Трубка пито принцип работы кратко

Обновлено: 07.07.2024

Трубка Пито — это полая трубка, изогнутая под углом в 90°, которая используется в качестве устройства создающего перепад давления. В трубопровод устанавливается таким образом, чтобы открытый конец ее был направлен навстречу потоку.

Схема трубки Пито

При наличии двух камер давления, разделенных диафрагмой, даже самый незначительный перепад давления в потоке жидкости можно измерить с точностью. Отдельные точки отбора давления расположены по всему поперечному сечению трубы для обеспечения репрезентативных показателей.

Принцип работы трубки Пито

Конец трубки, который открыт для входящего потока, всегда направлен вверх по потоку относительно места монтажа трубки, а другой конец трубки подсоединяется к контрольно-измерительному прибору. Отбор низкого давления вмонтирован в трубопровод под прямым углом относительно направления движения потока, с его помощью измеряется давление, оказываемое потоком на стенки трубопровода. Для того, чтобы определить величину расхода, измеряется разность этих двух манометрических величин.

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.

Трубка Пито — это прибор для измерения полного напора текущей жидкости (суспензии) или газа. Названа по имени её изобретателя французского инженера-гидравлика Анри Пито.

Установившееся в трубке избыточное давление приближённо равно:

где p — плотность движущейся (набегающей) среды; Vo — скорость набегающего потока; ε — коэффициент.

Напорная (пневмометрическая, или трубка полного напора) трубка Пито подключается к специальным приборам и устройствам. Применяется при определении относительной скорости и объёмного расхода в газоходах и вентиляционных системах в комплекте с дифференциальными манометрами.

Датчик потока воздуха на основе трубки Пито — очень простой прибор. Он состоит из маленькой трубки, выведенной открытым концом в сторону воздушного потока, чтобы напор воздуха вызвал увеличение давления в трубке по сравнению с давлением снаружи трубки. Точно такая же система применяется в авиации для измерения скорости в полете. Две трубки соединяются в один преобразователь разности давлений, такой как прибор с изменяемой емкостью. Р1 и Р2 обозначают соответственно давление напора и статическое давление. На рисунке показана трубка Пито и дифференциальный датчик давления для измерения потока воздуха.

Рис. Трубка Пито и дифференциальный датчик давления для измерения потока воздуха

Ответы на вопросы

Какое давление измеряет трубка Пито?

Трубка Пито измерят одновременно величину динамического и статического давления в определенной точке потока

Что показывает трубка Пито?

Трубка Пито показывает полный напор текущей жидкости (суспензии) или газа.

Гидрометрическая трубка Пито - прибор для измерения скоростного напора, определяющегося как разница между полным и пьезометрическим напорами (давлениями).

Рассмотрим принципиальную схему измерений с помощью гидрометрической трубки.

В трубопроводе установлены две трубки: пьезометр - для измерения пьезометрического напора, изогнутая трубка - для измерения и полного напора (давления). Трубка установлена против течения, таким образом, чтобы жидкость втекала в нее.

В том случае, если жидкость в трубе покоится, то уровни в обеих трубках будут одинаковы - полный напор равен статическому. При движении жидкости за счет скоростного напора потока, величина полного напора увеличится и будет выше величины пьезометрического, уровень жидкости во второй трубке будет выше, чем в пьезометре 1. Создается разность уровней Δh, которая зависит от скорости течения жидкости U.

Установим связь между этими величинами. Запас кинетической энергии частицы можно вычислить используя зависимость:

При попадании частиц жидкости в изогнутую трубку, скорость движения этих частиц снижается и падает до 0, кинетическая энергия переходит в потенциальную, вызывая подъем жидкости в этой трубке на дополнительную высоту Δh. Запас потенциальной энергии частицы, поднятой на высоту Δh:

Учитывая, что кинетическая энергия перешла в потенциальную - Эп=Эк можно вычислим величину разности уровней в трубках Δh

Полученную формулу можно использовать для определения скорости движения жидкости U, при известном перепаде уровней, который легко измерить.

