pitot tüpü
Bir pitot tüpü ( piːtoʊ ) (ayrıca pitot tüpü veya Pitotsche tüpü ; Almanca teknik terim: dinamik basınç probu ), adını Henri de Pitot'tan alır , sıvıların veya gazların toplam basıncını ölçmek için düz veya L şeklinde, yarı açık bir tüptür. . Diğer şeylerin yanı sıra uçakların, helikopterlerin ve yarış araçlarının hızını ölçmek için kullanılır.
Hızları ölçebilmek için pitot tüpleri genellikle bir statik basınç probu ile donatılır. Bu tür ölçüm birimlerine Pitot tüpleri denir. Onun en iyi bilinen temsilcisidir Prandtl pitot tüpü adı altında havacılıkta kullanılan, pitot tüpü için hız ölçümü içinde pitot statik sistemin .
Prandtl pitot tüpünün teorik temelleri
Bir pitot tüpü, akışkanlar dinamiğinin temellerine göre çalışır ve Bernoulli denklemlerinin pratik uygulamasının klasik bir örneğidir . Akış, bir boru açıklığına önden çarpacak şekilde akışa paralel olarak hizalanmış bir borudan oluşur. Tüpün arka kısmı bir basınç ölçüm cihazına sıkıca bağlanmıştır .
Akış hızı , bir sıvı ya da bir gaz işlevi olarak pitot tüpü boyunca ölçülür dinamik basıncı . Bu, aşağıdaki hususlara dayanmaktadır (burada bir U-tüp manometresinde gösterilmiştir ): Basınç türleri
- Toplam basınç ortamının hareket yönünde, çevreleyen sıvı ortam, ya da gaz ile hareket eden bir gövde üzerine uygulanan basınçtır. Bu toplam basınç pitot tüpü ile ölçülür.
- etrafta akan bir ortam durur (örnek: sıvılarda akış ölçümü) veya
- sabit bir ortam, hareketli bir nesne tarafından nesnenin tam hızına getirilir. (Örnek: uçaktaki pitot tüpü).
- Ölçüm sırasında pitot tüpünün veya ortamın hareket etmesi önemli değildir. Her ikisi de pitot tüpü etrafındaki nispi akışın bir temsiliyle sonuçlanır ve sadece nispi hız önemlidir. Pitot tüpü tarafından ölçülen toplam basınç, akan bir ortamdaki dinamik basınç ve statik basınç olarak alt bölümlere ayrılabilir.
- Geri basınç (aynı zamanda dinamik basınç ) basınç olduğu görülen hız ve kütle (yoğunluk) ile akan ortam yaratır. Akan ortamın kinetik enerjisinin payını karakterize eder . Akış ne kadar hızlıysa ve akışın kütlesi (yoğunluğu) ne kadar büyük olursa, dinamik basınç o kadar büyük olur.
- Statik basınç oranını temsil eden bir potansiyel enerji ortamının toplam enerji. Bu tekabül hava basıncı hala çevre havası pitot tüpü içinde bulunduğu. Durağan ortamda, dinamik basınç 0 olduğu için statik basınç toplam basınca eşittir.
Dinamik basınç ve statik basıncın toplamı her zaman pitot tüpüne kaydedilir . Toplam basınç pitot tüpü ile ölçülür. Statik basıncın ölçümü ve bir fark basınç sensörü ile bağlantılı olarak , yoğunluğu biliniyorsa bir ortamın akış hızı Bernoulli yasasına göre hesaplanabilir .
Düzen ve işlev
Tüm pitot tüpleri benzer yapı ile aynı çalışma prensibine sahiptir. Bir mil şeklinde bir metal gövde bir tutucu vasıtasıyla bir ölçüm desteğine bağlanmıştır. Metal gövde içerisinde delikler vasıtasıyla çevreye bağlanan kanallar bulunmaktadır . Kanallar, boru desteği ile uygun ölçüm cihazlarına bağlanır . Aletli uçuş koşullarında uçan uçaklarda , pitot tüpünün konumu buzlanmayı ve dolayısıyla alet arızası riskini desteklediğinden , ısıtma bobinleri vasıtasıyla ısıtma sağlanır.
