피토관에 대해 알아야 할 사항

항공기와 같은 응용 분야에서 속도를 측정하는 방법을 생각하면 웰 피토관이 이 작업을 위해 설계된 기기입니다. 피토 탐침으로 알려진 이 기구는 짧은 직각으로 구부러진 관으로 구성되어 있습니다. 이 장치는 유체 흐름에 따라 속도를 계산하는 데 사용됩니다. 피토관은 풍동과 비행 중인 항공기의 속도를 측정하기 위해 풍속계에 사용됩니다. 액체, 공기 및 기체의 흐름을 측정하는 데 사용됩니다.

오늘은 피토관의 정의, 기능, 응용, 구성 요소, 다이어그램, 방정식, 유형 및 작동을 이해하게 될 것입니다. 다음 사항도 알게 됩니다.

• 정압
• 동적 압력
• 정체 압력
• 유속
• 단일 포트 피토관
• 피토관 평균화
• 피토관으로 기류를 측정하는 방법, 드디어
• 피토관의 장점과 단점을 알게 됩니다.

피토관이란 무엇입니까?

피토관은 흐르는 유체의 속도(속도)를 측정하는 유량계입니다. 18 의 프랑스 엔지니어인 Henri Pitot가 발명했습니다. 세기. 기기가 19일 중반에 현대적인 형태로 수정되었습니다. 세기 프랑스 과학자 Henry Darcy에 의해. 피토관은 2개의 구멍이 있는 가느다란 관입니다. 전면 구멍은 기류에 배치되어 정체 압력으로 알려진 것을 측정하는 데 도움이 됩니다. 측면 구멍은 정압이라고 하는 것을 측정합니다. 이 두 압력 사이의 측정은 속도를 계산하는 데 사용할 수 있는 동적 압력을 제공합니다. 음, 이것은 더 설명될 것입니다.

유량 센서 기기인 피토관은 오리피스 판에 대한 저렴한 대안이 될 수 있습니다. 정확도 범위는 0.5%~5% FS로 오리피스와 유사합니다. 또한 3:1의 유량 가변성(일부는 4:1에서 작동하지만)은 오리피스 판의 용량과 비슷합니다. 이 두 장치의 차이점은 오리피스가 전체 흐름 흐름을 측정하는 반면 피토관은 흐름 흐름의 한 지점에서만 흐름 속도를 감지할 수 있다는 것입니다.

피토관의 응용

피토관은 이제 항공뿐만 아니라 많은 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 항공기에서 사용되는 것이 인기가 있으며 산업 기계, 보트 및 스포츠카에도 일반적입니다. 사실, 흐름 속도 측정이 필요한 프로젝트에 피토관을 사용할 수도 있습니다. 그러나 비행기는 종종 별도의 튜브와 고정 포트 대신 두 개의 구멍이 있는 피토-스태틱 튜브를 사용합니다.

단일 피토관은 정압과 정체압을 측정할 수 있습니다. 피토관 측면에 있는 고정 포트는 이 올인원 기능을 달성하는 데 도움이 됩니다. 따라서 별도의 정적 포트가 필요하지 않습니다. 이 기사 아래에서 이에 대해 더 자세히 설명하겠습니다.

앞서 언급했듯이 피토 튠은 항공기의 속도와 보트의 수속을 결정하는 데 널리 사용됩니다. 특정 산업 응용 분야에서 액체, 공기 및 가스 흐름 속도를 측정하는 데 사용됩니다. 기본적으로 이 기기는 풍동 실험과 비행기에서 유속을 측정하는 데 사용됩니다. 레이싱 카 및 공군 전투기의 속도와 같은 광범위한 유량 측정 애플리케이션에 사용됩니다. 산업 응용 분야에서 피토관은 파이프, 덕트 및 스택의 기류를 계산하는 데 사용됩니다. 또한 파이프, 둑 및 개방 수로의 액체 흐름.

마지막으로, 응용 분야에서 피토관은 정적 및 동적 압력차를 측정하여 유체 유속을 측정하는 데 사용됩니다. 이것은 유체 흐름의 운동 에너지를 위치 에너지로 변환하여 달성할 수 있습니다.

피토관의 구성요소

피토관 다이어그램:

피토관 방정식

원리는 방정식의 각 항이 압력으로 해석될 수 있는 베르누이 방정식을 기반으로 합니다.

p + 1/2 ρ v ² + ρ g h

      =p + 1/2 ρ v ² + γ h

      =유선형을 따라 일정함 … (1)

어디:

p =  정압  (움직이는 유체 기준) (Pa)

ρ =  밀도 유체(kg/m ³ )

v =유속(m/s)

γ = ρ g =  비중  (N/m ³ )

g =  중력 가속  (분/초 ² )

h =고도(m)

방정식의 각 항에는 단위 면적당 치수 힘이 있습니다. N/m ²  (파) –  또는 영국식 단위 lb/ft ² (psi) .

정압 – 용어 P는 정압을 나타냅니다. 움직이는 유체에 대해 정적이며 흐름과 평행한 평평한 구멍을 통해 측정할 수 있습니다.

동적 압력 – 두 번째 학기 – 1/2 ρ v ² – 동적 압력이라고 합니다.

정압 – 세 번째 용어 – γ h - 정수압이라고 합니다. 고도 변화로 인한 압력을 나타냅니다.

정체 압력 – 베르누이 방정식은 유선을 따른 에너지가 일정하며 다음과 같이 수정될 수 있음을 나타냅니다.

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² + γ h₁

    = p₂ + 1/2 ρ v₂ ² + γ h₂

    =유선형을 따라 일정함 ... (2)

어디:

접미사₁ 자유 흐름 상류의 한 지점입니다.

접미사₂ 흐름의 속도가 0인 정체점

유속 – 측정 지점에서 정수압을 상수로 간주합니다. 여기서 h₁ =h₂ – 그리고 이 부분은 제거될 수 있습니다. v₂ 이후 0, (2) 다음과 같이 수정할 수 있습니다.

p₁ + 1/2 ρ v₁ ² = p₂ … (3)

또는

v₁ =[2 (p₂ – p₁ ) / ρ]  ^1/2

    = [2 Δp / ρ]  ^½ … (4)

어디:

Δp =p₂ – p₁ (차압)

(4) 차압차를 안다면 점 1에서 유속을 계산할 수 있습니다. – p₁ 그리고 유체의 밀도.

압력 대신에 미리 사용하는 것이 일반적입니다. (4) 비중은 γ로 나누어 수정할 수 있습니다. 에

v₁ =c [2g Δh] ^1/2 … (5)

위치:

c =계수 – 참조 액체 및 사용 또는 계산된 단위에 따라 다름 

g =중력 가속도

Δh =h₂ – h₁ =높이 차이(유체 기둥)

참고! – 기본 방정식에서 헤드 유닛은 흐르는 유체의 밀도에 관한 것입니다. mm Water Column과 같은 다른 단위 및 기준 액체의 경우 – Velocity Pressure Head를 확인합니다.

피토관의 작동

피토관의 작업은 덜 복잡하고 쉽게 이해할 수 있습니다. 피토관은 두 가지 압력을 측정합니다. 정적 및 총 충격 압력. 정압은 파이프, 덕트 또는 환경에서 피토관 상류의 작동 압력입니다. 종종 낮은 난류 위치에서 흐름 방향에 직각으로 측정됩니다.

정적 및 운동 압력의 합은 총 충격 압력(PT)입니다. 흐르는 흐름이 피토 개구부에 영향을 줄 때 감지됩니다. 이 충격 압력을 측정하기 위해 사용되는 피토관은 종종 작고 때로는 L자형 튜브입니다. 개구부는 다가오는 흐름 흐름을 직접 마주해야 합니다. 점 접근 속도(VP)는 총 압력(PT)과 정압(P) 간의 차이의 제곱근을 취하여 계산됩니다. 그런 다음 C/D 비율을 곱합니다. 여기서 C는 치수 상수이고 D는 밀도입니다. 수학적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

Vp =C(PT – P)½/D

유속은 점속도(VP)에 파이프 또는 덕트의 단면적을 곱하여 구하므로 평균 속도에 해당하는 삽입 깊이에서 속도를 측정해야 합니다. 파이프의 속도 프로파일은 길쭉한(층형)에서 더 평평한(난류)로 변경됩니다. 이것은 유속이 증가하기 때문에 발생합니다. 평균 속도의 지점을 변경하고 삽입 깊이의 조정이 필요합니다.

피토관 기기는 난류가 심한 경우에만 사용됩니다(레이놀즈 수> 20,000). 따라서 속도 프로파일은 삽입 깊이가 중요하지 않도록 충분히 평평해야 합니다.

피토관 작동에 대해 자세히 알아보려면 아래 동영상을 시청하세요.

단일 포트 피토관

단일 포트 피토관은 흐르는 스트림 단면의 단일 지점에서만 유속을 측정합니다. 탐침은 유속이 횡단면을 가로지르는 속도의 평균인 흐르는 흐름의 한 지점에 삽입되어야 합니다. 충격 포트는 유체 흐름을 직접 향해야 합니다.

충격 포트가 약 15도의 n 내부 경사를 가지며 튜브로 약 1.5 직경으로 확장되는 경우 단일 포트 피토 튜브는 흐름 방향에 덜 민감하게 만들 수 있습니다. 벤츄리에 의해 생성된 차압이 너무 낮아 정확한 감지가 불가능한 경우 기존의 피토관을 피토 벤츄리로 교체할 수 있습니다. 이중 벤츄리 센서를 사용하여 더 높은 압력 차를 생성할 수도 있습니다.

깨끗하고 보정되고 깨끗하며 적절하게 삽입된 단일 포트 피토관은 3:1의 유량 범위에서 전체 규모의 유량 정확도의 ±1%를 제공합니다. 정확도가 약간 떨어지더라도 기기는 4:1 범위에서 측정할 수도 있습니다. 단일 포트 피토관의 장점은 저렴한 비용, 설계의 단순성, 움직이는 부품이 없고 흐르는 흐름에서 매우 적은 압력 손실을 유발한다는 것입니다. 속도 프로파일 변경이나 압력 포트 막힘으로 인한 오류를 포함하는 몇 가지 제한 사항이 있지만.

피토관 평균화

평균화 피토관은 평균 속도점을 찾는 문제를 제거하기 위해 발명되었습니다. 이 튜브에는 다중 임팩트 및 정압 포트가 제공됩니다. 파이프의 전체 직경에 걸쳐 확장되도록 설계되었습니다. 모든 충격 압력 포트에서 감지된 압력이 결합되고 그 차이의 제곱근이 파이프의 평균 유량 표시로 측정됩니다.

결합 신호의 출구에 더 가까운 포트가 있으며 가장 멀리 있는 포트보다 약간 더 큰 영향을 미칩니다. 피토관이 일반적으로 사용되는 2차 응용 프로그램의 경우 오류가 없는 것으로 볼 수 있습니다. 피토관은 임팩트 포트 수, 포트 간 거리 및 평균 피토관 직경과 같은 특정 응용 분야의 요구 사항을 충족하도록 수정할 수 있습니다.

평균화 피토관의 감지 포트는 종종 너무 커서 관이 진정한 평균화 챔버로 작동할 수 있습니다. 포트 개구부는 평균화보다 막힘을 방지하도록 최적화되어 있습니다. 그러나 불활성 가스를 사용한 퍼지는 포트를 깨끗하게 유지하는 데 사용되므로 센서가 더 작은 포트를 사용할 수 있습니다.

평균화 유형의 피토관은 단일 포트 튜브와 동일한 이점과 제한을 제공합니다. 다만, 특히 흐름이 완전히 형성되지 않은 경우에는 약간 더 비싸고 조금 더 정확합니다. 또한 일부 평균 피토 센서는 단일 포트 튜브를 수용하는 동일한 개구부(또는 핫 탭)를 통해 삽입할 수 있습니다.

피토관으로 기류를 측정하는 방법

피토관은 중속 및 고속 기류 측정에 적합하기 때문에 기기로 기류를 측정하는 방법을 아는 것이 중요합니다. 정확한 측정을 위해서는 밀도 보정과 신중한 트래버스가 필요합니다. 정확도는 피토관에 장착된 압력 측정 장치에 의해 결정되기 때문입니다. 보다 경제적인 방법(열선 및 베인)을 사용하여 저유량 응용 분야에서 기류를 측정할 수 있습니다. 그러나 고유량 또는 고온 응용 분야에는 피토관이 이상적입니다.

위에서 언급했듯이 피토관은 전체 압력과 정압을 측정하여 속도 압력을 결정합니다. 이 과정은 또한 공기 속도를 유도했습니다. 튜브는 팁이 공기 흐름을 향하게 하여 덕트에 삽입됩니다. 압력계의 양극 포트는 전체 압력 포트(Pt)에 연결되고 음극 포트는 정압 포트(Ps)에 연결됩니다. 이 압력계는 속도로 변환될 수 있는 속도 압력을 표시합니다.

현대의 피토관은 적절한 노즈 또는 팁으로 설계되었으며 노즈, 정압 탭 및 스템 사이의 거리가 충분합니다. 이렇게 하면 난류와 간섭이 최소화되어 보정 또는 보정 요소 없이 사용할 수 있습니다.

정확한 속도 압력 판독을 보장하려면 피토관 팁이 공기 흐름에 직접(평행) 향해야 합니다. 피토관이 올바르게 정렬되면 속도 압력 표시가 최대가 됩니다.

난기류에서는 정확한 판독값을 얻을 수 없습니다. 피토관은 난류를 일으킬 수 있는 팔꿈치, 굽힘 또는 기타 장애물에서 하류로 최소 8-1/2 덕트 직경에 삽입됩니다. 정확한 측정을 위해 교정 날개는 가능한 경우 피토관에서 5개의 덕트 직경 상류에 위치해야 합니다.

공기 속도는 덕트 또는 층류의 단면적에 걸쳐 동일하지 않습니다. 따라서 평균 속도를 결정하기 위해서는 덕트의 횡단을 수행해야 합니다. 덕트 벽에 더 가까운 마찰은 덕트 벽을 문지르는 동안 기류를 느리게 합니다. 정확한 측정을 위해 정의된 패턴을 따릅니다.

피토관의 장점과 단점

장점:

• 이 기기는 휴대 가능
• 움직이는 부품이 없습니다.
• 거대한 작업에도 불구하고 저렴합니다.
• 심플한 디자인과 신뢰할 수 있는 제품입니다.
• 낮은 영구 압력 손실
• 기존 시스템에 쉽게 설치할 수 있습니다.
• 고온 및 광범위한 압력을 포함한 다양한 환경 조건에 적합합니다.

단점:

피토관의 장점에도 불구하고 여전히 몇 가지 한계가 있습니다. 다음은 다양한 응용 분야에서 피토관의 단점입니다.

• 낮은 범위
• 낮은 정확도.
• 액체에 따라 읽기가 쉽게 방해될 수 있습니다.
• 진동은 잘못된 판독값을 제공하고 악기를 손상시킬 수도 있습니다.

결론

피토관은 흐르는 유체 측정을 ​​위한 훌륭한 구성 요소입니다. 이 포스트에서 우리는 피토관의 정의, 기능, 응용, 방정식, 유형 및 작동을 조사했습니다. 또한 피토관 악기의 장점과 단점도 보았습니다.

이 글을 통해 많은 것을 얻으셨기를 바라며, 그렇다면 다른 학생들과도 공유해 주시기 바랍니다. 읽어 주셔서 감사합니다. 다음에 만나요!