ピトー管について知っておくべきこと

航空機の測定などのアプリケーションで速度を測定する方法を考えると、ピトー管はこのタスク用に設計された機器です。ピトープローブとして知られるこの器具は、直角に短く曲がったチューブで構成されています。このデバイスは、流体の流れに応じて速度を計算するために使用されます。ピトー管は、風洞や飛行中の航空機内の対気速度を測定するために風速計で使用されます。液体、空気、気体の流れを測定するために使用されます。

今日は、ピトー管の定義、機能、アプリケーション、コンポーネント、図、方程式、種類、および働きを理解することができます。また、次のことも理解できます:

• 静圧
• 動圧
• 停滞圧力
• 流速
• シングルポート ピトー管
• ピトー管の平均化
• 最後に、ピトー管で気流を測定する方法
• ピトー管の長所と短所を理解する

ピトー管とは?

ピトー管は、流れる流体の速度（速さ）を測定するための流量測定器です。 18 世紀にフランスの技術者であるアンリ ピトーによって発明されました 。 世紀。このデバイスは、19 ^th 半ばに現代的な形に変更されました。 フランスの科学者ヘンリー・ダーシーによる世紀。ピトー管は細い管で、2 つの穴があります。フロントホールは気流内に配置され、よどみ圧として知られているものを測定するのに役立ちます.サイドホールは静圧と呼ばれるものを測定します。これら 2 つの圧力の間の測定値は、対気速度の計算に使用できる動圧を示します。さて、これはさらに説明されます。

流量センサー機器であるピトー管は、オリフィス プレートの安価な代替品となります。その精度は 0.5% から 5% FS の範囲で、オリフィスの精度に似ています。また、3:1 のフロー レンジアビリティ (4:1 で動作するものもあります) は、オリフィス プレートの容量に似ています。これら 2 つのデバイスの違いは、オリフィスが完全な流れの流れを測定するのに対し、ピトー管は流れの流れの 1 点でのみ流速を検出できることです。

ピトー管の応用

ピトー管は現在、航空分野だけでなく、多くの用途で使用されています。楽器は航空で使用されることが人気があり、産業機械、ボート、さらにはスポーツカーでも一般的です.実際、流速の測定が必要なプロジェクトにピトー管を使用することもできます。ただし、飛行機では、別々のチューブと静的ポートではなく、2 つの開口部を含むピトー静的チューブを使用することがよくあります。

ピトー管1本で静圧とよどみ圧を測定できます。ピトー管の側面にある静的ポートは、このオールインワン機能を実現するのに役立ちます。これにより、個別の静的ポートが不要になります。これについては、この記事の下で詳しく説明します。

前述のように、ピトーチューンは航空機の対気速度やボートの水速を決定するために広く使用されています。特定の産業用途で液体、空気、および気体の流速を測定するために使用されます。基本的には、風洞実験や飛行機での流速測定に使用されます。レーシングカーや空軍戦闘機の対気速度など、幅広い流量測定アプリケーションで使用されています。産業用アプリケーションでは、ピトー管はパイプ、ダクト、煙突内の気流を計算するために使用されます。また、パイプ、堰、開水路での液体の流れ。

最後に、アプリケーションでは、ピトー管を使用して、静的圧力と動的圧力の差を測定することにより、流体の流速を測定します。これは、流体の流れの運動エネルギーを位置エネルギーに変換することで実現できます。

ピトー管の構成要素

ピトー管の図:

ピトー管の方程式

この原理は、方程式の各項を圧力として解釈できるベルヌーイの方程式に基づいています

p + 1/2 ρ v ² + ρ g h

=p + 1/2 ρ v ² + ガンマ

=流線に沿って一定 … (1)

場所:

p = 静圧 (移動流体に対して) (Pa)

ρ = 密度 流体 (kg/m ³ )

v =流速 (m/s)

γ =ρ g = 比重 (N/m ³ )

g = 重力の加速 (m/s ² )

h =標高 (m)

方程式の各項には、単位面積あたりの次元力があります N/m ² (パ) – または帝国単位 lb/ft ² (psi) .

静圧 – 項 P は静圧を示します。移動する流体に対して静的であり、流れに平行な平らな開口部から測定できます

動圧 – 第 2 期 – 1/2 ρ v ² – は動圧と呼ばれます。

静水圧 – 第三期 – γ h – 静水圧と呼ばれます。標高の変化による圧力を表します。

停滞圧力 – ベルヌーイの方程式は、流線に沿ったエネルギーは一定であると述べています – 変更することができます

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² + γ h₁

=p₂ + 1/2 ρ v₂ ² + γ h₂

=流線に沿って一定 … (2)

場所:

サフィックス₁ 自由流上流のポイントです

サフィックス₂ 流れの速度がゼロであるよどみ点

流速 – 測定点では、静水圧をh₁の定数と見なします =h₂ – そして、この部分を削除することができます. v₂以降 ゼロ、(2) 次のように変更できます:

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² =p₂ … (3)

または

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ] ^1/2

=[2 Δp / ρ] ^½ … (4)

場所:

Δp =p₂ – p₁ (差圧)

(4)と 差圧差Δp =p₂がわかれば、ポイント1（上流の自由流れ）の流速を計算できます – p₁ そして液体の密度。

プレッシャーの代わりにアヘッドを使うのが一般的です。 (4) 特定の重みで割ることで変更できます γ へ

v₁ =c [2 g Δh] ^1/2 … (5)

場所:

c =係数 - 使用または計算された参照液体および単位に応じて

g =重力の加速度

Δh =h₂ – h₁ =高低差 (液柱)

注意！ – 基本方程式では、ヘッド ユニットは流れる流体の密度に関するものです。他の単位と参照液体の場合 – mm 水柱など – 速度圧力ヘッドを確認してください。

ピトー管の働き

ピトー管の働きはそれほど複雑ではなく、簡単に理解できます。ピトー管は 2 つの圧力を測定します。静的および総衝撃圧力。静圧は、ピトー管の上流のパイプ、ダクト、または環境内の動作圧力です。多くの場合、乱気流の少ない場所で、流れの方向に対して直角に測定されます。

静圧と動圧の合計が総衝撃圧 (PT) です。流れるストリームがピトー開口部に影響を与えると検出されます。この衝撃圧を測定するために使用されるピトー管は、多くの場合小さいもので、L 字型の管の場合もあります。開口部は、流入する流れに直接面している必要があります。接近の点速度 (VP) は、全圧 (PT) と静圧 (P) の差の平方根をとることによって計算されます。次に、C/D 比を掛けます。ここで、C は次元定数、D は密度です。数学的に次のように表すことができます;

Vp =C(PT – P)½/D

流速はポイント速度 (VP) にパイプまたはダクトの断面積を掛けて得られるため、速度測定は平均速度に対応する挿入深さで行う必要があります。パイプ内の速度プロファイルは、細長い (層流) からより平らな (乱流) に変化します。これは、流速が上がるために起こります。平均速度のポイントが変わり、挿入深さの調整が必要になります。

ピトー管計器は、非常に乱流 (レイノルズ数> 20,000) にのみ使用されます。したがって、速度プロファイルは、挿入深さが重要にならないように十分に平坦である必要があります。

ピトー管の働きについて詳しくは、以下のビデオをご覧ください:

シングルポートのピトー管

シングル ポート ピトー管は、流れるストリームの断面の 1 点でのみ流速を測定します。プローブは、流速が断面全体の速度の平均となる流れの流れのポイントに挿入されます。衝撃ポートは流体の流れに直接面している必要があります。

単一ポートのピトー管は、衝撃ポートに約 15 度の内部ベベルがあり、チューブの直径の約 1.5 倍まで伸びている場合、流れ方向の影響を受けにくくすることができます。ベンチュリによって生じる差圧が低すぎて正確な検出ができない場合は、従来のピトー管をピトー ベンチュリに置き換えることができます。ダブル ベンチュリ センサーを使用して、より高い差圧を生成することもできます。

きれいに校正され、きれいで、適切に挿入されたシングル ポート ピトー管は、3:1 の流量範囲でフルスケールの±1% の流量精度を提供します。精度はいくらか失われますが、測定器は 4:1 の範囲で測定することさえできます。単一ポートのピトー管の利点には、低コスト、設計のシンプルさ、可動部品がないこと、および流れるストリームの圧力損失がほとんどないことが含まれます。ただし、速度プロファイルの変化や圧力ポートの詰まりに起因するエラーなど、いくつかの制限があります。

ピトー管の平均化

平均化ピトー管は、平均速度点を見つける問題を解決するために発明されました。このチューブには、複数の衝撃および静圧ポートが備わっています。パイプの直径全体に広がるように設計されています。すべての衝撃圧力ポートによって検出された圧力が結合され、それらの差の平方根がパイプ内の平均流量の指標として測定されます。

結合された信号の出口に近いポートがあり、最も遠いポートよりも影響がわずかに大きくなります。ただし、ピトー管が一般的に使用される二次的な用途では、エラーは何も表示されない場合があります。ピトー管は、衝撃ポートの数、ポート間の距離、平均ピトー管の直径など、特定のアプリケーションのニーズを満たすために変更できます。

平均化ピトー管の検出ポートは、多くの場合、管が真の平均化チャンバーとして機能するには大きすぎます。ポートの開口部は、平均化ではなく詰まりを防止するように最適化されています。ただし、ポートをきれいに保つために不活性ガスによるパージが使用されているため、センサーはより小さなポートを使用できます。

ピトー管の平均化タイプには、シングルポート管と同じ利点と制限があります。それだけで、特にフローが完全に形成されていない場合、それらは少し高価で、もう少し正確です。さらに、一部の平均化ピトー センサーは、シングル ポート チューブを収容する同じ開口部 (またはホット タップ) から挿入できます。

ピトー管で気流を測定する方法

ピトー管は中速から高速の気流測定に適しているため、機器で気流を測定する方法を知っておくことが重要です。正確な測定を行うには、密度補正と慎重なトラバースが必要です。これは、ピトー管に取り付けられた圧力測定装置によって精度が決まるためです。より経済的な方法 (熱線とベーン) を使用して、低流量アプリケーションで気流を測定できます。ただし、高流量または高温のアプリケーションには、ピトー管が理想的です。

前述のように、ピトー管は全圧と静圧を測定して速度圧力を決定します。このプロセスは、風速も導き出しました。チューブの先端を気流に向けてダクトに挿入します。マノメータの正のポートは全圧ポート (Pt) に接続され、負のポートは静圧ポート (Ps) に接続されます。この圧力計は、速度に変換できる速度圧力を表示します。

現代のピトー管は適切なノーズまたはチップで設計されており、ノーズ、静圧タップ、およびステム間の距離は十分です。これにより、乱流と干渉が最小限に抑えられ、補正やキャリブレーション係数なしで使用できます。

速度圧力を正確に読み取るには、ピトー管の先端を気流に直接 (平行に) 向ける必要があります。ピトー管が正しく配置されていれば、速度圧力表示は最大になります。

乱気流中は正確な測定ができませんのでご注意ください。ピトー管は、エルボ、曲がり、または乱流を引き起こす可能性のあるその他の障害物から下流の少なくとも 8-1/2 ダクト直径まで挿入する必要があります。正確な測定のために、整流板はピトー管からダクト直径の 5 倍上流に配置する必要があります (利用可能な場合)。

風速は、ダクトまたは層流の断面積全体で等しくありません。したがって、平均速度を決定するには、ダクトのトラバースを実行する必要があります。ダクトの壁に近い摩擦は、ダクトの壁をこすって空気の流れを遅くします。正確な測定を保証するために、定義されたパターンに従います。

ピトー管の長所と短所

利点:

• 楽器は持ち運び可能です
• 可動部品は含まれていません。
• 膨大な作業にもかかわらず、安価です
• シンプルなデザインで信頼性が高い
• 低い永久圧力損失
• 既存のシステムへの簡単なインストール
• 高温や幅広い圧力など、さまざまな環境条件に適しています。

短所:

ピトー管の優れた利点にもかかわらず、いくつかの制限がまだ発生します。以下は、さまざまな用途におけるピトー管の欠点です。

• 範囲が狭い
• 精度が低い。
• 流体によっては、読み取りが簡単に妨げられることがあります。
• 振動は誤った測定値を与える可能性があり、計器を損傷する可能性さえあります.

結論

ピトー管は、流れる流体を測定するための優れたコンポーネントです。この投稿では、ピトー管の定義、機能、アプリケーション、方程式、種類、および動作について調べました。また、ピトー管楽器の長所と短所も確認しました。

この記事から多くのことを学んでいただければ幸いです。もしそうなら、他の学生と共有してください。読んでくれてありがとう。それではまた！