Ống pitot ứng dụng trong đo vận tốc và lưu lượng của dòng chảy

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)

ĐẶT MUA THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG NGAY TẠI ĐÂY > > >

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.

Như vậy, khi xác định được Pd sẽ xác định được vận tốc dòng chảy (xem công thức ** bên dưới) và sau đó dễ dàng tính ra được lưu lượng dòng chảy.

(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)

ĐẶT MUA THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG NGAY TẠI ĐÂY > > >

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)

Công thức tính vận tốc của lưu chất trong đường ống dùng ống pitot

S = 1.31 x SQRT(DP) (m/s)

Với nhiệt độ môi trường là 30oC, áp suất khí quyển Po = 760mmHg = 101325 Pa

"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

AFMT - Average Flow Measuring Tube (Ống pitot đo lưu lượng lắp cố định)