g}}}
Анри Пито поступил более проницательно: в первом эксперименте, который он с энтузиазмом импровизировал, когда ему в голову пришла идея создания МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ БЕГАЩЕЙ ВОДЫ И ПОСЛЕ СУДОВ, он заменил руку простой изогнутой стеклянной трубкой против течения, и при таком расположении больше нет потерь энергии: частицы воды, которые поднимаются в стеклянной трубке, очень быстро теряют свою скорость (после стабилизации водяного столба по высоте): поэтому больше нет страха перед потеря энергии за счет вязкого трения.
В случае с этой трубкой Пито высота h, достигаемая водой в трубке, действительно равна:
- часзнак равноV22грамм{\ displaystyle h = {\ frac {V ^ {2}} {2g}}}
- si – это скорость потока, направленного ко входу в трубу, и сила тяжести Земли.V{\ displaystyle V}грамм{\ displaystyle g}
Как измеряется давление потока?
В конструкциях трубки Пито (с двойными стенками) ударное давление направлено вперёд, в поток. В обычных конструкциях ось движения рабочей среды совмещается с осью внешней трубки. Оба сигнала давления направляются по трубопроводу на индикатор или преобразователь.
Для промышленных применений статическое давление может быть измерено тремя способами:
- Через отводы в стенке трубы.
- Статическими зондами Пито, вставленными в технологический поток.
- При помощи небольших отверстий, расположенных либо на самой трубке Пито, либо на отдельном аэродинамическом элементе.
Точность функционирования расходомеров данной конструкции зависит от формы аэродинамических тел, окружённых постоянным потоком рабочей среды, а также от характеристик её вязкости, скорости и сжимаемости. Ключом к повышению точности показаний является минимизация кинетической составляющей при измерении давления.
Специально разработанные датчики Пито пригодны и для работ в пульсирующих потоках. Для этого используется зонд Пито, заполненный силиконовым маслом, который служит для передачи давления процесса. В высокочастотных пульсирующих применениях масло служит также средством демпфирования пульсаций и усреднения давления.