Конструкция трубки Пито

Трубка Пито объединяет в себе две, указанные выше трубки - для измерения полного и статического давлений, они установлены соосно. Полость внутренней трубки (камера полного давления) сообщается с потоком жидкости через переднее центральное отверстие, выполненное в переднем торце трубки, а кольцевая полость (камера статического давления) сообщается с потоком через отверстия, расположенные по кольцу на боковой поверхности внешней трубки.

Обе камеры посредством трубок могут соединяться дифференциальным манометром, или датчиками перепада давлений ,которые позволяет измерить разность уровней Δh необходимую для определения скорости движения жидкости

Многозаборная трубка Пито

Разновидность трубки Пито с четырьмя точками измерения полного давления, трубка для измерения пьезометрического напора, развернута в противоположную сторону. Схема много заборной трубки Пито показана на рисунке.

Четыре точки отбора давления позволяет точнее измерить среднее значение полного давления.

Характеристики трубок Пито

Трубки Пито используются для измерения скоростей течения жидкостей и газов, погрешность измерений приборов, обычно, составляет 1 - 2%. Малые отверстия в трубках легко засоряются, поэтому трубки Пито используют только при работе с чистыми жидкостями и газами.

Трубка ПИТО – простейший прибор, позволяющий измерять полное давление, представляет собой открытую трубку, направленную навстречу потоку.

ПИТО-ПРАНДТЛЯ трубка - прибор для измерения скорости течения жидкости или газа, основанный на одновременном измерении полного и статического давлений в какой-нибудь точке потока. Изобретена в 1732 французским ученым Анри Пито, усовершенствована Л. Прандтлем (рис. 3.15).

Если установить навстречу потока прибор Пито-Прандтля, то в трубке 1 изогнутой на 90 0 жидкость поднимется над уровнем в пьезометре 2 на высоту, равную скоростному напору. Объясняется это тем, что скорость , попадающих в отверстие трубки, уменьшается до нуля, а давление, следовательно, увеличивается на величину скоростного напора. Измерив разность высот подъёма жидкости в трубке Пито и пьезометре, легко определить скорость жидкости в данной точке.

Этот принцип лежит в основе измерения скорости полёта самолёта. На рис. 3.15 представлена схема прибора для измерения малых скоростей самолёта по сравнению со скоростью звука.

Рис. 3.15. Прибор для измерения скорости

Запишем уравнение Бернулли для струйки, которая набегает на трубку вдоль её оси, а затем растекается по её поверхности. Для сечений 0-0 (невозмущённый поток) и 1-1 (где ), получаем

Так как боковые отверстия в приборе приближённо воспринимают давление невозмущённого потока, то давление в пьезометре , следовательно, с учётом предыдущего имеем

или .

Измерив величину находим скорость в рассматриваемой точке

Необходимо заметить, что полученная формула даёт обычно некоторую погрешность. Практически данную формулу используют в виде

где - поправочный коэффициент, который находится для данной трубки Пито путём её тарировки.

Струйный насос(эжектор) состоит из плавно сходящегося насадка А,осуществляющего сжатие потока, и постепенно расходящейся трубки С, установленной на некотором расстоянии от насадка в камере В (рис.3.16).

Вследствие увеличении скорости потока давление в струе на выходе из насадка и во всей камере В значительно понижается. В расширяющейся трубке скорость уменьшается, а давление возрастает приблизительно до атмосферного (если жидкость вытекает в атмосферу), следовательно, в камере В давление обычно меньше атмосферного, т.е. возникает разрежение (вакуум). Под действием разрежения жидкость из нижнего резервуара всасывается по трубе в камеру В, где происходят слияние и дальнейшее перемешивание двух потоков.

Рис. 3.16. Струйный насос

Рис. 3.15. Прибор для измерения скорости

или .

Измерив величину находим скорость в рассматриваемой точке

где - поправочный коэффициент, который находится для данной трубки Пито путём её тарировки.

Читайте также: