A pitot cső egy olyan eszköz, amit számos területen használnak gázok vagy folyadékok áramlási sebességének mérésére. Ebben a cikkben a pitot cső működését, használatát, típusait vesszük górcső alá.
Egy kis történelemmel kezdjük, a pitot cső (pitot tube) feltalálója Henri Pitot francia származású mérnök volt. A 18. század elején alkotta meg az első pitot-csövet, amit Henry Darcy modernizált és fejlesztett tovább a ma is használatos formájára. A matematikai és fizikai törvényszerűségeket pedig Daniel Bernoulli fogalmazta meg a Bernoulli törvényben. A nyomás alapú áramlási sebesség mérési elvet ma is aktívan használják, repülőgépeknél, gáz vagy folyadékok áramlás méréséhez az ipar különböző területein.
Mi is az a pitot cső ?
A pitot cső egy torlóelemes áramlásmérő fajta, aminek mérési elve a Bernoulli törvényre vezethető vissza. A legegyszerűbb változata egy az áramlás irányába helyezett áramvonalas kialakítású egyenes csőszakaszból, és egy arra merőleges szakaszból áll. A dinamikus nyomás mérése a csővégen történik, ami szembe van állítva az áramlással, míg a statikus nyomás mérése egy nyugalmi ponton történik, ami merőleges az áramlás irányára, például a cső falán. Az áramlás méréséhez hozzá tartozik egy nyomáskülönbség mérésére szolgáló eszköz is, ami általában egy nagypontosságú differenciál nyomás mérő. Na, de hogy ebből hogyan lesz áramlás sebesség …
Hogyan működik a pitot cső ?
A Bernoulli törvény kimondja, hogy egy rendszer egyensúlyi nyomása a statikus és a dinamikus nyomás összegéből tevődik össze. Az előzőekben leírtak alapján mindkét nyomás mérése megtörténik, de nekünk a két nyomás különbsége a fontos, mivel ez a nyomásérték adja meg, hogy mekkora a különbség. Vagyis mekkora a közeg nyomása a nyugalmi nyomáshoz viszonyítva. Ebből a különbségből már könnyen számítható a közeg sűrűsége alapján, hogy mennyi az áramlási sebesség.
Hogyan számítható az áramlási sebesség ?
Az áramlási sebesség a Bernoulli törvény alapján összenyomhatatlan folyadékok esetén a lenti képlettel számítható. Összenyomható közegek levegő, gázok esetén mindinkább figyelembe kell venni a légsűrűség tényezőt illetve nyomás alatti rendszerek esetén alkalmazás specifikusan további tényezőkkel is számolni kell.
ahol a
V = áramlási sebesség (m/s)
Pd= dinamikus nyomás
Ps= statikus nyomás
ρ = közeg sűrűség
Általában a gyártók a pitot vagy Prandtl csövek esetén közegtől, beépítéstől függően megadnak egy k korrekciós szorzó tényezőt, a pitot faktort, amivel bővül a képlet. Illetve térfogatáram számítása esetén a cső területének értékével, mint szorzó tényezővel egészül ki még ki a formula.
Mi az a Prandtl cső ?
A Prandtl cső a pitot cső egy speciális változata, ahol a statikus és dinamikus nyomás mérése egy duplafalú csőben valósul meg. A belső cső a dinamikus nyomás méri a front csővégen, míg a statikus nyomás a külső csövön kisméretű furatokon keresztül kerül mérésre. Előnye, hogy egyszerűbben telepíthető, nincs szükség külön a statikus nyomás mérési pont kialakítására. Az egyszerű egy csöves pitot vagy Prandtl csövek mellett speciális kialakítású rendszerek is léteznek. Mivel az egy csöves rendszer egy pontban történő mérést valósít meg, a lamináris áramlás feltétele a pontos mérésnek. Léteznek többpontos pitot cső rendszerek (Wilson flow grid, x-grid), amik a cső keresztmetszetének több pontján mérik a nyomást, így növelve a mérés pontosságát.
Milyen alkalmazási területei vannak a pitot csőnek?
Leginkább érdekes a felhasználási területek között a repülőgépek, helikopterek, versenyautók sebességének mérése. Ideális mivel nagy sebességek mérése a cél, „igénytelen” eszköz, telepítése és karbantartása is egyszerű. Repülőgépek esetén külön fűtött pitot csöveket alkalmaznak, megóvva a kondenzvíz jegesedéséből adódó károktól. Mivel jól ellenáll a kültéri viszonyoknak is meteorológiai állomások műszerezettségében is megtalálható.
Emellett az ipar területén is jelentős a használata. A klíma és légtechnikai rendszerek beszabályozása/vezérlése során telepített kivitelként vagy kézi műszerekben is alkalmazzák. Leginkább olyan területeken, ahol szennyezett, agresszív anyagok vannak a mért közegben vagy magas hőmérsékletű a közeg például élelmiszeripari szárítási folyamatok, gyógyszeripari és vegyipari technológiák. De alkalmazzák sűrített levegő rendszereknél kompresszorok utáni méréseknél a fajlagos energia számításhoz is.
Milyen előnyei vannak a pitot csöves mérésnek ?
A pitot cső legnagyobb előnye, hogy magas áramlási sebesség értékek is mérhetők vele. Alapvetően a cső robusztussága és a nyomásmérő méréstartománya határozza meg a maximális méréstartományt. Emellett második nagy előnye, hogy a folyamatban mindössze egy rozsdamentes csövet helyezünk. Tehát nagyon jól használható magas vagy alacsony hőmérsékletű alkalmazásoknál, szennyezett vagy agresszív anyagokat tartalmazó közegeknél, ahol például termikus mérési elvű áramlásmérők nem alkalmazhatók. Előnynek tekinthető, hogy kicsi a támadófelület, az is áramvonalas, így elhanyagolható az okozott nyomásesés és az áramlási profilra gyakorolt hatása.
Viszont a kialakításából és a mérési elvéből adódóan hátrányai is vannak ennek a mérési technológiának. A nyomás mérési elvből adódóan a pontosságát a mérésnek a csőkialakítás mellett a nyomásmérő műszer méréstartománya és pontossága határozza meg a teljes rendszer mérési bizonytalanságát. A pitot-cső / Prandtl-cső telepítése, pozícionalizálása a mérendő csőszakaszban jelentős hatással van szintén a mérési bizonytalanságra, érzékeny a turbulenciára. Így telepített kiviteleknél, amennyiben nem előre legyártott méretezett csőszakaszról van szó oda kell figyelni a telepítés során. Hátrányként lehet még említeni, hogy a nyomás mérési elvből adódóan a méréstartomány alsó 10%-os tartományában nem ad releváns értéket.
Összefoglalás: Pitot cső működése
Mi a pitot cső fogalma?
A pitot cső egy áramlásmérő eszköz, ami egy nyomásmérővel kombinálva a statikus és dinamikus nyomás mérése alapján – a Bernoulli törvény alapján – számítja az áramlási sebességet folyadékok és gázok esetén.
Hol használják a pitot csövet?
A pitot csövet széleskörűen alkalmazzák a gépjárművek és az ipar területén egyaránt. Repülőgépek, versenyautók áramlási sebességének mérésénél. Az iparban klíma és légtechnikai területeken és technológiai folyamatok áramlás mérésénél.
A Prandtl cső is egy pitot cső ?
Igen, a Prandtl-cső a pitot-cső egy speciálisan kialakított változata, ahol egy duplafalú csövön keresztül történik a dinamikus és a statikus nyomás mérése is.
Források: