Dingen die je moet weten over pitotbuis

Denkend aan hoe snelheid wordt gemeten in toepassingen zoals vliegtuigen, is de pitotbuis het instrument dat voor deze taak is ontworpen. dit instrument dat bekend staat als pitot-sonde bestaat uit een buis met een korte haakse bocht. Het apparaat wordt gebruikt om de snelheid te berekenen afhankelijk van de vloeistofstroom. Pitotbuizen worden gebruikt in anemometers om de luchtsnelheid in windtunnels en aan boord van vliegtuigen tijdens de vlucht te meten. Ze worden gebruikt om de stroom van vloeistof, lucht en gas te meten.

Vandaag krijg je inzicht in de definitie, functie, toepassingen, componenten, diagram, vergelijking, typen en werking van een pitotbuis. Je leert ook het volgende kennen:

• Statische druk
• Dynamische druk
• Stagnatiedruk
• Debietsnelheid
• Pitotbuizen met één poort
• Gemiddelde pitotbuizen
• Hoe de luchtstroom te meten met een pitotbuis, eindelijk
• Je leert de voor- en nadelen van een pitotbuis kennen.

Wat is een pitotbuis?

Een pitotbuis is een stromingsmeetinstrument voor het meten van de snelheid (snelheid) van een stromende vloeistof. Het werd uitgevonden door Henri Pitot, een Franse ingenieur in de 18 ^de eeuw. Het apparaat werd halverwege de 19e ^de . aangepast aan zijn moderne vorm eeuw door een Franse wetenschapper Henry Darcy. Een pitotbuis is een slanke buis met twee gaten erin. Het voorste gat wordt in de luchtstroom geplaatst, wat helpt om de zogenaamde stagnatiedruk te meten. het zijgat meet de zogenaamde statische druk. Meting tussen deze twee drukken geeft ons dynamische druk, die kan worden gebruikt om de luchtsnelheid te berekenen. Welnu, dit wordt verder uitgelegd.

Pitotbuizen die flowsensorinstrumenten zijn, kunnen een goedkoop alternatief zijn voor een meetplaat. De nauwkeurigheid varieert van 0,5% tot 5% FS, wat vergelijkbaar is met die van een opening. Ook de stroombereikbaarheid van 3:1 (hoewel sommigen werken bij 4:1) lijkt meer op de capaciteit van de openingsplaat. Het verschil tussen deze twee apparaten is dat de opening de volledige stroomstroom meet, terwijl de pitotbuis de stroomsnelheid op slechts één punt van de stroomstroom kan detecteren.

Toepassingen van een pitotbuis

Pitotbuizen zijn tegenwoordig in veel toepassingen te vinden, niet alleen in de luchtvaart. Het is populair dat het instrument wordt gebruikt in de luchtvaart, ze komen ook veel voor in industriële machines, boten en zelfs sportwagens. U kunt zelfs een pitotbuis voor uw project gebruiken waarvoor de snelheid van een stroom moet worden gemeten. Vliegtuigen gebruiken echter vaak pitot-statische buizen die twee openingen bevatten in plaats van een afzonderlijke buis en statische poorten.

Een enkele pitotbuis heeft de mogelijkheid om statische druk en stagnatiedruk te meten. De statische poorten aan de zijkant van de pitotbuis helpen om deze alles-in-één mogelijkheid te bereiken. Dit elimineert de noodzaak voor aparte statische poorten. Ik zal hier meer over uitweiden onder dit artikel.

Zoals eerder vermeld, wordt pitot tune veel gebruikt om de luchtsnelheid van een vliegtuig en de watersnelheid van een boot te bepalen. Het wordt gebruikt voor het meten van vloeistof-, lucht- en gasstroomsnelheden in bepaalde industriële toepassingen. in feite wordt het instrument gebruikt in windtunnelexperimenten en in vliegtuigen om de stroomsnelheid te meten. Het wordt gebruikt in een breed scala aan stroommetingstoepassingen, zoals luchtsnelheid in raceauto's en straaljagers van de luchtmacht. In industriële toepassingen worden pitotbuizen gebruikt om de luchtstroom in leidingen, kanalen en schoorstenen te berekenen. Ook vloeistofstroom in leidingen, stuwen en open kanalen.

Ten slotte worden in toepassingen pitotbuizen gebruikt om de vloeistofstroomsnelheid te meten door statische en dynamische drukverschillen te meten. Dit kan worden bereikt door de kinetische energie in een vloeistofstroom om te zetten in potentiële energie.

Onderdeel van een pitotbuis

Diagram van een pitotbuis:

Pitotbuisvergelijking

Het principe is gebaseerd op de Bernoulli-vergelijking waarbij elke term van de vergelijking kan worden geïnterpreteerd als druk

p + 1/2 ρ v ² + ρ g h

      =p + 1/2 ρ v ² + h

      = constant langs een stroomlijn … (1)

Waar:

p =  statische druk  (ten opzichte van de bewegende vloeistof) (Pa)

ρ =  dichtheid  van vloeistof (kg/m ³ )

v =stroomsnelheid (m/s)

γ = ρ g =  specifiek gewicht  (N/m ³ )

g =  versnelling van de zwaartekracht  (m/s ² )

h =hoogte (m)

Elke term van de vergelijking heeft de dimensie kracht per oppervlakte-eenheid N/m ²  (Pa) –  of in Engelse eenheden lb/ft ² (psi) .

Statische druk – De term P geeft statische druk aan. het is statisch ten opzichte van de bewegende vloeistof en kan worden gemeten door een vlakke opening parallel aan de stroom

Dynamische druk – De tweede term – 1/2 ρ v ² – heet dynamische druk.

Hydrostatische druk – De derde term – γ h - heet hydrostatische druk. Het vertegenwoordigt de druk als gevolg van een hoogteverschil.

Stagnatiedruk – De Bernoulli-vergelijking stelt dat de energie langs een stroomlijn constant is – en kan worden gewijzigd in

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² + γ h₁

    = p₂ + 1/2 ρ v₂ ² + γ h₂

    =constant langs de stroomlijn ... (2)

Waar:

achtervoegsel₁ is een punt in de vrije stroom stroomopwaarts

achtervoegsel₂ is het stagnatiepunt waar de snelheid in de stroom nul is

Stroomsnelheid – In een meetpunt beschouwen we de hydrostatische druk als een constante waarbij h₁ =h₂ - en dit deel kan worden geëlimineerd. Sinds v₂ is nul, (2) kan worden gewijzigd in:

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² = p₂ … (3)

of

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ]  ^1/2

    = [2 Δp / ρ]  ^½ … (4)

Waar:

Δp =p₂ – p₁ (verschildruk)

Met (4) het is mogelijk om de stroomsnelheid in punt 1 - de vrije stroom stroomopwaarts - te berekenen als we het verschildrukverschil kennen Δp = p₂ – p₁ en de dichtheid van de vloeistof.

Het is gebruikelijk om vooruit te gebruiken in plaats van druk. (4) kan worden aangepast door te delen door soortelijk gewicht γ naar

v₁ =c [2 g Δh] ^1/2 … (5)

waar:

c =coëfficiënt – afhankelijk van referentievloeistof en gebruikte of berekende eenheden 

g =versnelling van de zwaartekracht

Δh =h₂ – h₁ =hoogteverschil (vloeistofkolom)

Opmerking! – in de basisvergelijking heeft de hoofdeenheid betrekking op de dichtheid van de stromende vloeistof. Voor andere eenheden en referentievloeistoffen, zoals mm waterkolom – controleer de snelheidsdrukkop.

Werking van een pitotbuis

De werking van een pitotbuis is minder complex en gemakkelijk te begrijpen. Een pitotbuis meet twee drukken; statisch en de totale impactdruk. de statische druk is de werkdruk in de leiding, het kanaal of de omgeving, stroomopwaarts naar de pitotbuis. Het wordt gemeten loodrecht op de stroomrichting, vaak op een locatie met weinig turbulentie.

De som van de statische en kinetische drukken is de totale impactdruk (PT). Het wordt gedetecteerd als de stromende stroom de pitot-opening raakt. Om deze slagdruk te meten, is de gebruikte pitotbuis vaak een kleine en soms L-vormige buis. De opening moet direct naar de aankomende stroom zijn gericht. De puntsnelheid van nadering (VP) wordt berekend door de vierkantswortel te nemen van het verschil tussen de totale druk (PT) en de statische druk (P). Het wordt dan vermenigvuldigd met de C/D-verhouding, waarbij C een dimensionale constante is en D de dichtheid. Het kan wiskundig worden uitgedrukt als;

Vp =C(PT – P)½/D

Aangezien het debiet wordt verkregen door de puntsnelheid (VP) te vermenigvuldigen met de dwarsdoorsnede van de leiding of het kanaal, moet de snelheidsmeting worden uitgevoerd op een insteekdiepte die overeenkomt met de gemiddelde snelheid. Het snelheidsprofiel in de leiding verandert van langwerpig (laminair) naar vlakker (turbulentie). Dit gebeurt omdat de stroomsnelheid stijgt. Het verandert het punt van gemiddelde snelheid en vereist een aanpassing van de insteekdiepte.

Pitotbuisinstrumenten worden alleen gebruikt voor zeer turbulente stromingen (Reynolds Numbers> 20.000). Daarom moet het snelheidsprofiel vlak genoeg zijn zodat de insteekdiepte niet kritisch is.

Bekijk onderstaande video voor meer informatie over de werking van een pitotbuis:

Een pitotbuis met één poort

Een pitotbuis met één poort meet de stroomsnelheid alleen op een enkel punt in de dwarsdoorsnede van een stromende stroom. De sonde moet worden ingebracht tot een punt in een stromende stroom waar de stroomsnelheid het gemiddelde is van de snelheden over de dwarsdoorsnede. De impactpoort moet rechtstreeks in de vloeistofstroom zijn gericht.

Pitotbuizen met één poort kunnen minder gevoelig worden gemaakt voor de stroomrichting als de inslagpoort n interne afschuiningen heeft van ongeveer 15 graden, die zich uitstrekken tot ongeveer 1,5 diameters in de buis. Als het door de venturi gecreëerde drukverschil te laag is voor nauwkeurige detectie, kan de conventionele pitotbuis worden vervangen door een pitot-venturi. Een dubbele venturisensor kan ook worden gebruikt om een ​​hoger drukverschil te produceren.

Een schone, gekalibreerde, schone en correct geplaatste pitotbuis met één poort biedt ±1% van de volledige stroomnauwkeurigheid over een stroombereik van 3:1. Met enig verlies aan nauwkeurigheid kan het instrument zelfs meten over een bereik van 4:1. De voordelen van een pitotbuis met één poort zijn onder meer lage kosten, eenvoud in ontwerp, geen bewegende delen en zeer weinig drukverlies in de stromende stroom. Hoewel het enkele beperkingen heeft, waaronder fouten die het gevolg zijn van veranderingen in het snelheidsprofiel of van het verstoppen van de drukpoorten.

Gemiddelde pitotbuizen

Middeling pitotbuizen werden uitgevonden om het probleem van het vinden van het gemiddelde snelheidspunt te elimineren. Deze buis is voorzien van meerdere stoot- en statische drukpoorten. Het is ontworpen om zich over de gehele diameter van de buis uit te strekken. De drukken die door alle inslagdrukpoorten worden gedetecteerd, worden samengevoegd en de vierkantswortel van hun verschil wordt gemeten als een indicatie van de gemiddelde stroom in de leiding.

Er is een poort dichter bij de uitgang van het gecombineerde signaal, deze heeft een iets grotere invloed dan de poort die het verst verwijderd is. Hoewel voor secundaire toepassingen waar pitotbuizen vaak worden gebruikt, de fout als niets kan worden gezien. Een pitotbuis kan worden aangepast om te voldoen aan de behoeften van een bepaalde toepassing, zoals het aantal impactpoorten, de afstand tussen poorten en de diameter van de gemiddelde pitotbuis.

De detectiepoorten van de middelingspitotbuizen zijn vaak te groot, zodat de buis als een echte middelingskamer kan werken. De poortopeningen zijn geoptimaliseerd om verstopping te voorkomen in plaats van middeling. Hoewel spoelen met inert gas wordt gebruikt om de poorten schoon te houden, waardoor de sensor kleinere poorten kan gebruiken.

Middelingstypen pitotbuizen bieden dezelfde voordelen en beperkingen als buizen met één poort. Alleen zijn ze iets duurder en iets nauwkeuriger, vooral als de stroming niet volledig wordt gevormd. Bovendien kunnen sommige middeling pitot-sensoren worden ingebracht door dezelfde opening (of warme kraan) die plaats biedt aan een buis met één poort.

Hoe de luchtstroom te meten met een pitotbuis

Aangezien pitotbuizen zeer geschikt zijn voor het meten van de luchtstroom met gemiddelde tot hoge snelheid, is het belangrijk om te weten hoe de luchtstroom met het instrument moet worden gemeten. Het nemen van nauwkeurige metingen vereist dichtheidscorrectie en een zorgvuldige verplaatsing. De nauwkeurigheid wordt namelijk bepaald door het drukmeetapparaat dat op de pitotbuis is gemonteerd. Hoewel een meer economische methode (hete draad en schoep) kan worden gebruikt om de luchtstroom te meten in toepassingen met een laag debiet. Voor toepassingen met een hoog debiet of hoge temperatuur is de pitotbuis echter ideaal.

Zoals hierboven vermeld, meet een pitotbuis de totale druk en de statische druk om de snelheidsdruk te bepalen. Dit proces leidde ook de luchtsnelheid af. De buis wordt in het kanaal gestoken met de punt naar de luchtstroom gericht. De positieve poort van de manometer is verbonden met de totale drukpoort (Pt) en de negatieve met de statische drukpoort (Ps). Deze manometer geeft dan de snelheidsdruk weer die kan worden omgezet in snelheid.

Moderne pitotbuizen zijn ontworpen met de juiste neus of punt en de afstand tussen de neus, statische drukkranen en de steel is voldoende. Dit minimaliseert turbulentie en interferentie, waardoor het gebruikt kan worden zonder correctie- of kalibratiefactoren.

Om een ​​nauwkeurige aflezing van de snelheidsdruk te garanderen, moet de punt van de pitotbuis direct in (parallel met) de luchtstroom worden gericht. Met de juiste uitlijning van de pitotbuis zal de snelheidsdrukindicatie maximaal zijn.

Houd er rekening mee dat nauwkeurige metingen niet kunnen worden gedaan in een turbulente luchtstroom. Pitotbuizen roepen dat ze op zijn minst moeten worden ingebracht tot 8-1 / 2 kanaaldiameters stroomafwaarts van ellebogen, bochten of andere obstakels die turbulentie kunnen veroorzaken. Voor een nauwkeurige meting moeten de richtschoepen 5 kanaaldiameters stroomopwaarts van de pitotbuis worden geplaatst, indien beschikbaar.

Luchtsnelheid is niet gelijk over een doorsnede van een kanaal of laminair. Daarom moet een traverse van het kanaal worden uitgevoerd om een ​​gemiddelde snelheid te bepalen. De wrijving dichter bij de wanden van het kanaal zal de luchtstroom vertragen terwijl ze de kanaalwanden schrobben. Er wordt een gedefinieerd patroon gevolgd om een ​​nauwkeurige meting te garanderen.

Voor- en nadelen van een pitotbuis

Voordelen:

• Het instrument is draagbaar
• Het bevat geen bewegende delen.
• Ondanks het enorme werk is het niet duur
• Heb een eenvoudig ontwerp en het is betrouwbaar.
• Laag permanent drukverlies.
• Gemak van installatie in een bestaand systeem.
• Geschikt voor verschillende omgevingsomstandigheden, waaronder hoge temperaturen en een breed scala aan drukken.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen van de pitotbuis, doet zich toch enige beperking voor. Hieronder staan ​​de nadelen van pitotbuizen in hun verschillende toepassingen.

• Lage bereikbaarheid
• Lage nauwkeurigheid.
• Het lezen kan gemakkelijk worden belemmerd, afhankelijk van de vloeistof.
• Trillingen kunnen een verkeerde aflezing geven en kunnen zelfs het instrument beschadigen.

Conclusie

Een pitotbuis is een geweldig onderdeel voor het meten van stromende vloeistof. In dit bericht hebben we de definitie, functie, toepassingen, vergelijking, typen en werking van een pitotbuis onderzocht. We zagen ook de voor- en nadelen van de pitotbuisinstrumenten.

Ik hoop dat je veel aan dit artikel zult hebben, zo ja, deel het dan met andere studenten. Bedankt voor het lezen. Tot de volgende keer!