Трубка Пито. Принцип работы

Аналоги данного товара

Группа компаний (ГК) «Теплоприбор» (Теплоприборы, Промприбор, Теплоконтроль и др.) — это приборы и автоматика для измерения, контроля и регулирования параметров технологических процессов (расходометрия, теплоконтроль, теплоучёт, контроль давления, уровня, свойств и концентрации и пр.).

География ГК «Теплоприбор»: Москва, Рязань, Челябинск, Казань, Екатеринбург, Санкт-Петербург, Новосибирск, Нижний Новгород, Самара, Ростов-на-Дону, Уфа, Красноярск, Пермь, Воронеж, Белгород, Волгоград, Краснодар, Саратов, Тюмень, Томск, Омск, Иркутск, Улан-Удэ, Саранск, Чебоксары, Ярославль и другие города РФ, также мы работаем с Белоруссией, Украиной и Казахстаном.

Рекомендации как правильно выбрать, заказать и купить контрольно-измерительные приборы и автоматику (КИПиА), дополнительное/вспомогательное оборудование и защитно-монтажную арматуру, а также другую полезную и интересную информацию см. наши официальные сайты.

Работа и вакансии: в Московский офис (СЗАО, ст. метро Планерная, р-н Куркино (рядом МКАД и г. Химки) требуется менеджер по сбыту КИПиА, ЗП достойная, возможна удаленная работа оклад + %. teplokip@yandex.ru

Новые публикации: Статья «Датчики давления. Сравнительный обзор видов, характеристик и цен.»

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}}} \ ,.}

Принцип работы

Являясь расходомером дифференциального давления, трубка Пито измеряет два давления: статическое и общее ударное. Статическое давление — это рабочее давление в трубе, воздуховоде или окружающей среде, которая находится перед трубкой Пито. Измерение происходит под прямым углом к ​​направлению потока, предпочтительно в точке с низкой турбулентностью.

Общее ударное давление представляет собой сумму статического и кинетического давлений и определяется в момент, когда протекающий поток воздействует на отверстие трубке Пито. В большинстве конструкций используется Г-образная трубка, входное отверстие которой, обращено непосредственно к встречному потоку.

Для удовлетворительной работы трубки Пито необходимо, чтобы диапазон расхода находился в пределах от 3: 1 до 4: 1 (это требование типично и для диафрагменных расходомеров). Основное отличие состоит в том, что, хотя отверстие измеряет полный поток, трубка Пито определяет его скорость только в одной точке.

Для конструкции описываемого расходомера крайне важны профиль и длина входной трубки, а также форма её стенок.

Параметры входной части трубки влияют на характер распределения давления по сечению. При увеличении скорости потока её профиль в трубке меняется с удлиненного (ламинарного) на более плоский (турбулентный). Это меняет точку средней скорости и требует регулировки глубины вставки. В подобных условиях профиль скорости почти всегда плоский, и глубина введения трубки не является критической.

Важно, чтобы измерение скорости проводилось на глубине введения, которая соответствует средней скорости потока. Поэтому в расходомерах Пито устанавливают короткие трубки с профилем, который увеличивает скорость потока и уменьшает постоянный перепад давления

Выпускаются также и специальные исполнения, в которых профиль входного канала выполняется таким, чтобы создать более высокий перепад давлений, чем у обычной трубки Пито.

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.

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 .

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:

  1. Через отводы в стенке трубы.
  2. Статическими зондами Пито, вставленными в технологический поток.
  3. 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.

Принцип работы

Устройство трубки Вентури представляет собой несколько элементов:

  1. Диффузор. Это сужающая часть устройства. Здесь поток воздуха или жидкости сжимается с увеличением потенциальной энергии потока. Потенциальная энергия газа или жидкости выражается давлением. То есть в результате прохождения через диффузор происходит увеличение давления потока.
  2. Узкий в сравнении с диаметром основного трубопровода цилиндр. Этот отрезок позволяет производить манипуляции с суженным в сечении потоком. Такой поток обладает меньшей скоростью и большей потенциальной энергии в сравнении с остальным трубопроводом.
  3. Инфузор. Расширяющийся раструб, который позволяет потоку воздуха плавно восстановить свои изначальные параметры для дальнейшей подачи в сеть.
  4. Цилиндр–переходник такого же сечения, что и основной трубопровод. Эта часть трубки Вентури служит переходником конца трубки и трубопровода.

Напорная трубка Пито

Напорная трубка Пито (пневмометрическая трубка полного напора, дифференциальная трубка) предназначена для измерений объемного расхода жидкости и газа в одной точке поперечного сечения цилиндрических труб диаметром не менее 300 мм в случаях, когда стенки трубы газохода не подвержены интенсивной коррозии или отложению на них веществ, выделяющихся из измеряемой среды по ГОСТ 8.361-79.

Пневмометрическая напорная трубка Пито применяется при определении скорости и объемного расхода в газоходах и вентиляционных системах в комплекте с дифференциальными цифровыми манометрами типа ДМЦ-01А, ДМЦ-01О, ДМЦ-01М или др.

Пневмометрическая напорная трубка Пито с термопарой предназначена только для работы в комплекте с дифференциальными манометрами ДМЦ-01М, имеющими канал автоматического ввода температуры. При измерениях скорости и объемного расхода газопылевых потоков такими комплектами отпадает необходимость измерения температуры потока дополнительным термометром и ввода значения в память ДМЦ-01М вручную (см. подробно о работе дифференциальной трубки Пито с термопарой).

Исполнения и модификации напорной трубки Пито

Выпускаются две конструкционные модификации пневмометрических напорных трубок Пито:

— трубка Пито с изогнутым носиком, воспринимает полное давление отверстием в торце изогнутой трубки, статическое давление — отверстиями в стенке внешней трубки; — трубка Пито цилиндрическая (с прямым носиком), полное давление воспринимает через отверстие в стенке внешней трубки, а статическое — отверстием в торце прямой трубки.

Также существуют два исполнения напорных трубок Пито: В (вентиляционное) и П (промышленное), отличающиеся диапазонами измерений скорости воздушного потока (см. ниже таблицу с техническими характеристиками).

Номер по Госреестру 21099-06. Пневмометрические трубки Пито поставляются с первичной поверкой производителя. Межповерочный интервал — 1 год. Гарантийный срок эксплуатации — 3 года со дня продажи.

Стоимость напорной (пневмометрической) трубки Пито зависит от длины трубки и ее исполнения, а также от других ценообразующих факторов (см. форму заказа напорной трубки Пито, как выбрать, заказать, купить). Цена напорной трубки Пито с поверкой* — от 6140 руб. (см. полную таблицу цен). (цена на трубку Пито указана c учетом первичной поверки производителя, без учета НДС=20%, учета скидок, акций и специальных предложений — конкретные условия и цены, а также наличие на складе пневмометрических трубок Пито уточняйте у менеджеров).

*- первичная поверка производителя.

Теоретические основы трубки Прандтля Пито

Основной принцип действия зонда Прандтля (трубки Пито) на манометре с U-образной трубкой

Уравнение Бернулли на зонде Прандтля (трубка Пито) для измерения скорости потока V

Трубка Пито работает в соответствии с основами гидродинамики и является классическим примером практического применения уравнений Бернулли . Он состоит из трубы, которая выровнена параллельно потоку таким образом, чтобы поток попадал в отверстие трубы спереди. Задняя часть трубки жестко соединена с устройством измерения давления .

Скорость потока жидкости или газа измеряется через трубку Пито в зависимости от динамического давления . Это основано на следующих соображениях (показано здесь на U-образном манометре ):
Типы давления

Общее давление является давление , которое действует на движущееся тело средой, жидкости или газа вокруг него, в направлении движения среды. Это полное давление измеряется трубкой Пито, когда
  1. обтекающая среда останавливается (пример: измерение расхода жидкостей) или
  2. неподвижная среда доводится до точной скорости объекта движущимся объектом. (Пример: трубка Пито на самолете).
Не имеет значения, перемещается ли трубка Пито или среда во время измерения. Оба результата дают представление об относительном потоке вокруг трубки Пито, и важна только относительная скорость. Общее давление, измеренное трубкой Пито, можно далее разделить на динамическое давление и статическое давление в текущей среде.
Обратное давление (также динамическое давление ) является давлением , которое текучая среда оказывает на его скорость и его масса (плотность). Он характеризует долю кинетической энергии текучей среды. Чем быстрее поток и чем больше масса (плотность) потока, тем больше динамическое давление.
Статическое давление представляет собой часть потенциальной энергии в общей энергии среды. Это соответствует давлению воздуха все еще окружающего воздуха , в котором трубка Пито расположена. В неподвижной среде статическое давление равно общему давлению, так как динамическое давление становится равным 0.

Сумма динамического давления и статического давления всегда регистрируется в трубке Пито . Общее давление измеряется трубкой Пито. В связи с измерением статического давления и датчиком перепада давления скорость потока среды может быть рассчитана в соответствии с законом Бернулли, если ее плотность известна.

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:

  1. Трубку Пито пропускают через отверстие в канале.
  2. Закрепляют её при помощи фланца или сальника.
  3. Устанавливают внешний индикатор, который показывает относительное отклонение между осями трубы/канала и приёмной трубки.
  4. При возможном наличии в потоке мелкодисперсных твёрдых частиц (например, угольной пыли) перед расходомером монтируют съёмный пробоотборник.
  5. 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

Эжекция

Эжекцией называют процесс смешения двух сред, при этом одна из сред находится под давлением и увлекает с собой другую. Для того, чтобы использовать трубку вентури в эжекторе, в центральную часть вставляют узкий раструб, через который подается поток от вентилятора. Зачем это нужно? Так получается передвигать загрязненную воздушную среду без соприкосновения рабочего вещества с лопастями вентилятора.

В результате перемещения воздуха, создается разность давлений. Воздух перемещается. Зачем такие сложности? Во время работы вентилятора так или иначе соприкасаются между собой металлические части устройства. Это служит причиной появления искры. В случае удаления лековоспламеняемых веществ системами вентиляции, одна искра может стать причиной катастрофы.

Схема Эжектора с трубкой Вентури

Технические характеристики

Таблица 1. Метрологические и технические характеристики трубок дифференциальных модификаций «Пито-Прандтля» и «Пито прямая»_

ХарактеристикиТрубка дифференциальная модификации «Пито-Прандтля»Трубка дифференциальная модификации «Пито прямая»
Диапазон скорости измеряемого потока, м/сОт 1,0 до 60,0От 5,0 до 30,0
Средний коэффициент преобразования динамического (скоростного) давления трубки Кт во всем диапазоне скоростей0,95…1,050,35.0,55
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 более0,03.1,500,18.0,60

Таблица 2. Габаритные размеры трубок дифференциальных модификаций «Пито-Прандтля» и «Пито прямая»

Трубка дифференциальная модификации «Пито-Прандтля»
ТипДлина, ммНаружный диаметр, мм
0635 22453004
0635 21453507
0635 20455007
0635 234510007
0635 88885

О

О

5

о

о

о

7
Трубка дифференциальная модификации «Пито прямая»
ТипДлина, ммНаружный диаметр, мм
0635 20413508
0635 20403608
0635 21405008
0635 21427508
0635 224010008
0635 20503008

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.

Аспирация

Аспирацией называют процесс отчистки воздуха от пыли перед выбросом в атмосферу. Удаление неочищенного воздуха ведет к серьезному ухудшению экологической обстановки, увеличивает вероятность пожара, создает смог. Поэтому перед выбросом воздуха его стараются максимально отчистить от загрязнений, в том числе и от твердых частиц, то есть пыли.

Трубка вентури в этом плане хороша возможностью тонкой отчистки от огромного числа подвидов пыли. Пыль в вентиляции разделяется на виды. И крайне цениться оборудование, которое может убирать большой перечень загрязнений, например: неорганическую пыль, органическую от муки, табака и так далее. К тому же, редко какое устройство способно отчистить воздух от мелких фракций.

Все эти преимущества характерны для трубки вентури. Однако, существует огромный недостаток, из-за которого куда чаще применяются другие устройства: циклоны. В силу своего устройства трубка Вентури способна без недостатков для основной системы замедлить, а потом снова ускорить поток воздуха.

В середине устройства при этом на мгновение происходить зависание твердых частиц, которые парят под действием силы инерции. После несколько мгновений частицы будут падать, пока поток воздуха вновь их не подхватит.

Во время зависания пыль легко поддается отделению от основного потока воздуха. Но устройство трубки вентури позволяет сделать это только с помощью противоположно направленного потока воды. В верхней части трубки устанавливают форсунки, распыляющие жидкость. Любое использование воды в системах аспирации связано с достаточно большими расходами: на насосы, на дополнительное оборудование и саму воду. Поэтому трубку Вентури как часть системы отчистки используют крайне редко.

Схема применения трубки Вентури в системах аспирации

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий