Dụng Cụ Thủy Lực | 31 - 10 - 2021
Trong các ngành công nghiệp sản xuất máy bay, tàu thuyển, vận tốc là lưu lượng của nước và không khí rất quan trọng. Thông thường họ sẽ dùng ống Pitot để đo đạt vận tốc và lưu lượng của nước và không khí. Vậy ống Pitot là gì? Chúng hoạt động ra sao? Ứng dụng củs chúng trong các ngành công nghiệp là gì? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu ở bài chia sẻ sau đây.
Ống Pitot là gì?
Được phát minh bởi kỹ sư người Pháp Henri Pitot, ống Pitot là thiết bị đo áp suất được ứng dụng để tính vận tốc và lưu lượng các dòng chảy. Sau khi đc phát minh bởi Henri Pitot, ống được chỉnh sửa trở nên hiên đại với hình dáng ngày này nhờ nhà khoa học người Pháp Henry Darcy. Ống được thiết kế dùng để đo vận tốc dòng chảy, vận tốc không khí trên máy bay, vận tốc nước ở tàu thủy và vân tốc các dòng chất lỏng, khí khác nhau trong các thiết bị công nghiệp. Ống Pitot không thể đo được vân tốc chảy trung bình trong các đường ống, ống dẫn, chúng chỉ có khả năng đo vận tốc dòng chảy cục bộ tại một điểm nhất định.
Nguyên lý hoạt động của ống Pitot
Ống Pitot cơ bản được cấu tạo gồm một ống hướng trực tiếp vào dòng chảy chất lỏng và một máng mỏng ở bên trong. Khi ống này chứa một chất lỏng, lúc này áp suất sẽ được đo. Cụ thể hơn, ống đo áp suất sẽ được chèn vào giữa đường ống được xem là ống để đo áp suất tổng và ống kế tiếp dùng để đo áp suất tĩnh. Khi lưu lượng chất lỏng chảy qua ống thay đổi, áp suất tại hai ống này cũng thay đổi tuy theo vận tốc dòng chất lỏng. Sự chênh lệch áp suất giữa ống áp suất tổng và ống áp suất tĩnh tỉ lệ thuận với lưu lượng dòng chất lỏng qua ống.
Vận tốc của dòng chảy không thể được xác định bởi áp suất đo được. Thay vào đó, theo phương tình Bernoulli, ta có:
Áp suất tổng = Áp suất tĩnh + Áp suất động ,có thể viết là:
Giải phương trình vận tốc dòng chảy:
Với
- u là vận tốc dòng chảy [m/s]
- Pt là áp suất tổng [Pa]
- Ps là áp suất tĩnh [Pa]
- p là khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3]
Như chúng ta đã biết áp suất động là sự chênh lêch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Để xác định áp suất động, chúng ta sẽ sử dụng một màng ngăn bên trong đường ống kín. Với áp suất động đo được từ việc bố trí trên, chúng ta có thể sử dụng để xác định tốc độ bay của máy bay. Việc bố trí màng ngăn như mô tả ở trên thường được lắp đặt trong các phần đo chỉ số tốc độ bay, sự chuyển đổi áp suất động đến một thiết bị đọc tốc độ bay bằng phương tiện của đòn bẩy cơ khí.
Thay vì đặt ống Pitot và cổng tĩnh riêng biệt, một ống pitot tĩnh có thể được sử dụng, trong đó có một ống đồng trục thứ hai với các ống pitot có lỗ ở hai bên, ở bên ngoài luồng không khí trực tiếp, để đo áp suất tĩnh.
Ưu điểm và hạn chế của ống Pitot trong thực tế
Đối vối việc sử dụng ống Pitot chúng ta sẽ có những ưu điểm và hạn chế riêng.
Ưu điểm của ống Pitot:
- Ít cản trở dòng chảy
- Ít tốn kém chi phí
- Đối với những loại lưu lượng kế đơn giản có thể thể dùng cho nhiều loại đường ống, ống dẫn khác nhau
Hạn chế của ống Pitot:
- Nếu vận tốc của dòng chảy thấp, sự chênh lệch áp suất sẽ rất nhỏ vì vậy đầu đo sẽ khó có thể đo đạt chính xác.
- Còn nếu vận tốc dòng chảy quá lớn, điều này không nằm trong giả định của phương trình Bernoulli vì vậy sẽ cho ra phép đo không đúng.
- Nếu một sóng xung kích xuất hiện ở phía trước ống, áp suất tổng trong ống sẽ bị thay đổi. Tuy nhiên, có thể điều chình sóng xung kích này đối với ống Pitot dùng cho tốc độ lớn như máy bay.
- Với trường hợp ống bị chèn ép hoặc tắc nghẽn, áp suất tại đầu dò áp suất sẽ không đúng, sẽ gây ra việ áp suất tĩnh và áp suất tổng bị sai dẫn đến việc nó sẽ thể đo đúng vận tốc của dòng chảy.
Ứng dụng của ống Pitot trong công nghiệp
Trong các ngành công nghiệp, phong kế rất khó sử dụng để đo vận tốc dòng chảy cần đo. Vì vậy, ống Pitot là dụng cụ dễ dàng thao tác và thiết thực nhất trong các phép đo. Ống pitot sẽ được đưa vào bên trong đường ống hoặc ống dẫ thông qua một lỗ nhỏ, ống Pitot sẽ được kết nối với một máy đo dạng ống chữ U hoặc một máy đo áp suất khác để xác định vận tốc dòng chảy bên trong đường ống gió ngầm hoá. Bên cạnh đó, chúng ta có một ứng dụng khác của kỹ thuật này là để xác định khối lượng của không khí được thổi vào bên trong một không gian điều hòa.
Tỷ lệ dòng chảy chất lỏng trong một ống dẫn có thể được ước tính từ:
Lưu lượng dòng chảy [m3/ph] = diện tích mặt cắt ống [m2] x vận tốc dòng chảy [m/ph]
Đối với ngành hàng không, tốc độ không khí thường được tính bằng hải lý/ giờ
Trong trạm thời tiết với tốc độ gió cao, các ống pitot được sửa đổi để tạo ra một loại phong kế đặc biệt được gọi là ống pitot phong kế tĩnh.
Trên đây là những chia sẽ về ống Pitot, hy vọng qua những chia sẻ này bạn có thể hiểu thêm về ống Pitot và những ứng dụng cũng như ưu và nhược điểm của chúng. EI INDUSTRIAL luôn cũng cấp những loại ống Pitot chất lượng và phù hợp với những nhu cầu khác nhau của khác hàng. Nếu cần thêm thông tin hãy liên hệ trực tiếp với EI INDUSTRIAL để được tư vấn chi tiết hơn.
Châu FPT
Ống pitot được đặt tên theo kỹ sư người Pháp Henri Pitot, người sử dụng một ống thủy tinh để đo vận tốc dòng chảy của một con sông ở Pháp năm 1700, và được sửa đổi thành kiểu hiện đại như ngày nay bởi nhà khoa học người Pháp Henry Darcy. Ống pitot là thiết bị đơn giản không có bộ phận chuyển động dùng để đo vận tốc dòng chảy, vận tốc không khí trên máy bay, vận tốc nước trên tàu thủy, và vận tốc dòng chất lỏng, dòng khí trên các thiết bị công nghiệp. Ống pitot được dùng để đo vận tốc dòng chảy cục bộ tại một điểm nhất định trong dòng chảy và không đo được vận tốc dòng chảy trung bình trong đường ống hoặc ống dẫn.
Ống pitot là loại lưu lượng kế phổ biến. Hình động dưới đây mô tả hoạt động cơ bản của một ống pitot, ở đây áp suất được tạo ra bởi vận tốc của chất lưu trong một ống đặt đối diện với dòng chảy. Áp suất động này được so sánh với áp suất tham chiếu [ áp suất tĩnh] trong đường ống, và vận tốc này có thể được xác định bằng một công thức đơn giản [**]
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Lưu ý: Trong hình động trên từ phải qua trái: Ống đo được chèn vào giữa đường ống được dùng để đo áp suất tổng và ống kế tiếp dùng để đo áp suất tĩnh. Khi lưu lượng thông qua đường ống thay đổi, áp suất tại ống áp suất tổng và ống áp suất tĩnh thay đổi tùy theo vận tốc dòng chảy. Chênh áp giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh tỉ tệ với lưu lượng thông qua đường ống.. Như ta đã biết, đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu [P] là tổng áp suất tĩnh [Pt] và áp suất động [Pđ]: P = Pt + Pđ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi lưu chất không chuyển động. Áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc chất lưu :
[*]
Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Do vậy áp suất động được đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Thông thường việc đo hiệu áp suất [P - Pt] thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra của một ống Pitot [như hình vẽ bên dưới], trong đó cảm biến [1] đo áp suất tổng, cảm biến [2] đo áp suất tĩnh.
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Trong thực tế, hai ống đo áp được chèn vào một đường ống là khá rườm rà, thay vào đó chúng ta dùng một ống pitot đơn giản hơn tương tự như như hình sau. Ở đây lỗ đo áp suất tổng và lỗ đo áp suất tĩnh [áp suất tham chiếu] được kết hợp trên cùng một thiết bị. Thay vì đặt ống Pitot và cổng tĩnh riêng biệt, một ống pitot tĩnh [còn gọi là ống Prandtl] có thể được sử dụng, trong đó có một ống đồng trục thứ hai với các ống pitot có lỗ ở hai bên, ở bên ngoài luồng không khí trực tiếp, để đo áp suất tĩnh.
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Vì sự đơn giản của ống pitot [như hình vẽ] chỉ lấy mẫu ở một điểm, và bởi vì lưu lượng dòng chảy [vận tốc dòng chảy] là khác nhau tại mỗi điểm trong đường ống. Vị trí chính xác của dòng chảy là rất quan trọng do đó để khắc phục những điểm này chúng ta sử dụng một ống pitot trung bình. Lưu ý về mối quan hệ căn bậc hai giữa vận tốc và độ sụt áp [nhìn công thức dưới đây]. Điều này giới hạn độ chính xác trong một dải nhỏ.Từ công thức [*] suy ra:
[**]
Q = v.F
Ở đây: v - Vận tốc chất lưu trong đường ống [m/s] ΔP - Chênh áp P - Pt [Áp suất tổng – Áp suất tĩnh] [kg/ms^2], chuyển đổi 1 Pa = 0.981 kg/ms^2 ρ - Khối lượng riêng của chất lưu [kg/m^3]. Q - Lưu lượng của dòng chảy [m^3/s] F - Tiết diện bên trong đường ống thực tế mà ta đưa ống pitot vào [m^2]Có một vài hạn chế trong thực tế khi dùng một ống pitot:
1. Nếu vận tốc thấp, chênh áp sẽ rất nhỏ và đầu dò khó có thể đo chính xác. Sai số có thể rất lớn trong phép đo. Do đó ống pitot không làm việc được ở vận tốc quá nhỏ. 2. Nếu vận tốc qua lớn [siêu âm]. Điều này vi phạm các giả định của phương trình của Bernoulli và phép đo sẽ không đúng. Ở phía trước ống, một sóng xung kích xuất hiện sẽ làm thay đổi áp suất tổng, có thể điều chỉnh những sóng xung kích này đối với ống pitot dùng cho tốc độ lớn như máy bay. 3. Nếu đường ống bị tắc hoặc bị chèn ép, thì áp suất tại đầu dò áp suất sẽ không đúng với áp suất động và tĩnh trong đường ống, do đó lúc này nó không thể đo đúng vận tốc của dòng chảy.Ống pitot trung bình:
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Ống pitot trung bình [như hình trên] được phát triển với một số điểm đo áp suất động trên đường ống theo chiều ngang sau đó tính giá trị trung bình của áp suất động sau đó áp suất này được so sánh với áp suất tĩnh trong đường ống. Từ đó tính được vận tốc dòng chảy và lưu lượng dòng chảy. Ống Pitot trung bình bao gồm các thành phần sau: - Outer impact tube [Vỏ ngoài tác động] - Internal averaging tube [Ống trung bình nội bộ] - Low pressure chamber [Buồng áp suất thấp] - Head [Đầu nắp]
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Nguyên lý thiết bị đo lưu lượng chất lỏng sử dụng ống pitot [E&H]
Ống tác động bên ngoài có một số lỗ cảm ứng áp suất chịu tác động trực tiếp của thượng nguồn được định vị ở các điểm hình khuyên với sự phân bố tuyến tính. Áp suất tổng được hình thành ở mỗi dòng thượng lưu do ảnh hưởng của môi trường lưu chất đến đầu tiên được tính trung bình trong ống va chạm bên ngoài và sau đó đến cấp thứ hai [chính xác hơn] trong ống pitot trung bình bên trong. Áp suất này được thể hiện ở đầu như là thành phần áp suất cao của đầu ra chênh áp DP. Thành phần áp suất thấp được lấy từ một lỗ cảm ứng nằm ở phía hạ lưu của ống tác động bên ngoài. Hệ số dòng chảy ổn định là kết quả của hình dạng kim cương điển hình, làm cho nó trở thành một dòng chảy lưu lượng đáng tin cậy.Ưu điểm của ống pitot:
- Ít cản trở dòng chảy - Ít tốn kém. - Loại lưu lượng kế đơn giản có thể dùng cho nhiều đường ống có kích thước khác nhau.Nhược điểm của ống pitot:
- Tỉ lệ giới hạn nhỏ bởi vì quan hệ căn bậc 2 giữa áp suất và vận tốc. - Nếu chất lưu là chất lỏng, hoặc chất khí có chứa bụi như đường ống hút lọc bụi các lỗ đo hay đường ống sẽ có thể bị chặn. Để loại bỏ việc này, một số model được lắp đặt theo chiều ngang - Vị trí đặt trong đường ống phải đúng theo chiều dòng chảy.Ứng dụng của ống pitot:
Được sử dụng trong việc đo lưu lượng, tốc độ dòng chảy.VIDEO THAM KHẢO:
Nguyên lý hoạt động thiết bị đo vận tốc sử dụng ống pitot trên máy bay
VIDEO GIẢNG DẠY - Kiến thức về ống pitot sử dụng để đo vận tốc dòng chảy [Dr. Ron Hugo]
CTV Thụy Cọt [EBOOKBKMT]
Tổng hợp và chỉnh sửa lại bởi Admin EBOOKBKMT.
Chúc các bạn thành công!
Ống pitot được đặt tên theo kỹ sư người Pháp Henri Pitot, người sử dụng một ống thủy tinh để đo vận tốc dòng chảy của một con sông ở Pháp năm 1700, và được sửa đổi thành kiểu hiện đại như ngày nay bởi nhà khoa học người Pháp Henry Darcy. Ống pitot là thiết bị đơn giản không có bộ phận chuyển động dùng để đo vận tốc dòng chảy, vận tốc không khí trên máy bay, vận tốc nước trên tàu thủy, và vận tốc dòng chất lỏng, dòng khí trên các thiết bị công nghiệp. Ống pitot được dùng để đo vận tốc dòng chảy cục bộ tại một điểm nhất định trong dòng chảy và không đo được vận tốc dòng chảy trung bình trong đường ống hoặc ống dẫn.
Ống pitot là loại lưu lượng kế phổ biến. Hình động dưới đây mô tả hoạt động cơ bản của một ống pitot, ở đây áp suất được tạo ra bởi vận tốc của chất lưu trong một ống đặt đối diện với dòng chảy. Áp suất động này được so sánh với áp suất tham chiếu [ áp suất tĩnh] trong đường ống, và vận tốc này có thể được xác định bằng một công thức đơn giản [**]
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Lưu ý: Trong hình động trên từ phải qua trái: Ống đo được chèn vào giữa đường ống được dùng để đo áp suất tổng và ống kế tiếp dùng để đo áp suất tĩnh. Khi lưu lượng thông qua đường ống thay đổi, áp suất tại ống áp suất tổng và ống áp suất tĩnh thay đổi tùy theo vận tốc dòng chảy. Chênh áp giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh tỉ tệ với lưu lượng thông qua đường ống.. Như ta đã biết, đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu [P] là tổng áp suất tĩnh [Pt] và áp suất động [Pđ]: P = Pt + Pđ Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi lưu chất không chuyển động. Áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc chất lưu :
[*]
Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Do vậy áp suất động được đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Thông thường việc đo hiệu áp suất [P - Pt] thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra của một ống Pitot [như hình vẽ bên dưới], trong đó cảm biến [1] đo áp suất tổng, cảm biến [2] đo áp suất tĩnh.
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Trong thực tế, hai ống đo áp được chèn vào một đường ống là khá rườm rà, thay vào đó chúng ta dùng một ống pitot đơn giản hơn tương tự như như hình sau. Ở đây lỗ đo áp suất tổng và lỗ đo áp suất tĩnh [áp suất tham chiếu] được kết hợp trên cùng một thiết bị. Thay vì đặt ống Pitot và cổng tĩnh riêng biệt, một ống pitot tĩnh [còn gọi là ống Prandtl] có thể được sử dụng, trong đó có một ống đồng trục thứ hai với các ống pitot có lỗ ở hai bên, ở bên ngoài luồng không khí trực tiếp, để đo áp suất tĩnh.
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Vì sự đơn giản của ống pitot [như hình vẽ] chỉ lấy mẫu ở một điểm, và bởi vì lưu lượng dòng chảy [vận tốc dòng chảy] là khác nhau tại mỗi điểm trong đường ống. Vị trí chính xác của dòng chảy là rất quan trọng do đó để khắc phục những điểm này chúng ta sử dụng một ống pitot trung bình. Lưu ý về mối quan hệ căn bậc hai giữa vận tốc và độ sụt áp [nhìn công thức dưới đây]. Điều này giới hạn độ chính xác trong một dải nhỏ.Từ công thức [*] suy ra:
[**]
Q = v.F
Ở đây: v - Vận tốc chất lưu trong đường ống [m/s] ΔP - Chênh áp P - Pt [Áp suất tổng – Áp suất tĩnh] [kg/ms^2], chuyển đổi 1 Pa = 0.981 kg/ms^2 ρ - Khối lượng riêng của chất lưu [kg/m^3]. Q - Lưu lượng của dòng chảy [m^3/s] F - Tiết diện bên trong đường ống thực tế mà ta đưa ống pitot vào [m^2]Có một vài hạn chế trong thực tế khi dùng một ống pitot:
1. Nếu vận tốc thấp, chênh áp sẽ rất nhỏ và đầu dò khó có thể đo chính xác. Sai số có thể rất lớn trong phép đo. Do đó ống pitot không làm việc được ở vận tốc quá nhỏ. 2. Nếu vận tốc qua lớn [siêu âm]. Điều này vi phạm các giả định của phương trình của Bernoulli và phép đo sẽ không đúng. Ở phía trước ống, một sóng xung kích xuất hiện sẽ làm thay đổi áp suất tổng, có thể điều chỉnh những sóng xung kích này đối với ống pitot dùng cho tốc độ lớn như máy bay. 3. Nếu đường ống bị tắc hoặc bị chèn ép, thì áp suất tại đầu dò áp suất sẽ không đúng với áp suất động và tĩnh trong đường ống, do đó lúc này nó không thể đo đúng vận tốc của dòng chảy.Ống pitot trung bình:
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Ống pitot trung bình [như hình trên] được phát triển với một số điểm đo áp suất động trên đường ống theo chiều ngang sau đó tính giá trị trung bình của áp suất động sau đó áp suất này được so sánh với áp suất tĩnh trong đường ống. Từ đó tính được vận tốc dòng chảy và lưu lượng dòng chảy. Ống Pitot trung bình bao gồm các thành phần sau: - Outer impact tube [Vỏ ngoài tác động] - Internal averaging tube [Ống trung bình nội bộ] - Low pressure chamber [Buồng áp suất thấp] - Head [Đầu nắp]
[Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn]
Nguyên lý thiết bị đo lưu lượng chất lỏng sử dụng ống pitot [E&H]
Ống tác động bên ngoài có một số lỗ cảm ứng áp suất chịu tác động trực tiếp của thượng nguồn được định vị ở các điểm hình khuyên với sự phân bố tuyến tính. Áp suất tổng được hình thành ở mỗi dòng thượng lưu do ảnh hưởng của môi trường lưu chất đến đầu tiên được tính trung bình trong ống va chạm bên ngoài và sau đó đến cấp thứ hai [chính xác hơn] trong ống pitot trung bình bên trong. Áp suất này được thể hiện ở đầu như là thành phần áp suất cao của đầu ra chênh áp DP. Thành phần áp suất thấp được lấy từ một lỗ cảm ứng nằm ở phía hạ lưu của ống tác động bên ngoài. Hệ số dòng chảy ổn định là kết quả của hình dạng kim cương điển hình, làm cho nó trở thành một dòng chảy lưu lượng đáng tin cậy.Ưu điểm của ống pitot:
- Ít cản trở dòng chảy - Ít tốn kém. - Loại lưu lượng kế đơn giản có thể dùng cho nhiều đường ống có kích thước khác nhau.Nhược điểm của ống pitot:
- Tỉ lệ giới hạn nhỏ bởi vì quan hệ căn bậc 2 giữa áp suất và vận tốc. - Nếu chất lưu là chất lỏng, hoặc chất khí có chứa bụi như đường ống hút lọc bụi các lỗ đo hay đường ống sẽ có thể bị chặn. Để loại bỏ việc này, một số model được lắp đặt theo chiều ngang - Vị trí đặt trong đường ống phải đúng theo chiều dòng chảy.Ứng dụng của ống pitot:
Được sử dụng trong việc đo lưu lượng, tốc độ dòng chảy.VIDEO THAM KHẢO:
Nguyên lý hoạt động thiết bị đo vận tốc sử dụng ống pitot trên máy bay
VIDEO GIẢNG DẠY - Kiến thức về ống pitot sử dụng để đo vận tốc dòng chảy [Dr. Ron Hugo]
CTV Thụy Cọt [EBOOKBKMT]
Tổng hợp và chỉnh sửa lại bởi Admin EBOOKBKMT.
Chúc các bạn thành công!