Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Трубка Пито — пневмометрический насадок, по которому определяют местную скорость потока газа или жидкости по разности полного и статического давлений. Принцип измерения опирается на уравнение Бернулли: кинетическая энергия движущейся среды в точке полного торможения превращается в избыточное давление, а разность между полным и статическим давлением однозначно связана со скоростью. Конструктивно простой насадок до настоящего времени остаётся опорным средством измерения скорости в аэродинамических трубах, газоходах и вентсистемах, водных трубопроводах и в авиационных системах воздушных сигналов.
Трубка Пито — это первичный преобразователь местной скорости потока. В точку измерения вводят насадок, обращённый отверстием навстречу потоку. Жидкость или газ в этой точке тормозится практически до нуля, и давление в ней (полное давление p0) равно сумме статического давления невозмущённого потока p и динамической составляющей ρv²/2. Если в той же точке измерить статическое давление через отдельные боковые отверстия или отдельный пневмометрический насадок, то разность p0 − p даёт динамический напор и через него — скорость v.
Прибор измеряет не саму скорость, а разность давлений; скорость восстанавливается расчётом через известную плотность среды и калибровочный коэффициент насадка.
Классическая комбинированная конструкция — трубка Пито — Прандтля: внутренний канал, отбирающий полное давление через лобовое отверстие, и наружный кольцевой канал, отбирающий статическое давление через ряд отверстий на боковой поверхности. Два штуцера насадка подключают к дифференциальному манометру, который и измеряет искомую разность.
Метод восходит к XVIII веку и сохранил своё место благодаря тому, что относится к группе первичных методов: при корректной геометрии насадка и известных свойствах среды скорость вычисляется напрямую, без посредников в виде преобразователей с электрической природой сигнала. Это делает трубку Пито удобным эталонным средством для поверки и сравнения других расходомеров и анемометров.
Чтобы корректно интерпретировать показания трубки, нужно различать три типа давления в движущемся потоке.
Отбор полного давления — задача относительно простая: достаточно отверстия, обращённого строго навстречу потоку. Отбор «чистого» статического давления — задача более тонкая: любое нарушение параллельности отверстий линиям тока, локальное искривление потока или близость носка насадка вносят систематическую погрешность. Поэтому статические отверстия в трубке Прандтля выполняются на достаточном удалении от носка и от опорной стойки.
Условие справедливости связи «разность давлений → скорость» — отсутствие в точке измерения вихревого следа, отрыва потока и резких градиентов давления. Насадок должен располагаться в области установившегося течения.
В предположении установившегося течения несжимаемой жидкости без потерь между точкой невозмущённого потока и точкой полного торможения справедливо уравнение Бернулли. Для горизонтального участка (или при малом перепаде геометрических высот) оно принимает вид баланса статического и динамического давлений.
Связь между полным и статическим давлением для несжимаемой среды:
p0 = p + ρ·v² / 2
Отсюда местная скорость потока:
v = ξ · √( 2·(p0 − p) / ρ )
где v — местная скорость потока, м/с; p0 − p — измеряемая разность давлений (динамический напор), Па; ρ — плотность среды в точке измерения, кг/м³; ξ — поправочный (тарировочный) коэффициент трубки, безразмерный.
v
p0 − p
ρ
ξ
Для идеального насадка ξ = 1. Для реальных конструкций он близок к единице, но определяется тарировкой в аэродинамической трубе или сличением с эталоном; малые отличия учитывают возможное несовпадение давления в кольцевом отверстии с истинным статическим давлением невозмущённого потока.
Воздух с плотностью ρ = 1,20 кг/м³; дифференциальный манометр показывает разность давлений Δp = p0 − p = 250 Па; коэффициент трубки ξ = 1,00.
ρ = 1,20 кг/м³
Δp = p0 − p = 250 Па
ξ = 1,00
v = 1,00 · √(2 · 250 / 1,20) = √(416,7) ≈ 20,4 м/с
При Δp = 50 Па и тех же условиях скорость снижается до v ≈ 9,1 м/с — нелинейная связь скорости и динамического напора видна напрямую.
Δp = 50 Па
v ≈ 9,1 м/с
Из формулы следуют два инженерных вывода. Во-первых, скорость пропорциональна квадратному корню из перепада давлений: при малых скоростях полезный сигнал быстро падает, что предъявляет высокие требования к чувствительности дифференциального манометра. Во-вторых, в расчёт явно входит плотность среды; при измерениях в газе её приходится определять отдельно — по статическому давлению и температуре через уравнение состояния.
Стандартная комбинированная трубка Пито — Прандтля представляет собой согнутый под прямым углом цилиндрический насадок с полусферическим или эллиптическим носком. По продольной оси проходит внутренний канал для отбора полного давления, заканчивающийся отверстием на носке (критическая точка). По концентрическому наружному каналу осуществляется отбор статического давления через равнорасположенные боковые отверстия, выполненные на достаточном удалении от носка и от участка изгиба.
Для газовых сред, включая дымовые и технологические газы, распространено исполнение из коррозионностойкой стали аустенитного класса; для нейтральных сред применяется также латунь. Узлы соединений, в которых требуется герметичность по обоим пневмоканалам, выполняются пайкой серебросодержащими припоями. Сварные швы и неразъёмные соединения насадка должны обеспечивать прочность и герметичность во всём рабочем диапазоне температур.
Лобовое и боковые отверстия должны быть свободны от загрязнений и капель влаги. Закупорка любого из каналов искажает разностный сигнал и приводит к систематической ошибке, которую невозможно компенсировать расчётом.
Поправочный коэффициент ξ (в некоторых источниках — K или α) учитывает отличие давления в кольцевом отверстии от истинного статического давления невозмущённого потока, а также небольшие отклонения геометрии конкретного насадка от идеальной. Для классических трубок Прандтля коэффициент близок к единице в широком диапазоне чисел Рейнольдса; для упрощённых конструкций он может заметно отличаться и обязательно определяется тарировкой.
Тарировку выполняют в аэродинамической трубе либо методом сличения с эталонным насадком, для каждого типоразмера — в диапазоне рабочих скоростей. Результат тарировки фиксируют в паспорте средства измерения.
Формула v = √(2Δp/ρ) получена из уравнения Бернулли для несжимаемой среды. В реальной газовой среде при росте скорости плотность в точке торможения становится отличной от плотности невозмущённого потока — газ нельзя считать несжимаемым. На практике вводят границу, до которой пренебрежение сжимаемостью даёт приемлемую погрешность, и выше которой применяют другие соотношения.
Условный порог учёта сжимаемости воздуха в технических расчётах — скорость порядка нескольких десятков метров в секунду; при сверхзвуковых режимах трубка применима с использованием соотношений с учётом скачка уплотнения перед носком.
Для дозвуковых режимов с заметной сжимаемостью используется соотношение, выводимое из уравнения изоэнтропического торможения идеального газа: связь полного и статического давлений становится функцией числа Маха и показателя адиабаты. На практике обычно работают с уточнённой формой связи Δp и скорости через адиабатический коэффициент сжимаемости, который вычисляется или берётся из таблиц по числу Маха.
Связь полного и статического давления для изоэнтропического торможения идеального газа:
p0 / p = ( 1 + (k − 1)/2 · M² )k/(k − 1)
где M = v / a — число Маха, a — скорость звука в среде в точке измерения, k — показатель адиабаты (для сухого воздуха при стандартных условиях принимается k ≈ 1,4).
M = v / a
a
k
k ≈ 1,4
При сверхзвуковом потоке перед носком трубки образуется отошедшая ударная волна, и для перехода от измеренной разности давлений к скорости применяется соотношение Рэлея для трубки Пито в сверхзвуковом потоке.
Для измерения расхода жидкости и газа в одной точке поперечного сечения трубы существует методика, регламентирующая применение трубок полного напора, в том числе трубок Пито: устанавливаются требования к минимальному диаметру трубопровода, схеме измерительного сечения и расчёту погрешности. Аналогично для воды в напорных трубопроводах нормирован метод площадь-скорость, в котором трубка Пито может выступать как первичный преобразователь.
Систематические и случайные составляющие погрешности при измерении трубкой Пито можно разделить на несколько групп.
Действующие отечественные методики измерения расхода трубками полного напора нормируют предельные значения полной относительной погрешности результата для условий, в которых выдержаны все требования к насадку, сечению и средствам измерения.
Сфера применения трубки Пито достаточно широка и определяется тем, что прибор измеряет именно местную скорость и одновременно требует относительно простых средств — дифференциального манометра и термопреобразователя для контроля параметров среды.
В авиационной технике приёмник воздушного давления (ПВД) — это устройство отбора сигналов полного и статического давления, на основе которых система воздушных сигналов вычисляет приборную и истинную воздушную скорость, барометрическую и относительную высоту, число Маха, вертикальную скорость и ряд других параметров.
Конструктивно бортовой ПВД представляет собой комбинированный насадок, развивающий идею трубки Пито — Прандтля применительно к специфическим условиям полёта: широкий диапазон скоростей и высот, обледенение, насекомые и пыль на стоянке, перекосы потока на эволюциях. Поэтому ПВД оснащают электрообогревом, защитными заглушками на стоянке и резервированием — на летательном аппарате устанавливают несколько ПВД, опрашиваемых системой воздушных сигналов параллельно для контроля исправности.
Закупоривание отверстий ПВД льдом, насекомыми или защитной заглушкой, оставленной перед вылетом, приводит к недостоверным показаниям скорости и высоты и в практике эксплуатации признаётся фактором, способным повлечь тяжёлые последствия. Контроль исправности обогрева и проходимости каналов входит в обязательные предполётные процедуры.
В отличие от промышленного применения, где плотность среды можно измерить локально, в авиации она вычисляется по статическому давлению и температуре заторможенного потока с поправкой на сжимаемость. На больших числах Маха применяются соотношения, учитывающие изоэнтропическое торможение и (при сверхзвуковом обтекании) скачок уплотнения перед носком ПВД.
Несмотря на универсальность, метод трубки Пито имеет очерченные границы применимости.
Насадок измеряет давление набегающего потока в точке полного торможения и одновременно «обычное» статическое давление в той же точке через боковые отверстия. Разность этих давлений — это динамический напор, и по нему через плотность среды считается скорость по уравнению Бернулли.
Исходная трубка Пито измеряет только полное давление; статическое нужно отбирать отдельно — через отверстие в стенке трубопровода. Конструкция Прандтля объединила оба отбора в одном комбинированном насадке с лобовым отверстием и кольцом боковых отверстий, и сегодня под «трубкой Пито» в инженерной практике чаще всего подразумевают именно её.
Разность полного и статического давлений в точке измерения. Это динамический напор; скорость потока получают расчётом, а не прямо по шкале манометра.
Коэффициент учитывает отличие давления в кольцевом отверстии от истинного статического и небольшие особенности геометрии конкретного насадка. Его определяют тарировкой в аэродинамической трубе или сличением с эталоном и фиксируют в паспорте средства измерения.
В технических задачах сжимаемость учитывают начиная с области скоростей в несколько десятков метров в секунду. На сверхзвуковых режимах применяют отдельное соотношение, учитывающее скачок уплотнения перед носком насадка.
Да, через измерение местных скоростей в нескольких точках поперечного сечения и интегрирование по площади. Существуют действующие методики, нормирующие схему измерительного сечения, требования к трубопроводу и расчёт погрешности.
Перекос оси относительно вектора скорости снижает измеренное полное давление и одновременно изменяет коэффициент трубки. Это приводит к систематической погрешности, которую без отдельной калибровки на скос корректно учесть нельзя.
Физика одна: разделение и измерение полного и статического давления. Различаются конструктивное исполнение, диапазоны скоростей и высот, защита от обледенения и резервирование, а также формулы перехода к скорости — в авиации учитывают сжимаемость и условия атмосферы.
В сильно загрязнённых, запылённых, двухфазных и агрессивных средах, при очень малых скоростях, в существенно закрученных и неустановившихся потоках, а также в трубопроводах со стенками, подверженными отложениям или коррозии.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.