Автор: Этим аппаратом измеряются характеристики жидкостей и газов. К ним относятся массовый расход и статическое или полное давление, скорость продвижения среды через трубу или канал.
1. Что такое трубка Пито?
Ее создал во Франции инженер, фамилия которого в названии. Трубка Пито это прибор, измеряющий скорости движения жидкости и газа. Конструкция простая – это Г-образная форма, отверстием короткой части направленная в сторону потока воды или воздуха, жидкости или газа.
Если Г-образную часть трубки Пито погрузить в стабильную статическую среду, а длинная часть останется снаружи, то давление в трубке и в среде останется одинаковым. Если среда будет двигаться с определенной скоростью (будет меняться давление), уровень среды в трубке изменится по отношению к нулевому значению.
Так Пито измерял скорость воды в Сене. В спокойной воде уровень жидкости внутри трубки соответствовал общему уровню воды. При движении уровень в трубке поднимался от давления движущегося потока – тем больше, чем выше скорость.
2. История создания трубки Пито (Анри Пито, теорема Пито)
Французский инженер и исследователь Анри Пито изобрел этот прибор для измерения в 1732 году. В изначальной специализации он был математиком и астрономом. Но познания его были широкими, и применял он их в разных отраслях. В том числе в гидравлике. Благодаря достижениям занимал разные почетные должности в Академии наук Франции, а с 1740 года он – член Королевского общества.
Когда ему приходилось измерять скорость движения воды в реке Сена, он интуитивно пришел к тому, есть разница между статическим давлением жидкости, и ее давлением в динамике движения. Он установил, что разница между этими двумя величинами изменяется в пропорции с квадратом скорости данной жидкости.
На основании этих исследований он и создал конструкцию трубки Пито, чтобы измерять скорость жидкостей. Она элементарная, но главное было использовать принцип отношения величин.
Позже в 1858 году его земляком, инженером-гидравликом Анри Дарси трубка Пито принцип работы был усовершенствован, и используется до сих пор. Например, с применением дифференциальных манометров в комплексе, она используется для контроля вентиляционных систем и газоходов. Трубка Пито является составной частью в трубке Прандтля, измеряющей воздушное давление в авиации.
Таким методом определяется высота и скорость полета самолетов. Она даже заметна внешне на их фюзеляжах или крыльях – наклоненная и направленная вперед перекладиной буква «Г».
Многие знают о теореме Пито, как математика. Такая же простая и понятная. Ее Пито вывел в 1725 году. Теорема гласит, что в описанном четырехугольнике, в котором вписана окружность, суммы пар противоположных сторон по длине равны между собой.
Теорема развивает факт того, что касательные к кругу отрезки, выходящие из одной точки, имеют равную длину. Если с другой точки провести еще два касательных отрезка, они также будут равны, а в итоге образуется четырехугольник с равными парами сторон.
3. Принцип работы трубки Пито
Современные приборы работают так же, как их прообраз. Трубка Пито принцип работы следующий. В исходном состоянии горизонтальная короткая часть трубки погружена в измеряемую среду, открытым концом против потока. Поток жидкости или газа через горизонтальную часть проходит в вертикальную трубу, создавая давление. На свободном конце вертикальной трубы закреплен манометр.
Если взять пару трубок с манометрами, одну поместить в измеряемую среду, а другую – в стабильную нулевую (эталонную), то разность давлений покажет скорость напора среды. Так трубка пито принцип работы измеряет напор жидкости или скорость встречного потока воздуха. В этом случае говорят, что трубки Пито работают в паре с дифференциальными манометрами.
4. Как работает трубка Пито
Работа объясняется следующим примером. К напорной трубе с жидкостью припаяны две трубки с одинаковым диаметром. Одна – прямо к стене общей трубы. Строго перпендикулярно, для снижения погрешности измерений. В нее реализуется свободный выход жидкости (как с поверхности речки). Другая – уже знакомая трубка Пито, принцип работы которой известен. Она своим загнутым концом забирает жидкость из глубины.
В первой трубке высота подъема жидкости показывает давление жидкости на стенку трубопровода. Эта величина покажет положительную разницу статического давления напора в общей трубе от давления в атмосфере. Давление в этой трубке не зависит от скорости в потоке.
Вторая, трубка Пито, Г-образным концом забирает жидкость изнутри потока. Ее давление меряется манометром на наружном, вертикальном конце трубки. Именно в этой трубке (манометрической) уровень формируется двумя величинами – статическим напором, и скоростью потока. И скорость будет равна разности между давлением в первой трубке и во второй.
В итоге трубка Пито, ее принцип работы позволяет измерить полный напор, измеряя статический и скоростной напор. А разность напоров покажет расход жидкости.
5. Устройство трубки Пито
Измерительная трубка Пито и принцип работы ее теоретического прототипа аналогичны.
Она состоит из двух пустотелых трубок. Одна прямая пьезометрическая, исходная. Монтируется перпендикулярно к корпусу трубы. Она может выполняться отводом в стене трубопровода, или статистическим зондом.
Другая, трубка напорная Пито, проходит через стенку, и погружена внутри в поток жидкости или газа.
Учитывая, что нахождение трубок в среде вносит погрешности в измерение величин, проводятся метрологические поверки приборов. В дальнейшем рядовые измерения выполняются с полученными поправочными коэффициентами.
Для более точных измерений и меньших потерь, наконечники, насадки, и сами трубки изготавливают из нержавеющих сталей, или делают латунными. Полная герметизация стыков в соединениях достигается пайкой.
Повышается точность со специальными датчиками Пито, дополненными зондами Пито. В зондах находится силиконовое масло. Оно точнее передает статическое давление пульсирующих потоков.
6. Основные характеристики трубки Пито
Эти устройства используются для измерений веществ в одном агрегатном состоянии. Проще говоря, газа или жидкости без переходных состояний.
Трубка пито это прибор для измерения статического и динамического давления этих сред, разности давлений (расхода) и полного напора, а также скорости потока в трубе.
Для достоверности измерений важным условием должно быть полное заполнение всего сечения трубопровода потоком измеряемой среды. Иначе показания приборов будут неверными.
Для этого проводятся калибровки приборов, выявляется их точность, и просчитываются корректирующие коэффициенты для измерений.
Трубка пито, принцип работы прибора имеет такие характеристики:
• Легко монтируется, простая конструкция. Стоимость прибора, его установки и обслуживания минимальные.
• Точные измерения, которые остаются стабильными на протяжении всего срока службы.
• При измерении расходов движущихся потоков в трубопроводах, потери меньше всех других мерительных средств.
• Конструкции не с пайкой, а качественными уплотнителями, позволяют телескопически двигать трубку вертикально, для вариативности измерений.
Как видно, устройство при своей простоте имеет значение для измерений в гидравлике, пневматике, и аэродинамике.
7. Достоинства и недостатки аппарата Пито
Трубка напорная пито имеет выгодные положительные стороны:
• Просто и недорого изготавливать. Малая материалоемкость, невысокая цена. Точность измерений не имеет прямой зависимости от точности изготовления.
• Прочная конструкция. Это обеспечивают материалы – нержавеющая сталь и никелированная латунь.
• Трубка Пито без проблем справляется с измерением высокой скорости потока, когда температура достигает 800°С.
• Измерители могут быть стационарными – впаянными в трубопровод, или переносными. У мобильных устройств, трубки вставляются через заранее устроенные в трубопроводе соединительные штуцеры. Когда измерения не нужны, штуцеры закрываются заглушками.
Трубка Пито имеет существенные минусы:
• Она чувствительна к наличию мелкодисперсного мусора в трубопроводе. Если трубки засоряются, правильность измерений нарушается, или они становятся невозможными. Это устраняется в переносных приборах, которые легко чистить. Но неточность из-за мусора может оставаться.
• Ее нельзя применять там, где она окажет нежелательное высокое аэродинамическое или гидравлическое сопротивление потоку.
• Важно, что точность измерений изменяется с температурой среды, и положением трубки в этой среде.
Как видно, в удовлетворительных условиях трубка Пито является неоценимым и простым средством измерений параметров жидкостей, газов. На мощных магистралях, коммунальных коммуникациях, точности их измерений достаточно для получения достоверной картины в динамике потоков. А невысокая стоимость тем более располагает к их применению.
Их точности достаточно для применения в измерениях скорости воздушных потоков и высоты для всех летательных аппаратов. Также с успехом они используются на производствах, в котельных, в вентиляционных системах.
