Что такое трубка пито: что это такое, принцип действия, схема и т.д.

Содержание

Трубка Пито. Принцип работы | ПроИнструмент

Точность превыше всего |

15.12.2019

Трубки Пито представляют собой один из вариантов датчика расхода непрерывного потока рабочей среды. Изобретённые ещё в 1732 году французским инженером Анри Пито, они и сейчас широко используются в гражданской и военной авиатехнике, в инженерных коммуникациях и пр.

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.

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.

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

Трубка пито, принцип работы

Что такое трубка Пито – метрологический аппарат для измерения располагаемого (полного) и статического давления, массового расхода движущегося газа (воздуха) или жидкости и скорости движения в трубе. Назвали ее в честь ее изобретателя инженера-конструктора из Франции Анри Пито. Внутри трубка Пито полая и выгнутая под углом 90 градусов.

Принцип работы трубки Пито
Как работает трубка Пито
Устройство трубки Пито
Основные характеристики трубки Пито
Достоинства и недостатки аппарата Пито
Видео: трубка пито и скоростной напор

Самым простым вариантом данного прибора является Г-образный трубчатый корпус, часть которого погружается в закрытую полость трубопровода. Монтируется в трубопровод открытым концом навстречу потоку газа или жидкости, как показано на рисунке 1.

Принцип работы трубки Пито

В начальной стадии работы трубка Пито заполняется движущейся жидкостью или газом. Соответственно, поток, входящий в трубку Пито и вертикальную трубку, создаст некое давление, которое будет контролироваться с помощью манометров, установленных на свободных концах трубок.

По разности давлений измерительных приборов или разности высот поднятия жидкости в трубках судят о полном напоре жидкости, протекающей в трубе, его непосредственно скорости, а также расхода. Таким образом, в основу принципа измерения положен принцип дифференциальной разности давления.

Как работает трубка Пито

Представим, что жидкость под каким-то неизвестным давлением течет по трубе, как изображено на рисунке 2.

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.

Устройство трубки Пито

Устройство трубки Пито очень простое. Состоит из двух трубок — первой прямой пустотелой, которая называется пьезометром, и второй выгнутой также пустотелой. Эти трубки монтируются в один корпус, в котором находится исследуемая жидкость или газ. В практическом использовании все изготавливаемые трубки имеют свои поправочные коэффициенты на потерю энергии и разность расположения трубок.

На рисунке 3 изображено устройство трубки Пито.

org/ImageObject»>

Трубки с наконечниками и насадками изготавливаются из нержавеющей стали марки 12Х или латуни марки Л-59. Все соединения трубок с насадками и наконечниками, как правило, выполняются пайкой для точной герметизации относительно окружающего воздуха.

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.

Видео: трубка пито и скоростной напор

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 23 чел.
Средний рейтинг: 4.6 из 5.

Что такое трубки Пито и как они работают?

Трубки Пито являются важными компонентами на борту самолета, используемыми для измерения ряда важных данных. Трубки широко известны как спидометры, которые позволяют пилотам измерять их скорость полета, а также измеряют высоту и тенденции высоты. Трубки Пито обычно располагаются вдоль передней части фюзеляжа или вдоль крыла самолета.

Что такое трубки Пито?

Трубки Пито — это не только инновационные изобретения для авиации: они также широко используются в промышленном оборудовании, лодках и даже автомобилях Формулы-1. Трубка Пито, по сути, представляет собой датчик расхода, а простые трубки Пито обычно имеют только одно отверстие спереди. Однако в коммерческих самолетах часто используются статические трубки Пито с двумя отверстиями, а не отдельные трубки Пито и статические порты.

Простая трубка Пито может измерять только давление застоя из-за ее единственного отверстия. Преимуществом статической трубки Пито является ее способность измерять статическое давление в дополнение к давлению застоя. Статические порты вдоль боковой стороны трубки Пито дают ей эту универсальную возможность, а это означает, что нет необходимости устанавливать отдельные статические порты в другом месте. Но как именно работают эти компоненты?

Здесь хорошо видны трубки Пито

на Боинге 737NG. Фото: Simple Flying/Dylan Ashe

Как работают трубки Пито

Трубки Пито работают как датчики потока для измерения скорости и давления воздуха, жидкости или газа. Эти показания позволяют пилотам измерять воздушную скорость и высоту, а также могут применяться в другом оборудовании. Трубы обычно находятся под кабиной в передней части фюзеляжа. Кроме того, их также можно найти вдоль крыла. Статическая трубка Пито имеет два отверстия: одно спереди и одно сбоку.

Используются для измерения расхода воздуха, газа или жидкости. Эта система включает в себя размещение трубки Пито внутри другой трубки со статическими портами. Переднее отверстие измеряет статическое давление, а боковые отверстия (статические порты) измеряют статическое давление. Разница между этими двумя измерениями называется динамическим давлением. Это показание в конечном итоге используется для расчета воздушной скорости данного самолета.