Açık borunun ucunda, durgunluk noktasında , 0'lık bir akış hızı vardır. Durma noktasında sadece bir açıklığı olan bir cihaz , sırasıyla gerçek pitot tüpü (ingilizce Pitot tüpü ) olarak Almanca dilindedir .
Ölçüm tüpü tek başına statik basıncı ölçmek için kullanılıyorsa, ölçüm tüpünün yan tarafındaki açıklıklar ve durma noktasındaki bir kapak aracılığıyla tanımlanabilen statik bir sondadır.
Bir pitot tüpü ve bir statik sondanın kombinasyonu, Almanca konuşulan ülkelerde genellikle Prandtl tüpü olarak adlandırılır . Bu terim, her zaman bir pitot tüpünden bahsedildiği İngilizce konuşulan dünyada bilinmemektedir .
Uygulamalar
Pitot tüpleri, basit ve kesin bir akış ölçümü yapılacaksa kullanılır.
havacılık
Uçaklar, tırmanırken, alçalırken, hızlanırken veya yavaşlarken değişen bir atmosferik basınç ortamında hareket eder. Bu, pitot tüpünde dinamik basınç ve statik hava basıncından oluşan değişken bir toplam hava basıncının oluştuğu anlamına gelir. Bir uçağın hızı , dinamik basınca göre hava hızı göstergesinde gösterilebilir . Toplam basınç pitot tüpü tarafından kaydedilir ve toplam basınç hattı üzerinden hava hızı göstergesine iletilir. Geri basınç ne kadar yüksek olursa, hız o kadar yüksek olur.
Pitot tüpü istenilen dinamik basınca ek olarak ortamın statik basıncını da verdiğinden, tek başına dinamik basıncı temsil edilebilmesi için bunun tekrar basınç kompanzasyonu ile çıkarılması gerekir.
Hava akışında en ufak bir bozulmanın beklendiği uçağın dış kısmında açıkta bir konuma bir pitot tüpü takılır. Bu, örneğin, açıklığı yüzey hava akışının dışında olan bir kanadın altında veya jetler durumunda, burnun ucunda olabilir. Montaj konumu, statik hatayı mümkün olduğunca düşük tutmayı amaçlamalıdır. Optimum konumu belirlemek için genellikle rüzgar tüneli testleri yapılmalıdır. Daha büyük uçaklarda ve ayrıca askeri uçaklarda, güvenlik nedenleriyle farklı yerlerde birkaç pitot tüpü vardır.
Hava akışı düz bir çizgide ve etkilenmeden Prandtl borularında statik basıncı ölçmek için yan taraftaki açıklıklarla çevrelenen boruya girer. Dinamik basınç, örneğin bağlı bir basınç hücresi veya bir dönüştürücü ile ölçülür ve hava hızı göstergesinde Bernoulli denklemine göre ilgili hava hızı (IAS, belirtilen hava hızı ) olarak görüntülenir.
1930'ların sonunda uçaklar transonik aralıktaki hızlara ulaştığında , pitot tüpüne bağlı aletlerin gerçekte mevcut olandan yaklaşık %10 daha yüksek bir hız gösterdiği bulundu. Bernoulli denklemi sadece sıkıştırılamaz ortamlar için geçerli olduğundan, bunun nedeni sıkıştırılabilirlik etkileriydi. Telafi edilmeyen ölçüm sistemleri, yalnızca daha düşük hız aralığında kullanılabilir ölçüm değerleri sağlar. Artan hava hızı ile - yaklaşık Mach 0.3'ten itibaren - havanın sıkıştırılabilirliği, yani sıkıştırma nedeniyle havanın yoğunluğundaki değişiklik, gerçekte mevcut olandan daha yüksek bir hız gösteren bir ölçüm hatasına yol açar.
Daha sonra, IAS'den eşdeğer bir hava hızı (EAS ) elde etmek için tablolar veya analog veya bilgisayar hesaplamaları aracılığıyla bir hız düzeltmesi yapılmalıdır . Bu, kanat etrafında akan havanın bir eşdeğerini temsil eder.Hızları Mach 0.3'ün çok üzerinde olan uçaklar genellikle bu hızı Mach sayısının bir katı olarak sıkıştırma ile düzeltilmiş olarak gösteren hız göstergelerine sahiptir .
Uçaklar için pitot tüp çeşitleri
mekanik varyant
Mekanik formda, yukarıda açıklandığı gibi, bir hortum veya tüp, pitot tüpünden hava hızı göstergesindeki bir basınç hücresine ve ayrıca statik porttan doğrudan üç barometrik cihazın tümüne giden bir tüpe geçer . Burada elektrik enerjisine gerek yoktur, bu örneğin planörlerde bir avantajdır. Bu pitot tüp şekli, boyutundan bağımsız olarak, verileri kokpitte dijital biçimde göstermeyen uçaklarda bugün hala yaygındır. Sistemdeki gaz hacmini düşük tutmak ve cihazın hızlı tepki vermesini sağlamak için pitot tüpünden gösterge cihazına olan mesafe küçük olmalıdır.
Elektronik varyant
İkinci durumda, elektrik enerjisi gereklidir. Dinamik basınç açıklığı, bir kanal aracılığıyla dönüştürücünün bir yarısına bağlanır. Toplam baskının geldiği yer burasıdır. Pitot tüpünün yan tarafında, sonunda ayrı kanallardan dönüştürücünün diğer yarısına uzanan başka küçük delikler vardır. Burada statik basınç uygulanır.
Dönüştürücü ( fark basınç sensörü), bir basınç sensörü kullanarak basınç farkını ölçer. Basınç farkı nispeten küçüktür, bu nedenle sadece çok hassas dönüştürücüler kullanılabilir. Uygun: piezodirençli veya kapasitif dönüştürücüler. Birincisi ile seramik bir ölçüm plakasının direnci ölçülür, ikincisi ile basınç dalgalanmaları nedeniyle değişen bir kapasitörün kapasitansı ölçülür .
Bu bilgi daha sonra amplifikatörler tarafından standartlaştırılır, analog bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve bunu Bernoulli yasasına göre bir hız göstergesi oluşturmak için kullanan hava hızı göstergesine iletilir. Modern, sayısallaştırılmış kokpitlerde elektronik, veri yolu katılımcısı olarak bilinen şeyi oluşturur ve bu da ölçüm verilerini analog dönüştürme olmadan doğrudan bilgisayarlara sunar.
Özel formlar
Askeri havacılıkta, örneğin savaş uçaklarında olduğu gibi aşırı uçuş durumları yaygındır. Normal bir pitot tüpü artık ön akışa maruz kalmaz, bu nedenle bu koşullar altında durma noktası yana doğru hareket eder ve güvenilir bir ölçümü imkansız hale getirir. Bu amaç için, merkezi durma noktası açıklığının etrafında, durma noktası kaydırılsa bile kesin bir ölçüm sağlayan başka açıklıkların bulunduğu özel pitot tüp formları geliştirilmiştir. Alternatif olarak, ölçüm noktasındaki akışı iyileştirmek için gerçek pitot tüpünün bir Venturi nozuluna gömüldüğü salma probları kullanılır.
Akış yönüne göre otomatik olarak ayarlanan hareketli düzenekler de vardır. Rüzgar tünelinde kullanım için, genellikle statik bir proba sahip olmayan minyatür formlar kullanılır.
Olası hatalar
Hava akışında açıkta kalan konumu nedeniyle, bir uçağın pitot tüpü kire, böceklere, suya ve buzlanmaya karşı hassastır. Bu nedenle, park halindeki uçaklardan alınan pitot tüpleri, kalkıştan önce çıkarılması gereken koruyucu bir kaplama ile donatılmıştır. Aletli uçuş koşullarında uçabilen uçaklarda buzlanma riskinden dolayı ısıtmalı pitot tüpü zorunludur. Kusurlu bir pitot tüpü, Şubat 1996'da birgenair uçuş 301 ve 1 Haziran 2009'da Air France Flight 447 uçuşlarının kazasının olası nedeni olarak kabul edilir . Aeroperú Flight kazasının bir nedeni olarak Pitot tüplerine bakım personeli tarafından gözden kaçan yapışkan şeritler uygulanır. 603 , ikinci Ekim 1996.
Motorlu Taşıtlar
_Fernando_Alonso_pitot_probe.jpg)
Pitot tüpleri ayrıca yüksek hızlı motorlu araçlarda, lastik hızından bağımsız bir hız ölçümü gerektiğinde kullanılır.
Tipik bir uygulama Formula 1'dir. Burada rüzgar yönü ve rüzgar şiddeti aracın kurulumunda rol oynar. Pitot tüpleri, prototiplerin uzun mesafeli testlerinde de kullanılmaktadır. Prensipte, havacılıkta olduğu gibi motorlu taşıtlarda da benzer cihazlar kullanılır, ancak bunlar her zaman elektronik olarak uygulanır.
Rüzgar ölçümü
Uçaklarda kullanılan ölçüm cihazlarına benzer şekilde pitot tüpü de rüzgar hızlarını ölçmek için kullanılabilir. Pitot tüpü doğası gereği çok düşük rüzgar hızlarında zar zor bir ölçüm sonucu sağladığından, ancak pratikte bir üst limite sahip olmadığından ve rüzgar hızı değişikliklerine hızlı bir şekilde tepki verdiğinden, sayaç özellikle kuvvetli rüzgarlar ve sert rüzgarlar ölçümü için uygundur ve bir diferansiyel basınç ile birlikte kullanılır. Kullanım için anemometre olarak ölçer .
Ölçülen değer göstergesi, elektronik olarak ve ayrıca bir fark basınç ölçüm hücresi aracılığıyla değerlendirilebilir. Meteoroloji için pitot tüpleri pratik olarak her zaman ısıtılacak şekilde tasarlanmıştır.
işlem teknolojisi
Pitot tüpü, birçok ortamda hızı ölçmek için basit bir ölçüm cihazı olarak uygundur. Pitot tüpleri endüstride yaygındır ve bu tür problar genellikle kapalı tüp sisteminde kullanılır. 800 bara kadar ortam basınçlarına ve −250 °C ile 1300 °C arasındaki sıcaklıklara uygun problar mevcuttur. Bir sonda ile bir kesit üzerinden akış yolunu belirleyebilmek için durma noktasında bir dizi ölçüm açıklığı ile bir ölçüm ışını olarak tasarlanabilir. Probların malzemesi uygulamaya göre seçilir. Bu tür sensörler için daha yaygın isim dinamik basınç probudur.
Yangın koruması
Hidrantlardan temin edilebilen söndürme suyu miktarını belirlemek için pitot ölçüm tüpleri de kullanılır. Bu, bir hidrantın çıkış açıklığının sabit bir enine kesiti ile, çıkan sıvının hızının (burada: söndürme suyu) çıkan hacim akışıyla doğru orantılı olduğu gerçeğinden yararlanır. Kaçan söndürme suyunun basıncı, aşağıdaki formül kullanılarak hacim akışına dönüştürülebilir:
- : Hacim akışı
- k: sabit (DN 50 için 1733 veya DN 65 çıkış açıklıkları için 2816)
- p: pitot ölçüm tüpünün basıncı
Su sayacı genellikle hidrant bağlantı açıklığından farklı bir kesite sahip olduğundan ve kendi akış direncine sahip olduğundan (yangın durumunda itfaiye su kullanmaz) bu uygulamada su sayacının kullanılması yasaktır. metre).
yapı teknolojisi
Hava hatlarında (kanallar ve borular) akış hızının ölçümü. Genellikle her ölçüm cihazı için, ölçüm cihazındaki dahili dirençleri hesaba katan ve böylece çok güvenilir ve kesin veriler sağlayan bir eğri oluşturulur.
Geliştirme geçmişi
1732'de Henri de Pitot , " akan suyun hızını ve gemilerin izini sürmek için bir makine " için bir taslak yayınladı . Bu ilke bu güne kadar kullanımda kalmıştır.
Bununla birlikte, Pitot'un gelişiminin hala zayıf yönleri vardı. Biri su akışına yönlendirilmek için alt ucunda 90° bükülmüş, diğeri ise düz olan ikinci tüp statik basıncı alan yan yana uzanan iki tüpten oluşuyordu. Ancak bu düzenleme ile statik basınç ölçümü için boru, önündeki bükülmüş borunun neden olduğu türbülansın içindeydi. Ayrıca basınç farkının akış hızına dönüştürülmesi konusunda teorik eksiklikler vardı. Sabit dalgalanmalar nedeniyle, yalnızca çok kesin olmayan ölçümler yapılabildi.
1775 yılında James Lind , bir Pitot tüp anemometre yardımıyla rüzgar hızlarını ölçtü . Bu durumda, U-şekilli bir tüp, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi ön uçta tekrar 90 ° bükülmüş ve bir sıvı ile doldurulmuştur. İçeri giren hava, ABD'nin arka borusundaki suyu bir ölçekte yukarı doğru itti. Hassasiyeti artırmak için William Snow-Harris , 1858 yılında hava girişini önemli ölçüde genişletmiştir .
1856'dan itibaren, Pitot tarafından geliştirilen alet, Henry Darcy tarafından vanalar takılarak, borular üzerine bir vakum uygulanarak, statik borunun girişini yana - ve dolayısıyla Pitot borusunun türbülansının dışına - yeniden konumlandırarak kararlı bir şekilde daha da geliştirildi. yeni hesaplama formülü geliştirilen akış hızı. Darcy'nin daha fazla gelişimi de öncelikle akan suyu ölçmek için kullanıldı.
Ludwig Prandtl , pitot tüpünün günümüzde halen kullanılmakta olan versiyonunu geliştirmiştir. Nasıl çalıştığı yukarıda açıklanmıştır.
Ayrıca bakınız
Edebiyat
- Jeppesen Sanderson: Özel Pilot El Kitabı. Jeppesen Sanderson, Englewood CO, 2001, ISBN 0-88487-238-6 .
- Martin Schober: Akış ölçüm teknolojisi. TI + II. Hermann Föttinger Akışkanlar Mekaniği Enstitüsü, Berlin 2002.
- Hava akımı ölçümü. Memorial University of Newfoundland, Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi, Akışkanlar Mekaniği Laboratuvarı, Springfield 2003.
- NCAR uçaklarından basınç ölçümü. Ulusal Atmosferik Araştırma Merkezi (NCAR) Araştırma Havacılık Tesisi, Bülten. Boulder Colo 10.1991, 21.
- Enstrüman Uçan El Kitabı. ABD Ulaştırma Bakanlığı, Federal Havacılık İdaresi. AC61-27C, Washington DC 1999.
- Paul B. DuPuis: Akıllı Basınç Transdüserleri. Askeri Havacılık Bölümü. MN15-2322; HVN 542-5965. Washington 2002.
- Peter Doğan: Aletli Uçuş Eğitim Kılavuzu. Havacılık Kitabı, Santa Clarita CA 1999, ISBN 0-916413-12-8 .
- Rod Machado: Enstrüman Pilotunun Hayatta Kalma Kılavuzu. Havacılık Konuşmacıları Bürosu, Seal Beach CA 1998, ISBN 0-9631229-0-8 .
- S. Ghosh, M. Muste, F. Stern: Boru akışında akış hızı, hız profili ve sürtünme faktörünün ölçümü. 2003.
- Wolfgang Kühr, Karsten Riehl: Özel pilot. Cilt 3. Teknoloji II.Schiffmann , Bergisch Gladbach 1999, ISBN 3-921270-09-X .
İnternet linkleri
- Dinamik basınç probu (pitot tüpü) için fark basınç akış ölçüm prensibinin 3 boyutlu animasyonu
- Pitot Tüpünün Tarihçesi: Henry Darcy'nin Pitot Tüpünün Mükemmelliği (PDF, İngilizce; 606 kB)
- Airdata Ölçümü ve Kalibrasyonu (PDF, İngilizce; 135 kB)
Bireysel kanıt
- ↑ Meyer'in Büyük Konuşma Sözlüğü . 6. baskı. Bibliographisches Institut, Leipzig / Viyana 1909 ( zeno.org [erişim tarihi 3 Nisan 2019] Sözlük girişi "Pitotsche Röhre").
- ^ Henri Pitot: Açıklama d'une machine pour mesurer la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux . In: Histoire de l'Académie royale des sciences avec les memoires de matematique et de physique tirés des académie Académie . 1732, s. 363-376 ( sayısallaştırılmış ile Gallica'nın ).
- ^ Henry Darcy: Pitot'un girişindeki göreceli değişiklikleri not edin . İçinde: Annales des Ponts et Chaussées . bant 15 , hayır. 1 , 1858, s. 351-359 ( sayısallaştırılmış ile Gallica'nın ).