Трубки Пито являются важными приборами

Измерение воздушной скорости — неотъемлемая часть полета, и все пилоты должны ее контролировать. Трубки Пито обеспечивают показания приборной воздушной скорости (IAS) на основе измерения динамического давления. Это отличается от путевой скорости, поскольку самолеты могут столкнуться с сопротивлением во время полета, таким как встречный ветер и плотность воздуха.

Трубки Пито

предоставляют пилотам важные данные о воздушной скорости и высоте. Фото: Getty Images

Самолеты, летящие слишком медленно, не будут генерировать достаточную подъемную силу и рискуют зайти в сваливание, в то время как самолеты, летящие слишком быстро, рискуют получить повреждения, поскольку они не рассчитаны на определенные скорости. Скорость полета также важна при оценке продолжительности полета, поскольку неточные оценки могут привести к тому, что у пилотов закончится топливо, если полет продлится дольше, чем ожидалось.

Различные критические инциденты с точки зрения безопасности

В качестве критической части приборов самолета трубки Пито были в центре нескольких аварий. Поскольку трубы подвергаются воздействию стихии, существует опасность их обледенения, что привело к нескольким несчастным случаям со смертельным исходом.

Отказы трубки Пито всегда заставляют самолет отклоняться от курса, например, рейс Аэрофлота, который был вынужден приземлиться из-за того, что его трубки Пито не нагревались должным образом.

Австралия по сей день борется с надоедливыми осами, гнездящимися внутри трубок Пито. Другой громкий случай связан с недовольным механиком American Airlines, который вмешался в трубку Пито, что привело к аварийной посадке.

Проверка статической системы Пито жизненно важна для обеспечения безопасности. Фото: Люфтганза

Крушение рейса 301 компании Birgenair

Возможно, наиболее заметный случай, когда осы, гнездящиеся внутри трубки Пито, позже привели к фатальной катастрофе, связан с рейсом 301 компании Birgenair. Самолет был остановлен на 20 дней, а его трубки Пито оставались открытыми, что позволяло осам зарываться внутрь. Это вызвало неисправность прибора, что привело к остановке полета, прежде чем он упал в океан недалеко от Пуэрто-Плата, Доминиканская Республика.

По данным Aviation Safety Network, все 176 пассажиров и 13 членов экипажа на борту Boeing 757-200, участвовавшего в крушении, погибли в результате его сильного удара о море. Авария стала самой смертоносной из когда-либо имевших место в Доминиканской Республике и сыграла роль в последующем банкротстве Birgenair.

Источник: Сеть авиационной безопасности

Трубка Пито

На этой странице схематично показана трубка Пито. Пито трубки используются на самолетах в качестве спидометров. Настоящая трубка на длина самолета составляет около 10 дюймов (25 сантиметров) с 1/2 дюйма (1 сантиметр) в диаметре. Вокруг просверлено несколько небольших отверстий. снаружи трубы и центральное отверстие просверлено вниз оси трубки. Внешние отверстия соединены с одной стороной устройства, называемого датчиком давления . Центральное отверстие в трубе хранится отдельно от внешних отверстий и соединяется с с другой стороны преобразователя. Преобразователь измеряет разница давлений в двух группах трубок измеряя деформацию тонкого элемента с помощью электронный тензодатчик. Трубка Пито установлена на самолете чтобы центральная трубка всегда была направлена в сторону ход, а внешние отверстия перпендикулярны центру трубка. (На некоторых самолетах трубка Пито надевается на более длинную штангу. торчащие из носа самолета или крыла.)

Разница статического и полного давления

Так как наружные отверстия перпендикулярны направлению путешествия, эти трубы находятся под давлением местных случайный составляющая скорости воздуха. Давление в этих трубках равно статическое давление (ps) , обсуждавшееся в книге Бернулли уравнение. Центральная трубка, однако, направлена в сторону путешествуют и находятся под давлением как случайного, так и упорядоченного воздуха скорость. Давление в этой трубе равно общее давление (pt) обсуждается в уравнении Бернулли. Датчик давления измеряет разница полного и статического давления.

измерение = pt — ps

Решить для скорости

При разнице измеренных давлений и знании местных значение плотности воздуха (r) по измерениям давления и температуры, мы можно использовать уравнение Бернулли, чтобы дать нам скорость. уравнение Бернулли утверждает, что статическое давление плюс половина плотности, умноженная на квадрат скорости (V) равен полному давлению. 92 = [2 * {pt — пс}] / г

Есть, однако некоторые практические ограничения:

Если скорость низкая, разница давлений очень велика маленький и трудно точно измерить датчиком. Ошибки в приборе может быть больше, чем измерение! Итак, Пито лампы не очень хорошо работают на очень низких скоростях.
Если скорость очень высокая (сверхзвуковая), мы нарушили предположения уравнения Бернулли и измерения неверны еще раз. В передней части трубы находится ударная волна кажется, что будет изменить общее давление.