برای دوستانی که قصد انجام پروژه های آزمایشگاهی و عملی برای پایان نامه و یا مقاله دارد، این مطلب مفید خواهد بود. لوله پیتوت (Pitot Tube) یک وسیله اندازه گیری فشار می باشد که برای اندازه گیری سرعت جریان سیالات نیز به کار می رود. لوله پیتوت، توسط یک مهندس ایتالیایی متولد فرانسه به نام هنری پیتوت در اوایل سال 1700 و تغییر آن به حالت مدرن در اواسط سال 1800 توسط هنری دارسی صورت گرفت. قبل از دارسی این وسیله، نه دقیق و نه استاندارد شده شود. دارسی اولین آنالیزهای صحیح تئوری را ار نتایج آزمایشات خود ارائه کرد. اما بعد از دارسی طرح استفاده از لوله پیتوت برای اندازه گیری سرعت در لوله ها توسط هنری فلد (Henry Fladd) مطرح شد. سرعت سنج او به عنوان لوله پیتوت در مقابل جریان آب قرار می گرفت. دانشمند دیگری در سال 1895 یک نوع مانومتر خود ثبات را اختراع کرد که از لوله پیتوت شبیه نسخه فلد استفاده کرد ولی با یک لوله اضافه که فشار استاتیک را نیز اندازه گیری و سپس ثبت می کرد.
این لوله علاوه بر اندازه گیری سرعت های بالا مانند جریان های سیلاب رودخانه، در سرعت های خیلی کوچک با حساسیت بیشتر اندازه گیری را صورت می دهد. همچنین در حال حاضر به طور گسترده برای تعیین سرعت در جریان های کانالی و تحت فشار و نیز در صنایع هوافضا کاربرد دارد. لوله های پیتوت وسیله ای با دوام ودقیق برای اندازه گیری سرعت هستند. اصولا به کمک پیزومتر منتهی به جوانب این وسیله، فشار پیزومتریک جریان و توسط نوک لوله پیتوت، فشار نقطه ایستایی (Stegnation Point) بدست می آید و از اختلاف این دو فشار که توسط یک مانومتر قابل اندازه گیری است فشار دینامیکی جریان بدست می آید.
تقسیم بندی لوله های پیتوت
- لوله پیتوت (Simple Pitot Tube): نام دیگر آن لوله پیتوت ساده است. این دستگاه، ساده بوده و تنها فشار کل(شامل مجموع فشار استاتیک و دینامیک) را اندازه گیری می نماید و تجهیز اندازه گیری فشار پیزومتریک یا استاتیک از آن مجزا می باشد (مطابق شکل زیر-بخش a). در منطقه نقطه سکون (واقع در نوک لوله) در چهار نقطه اندازه گیری فشار انجام می گیرد که این خود باعث افزایش دقت آزمایش می شود و خطای ناشی از عمود نبودن مقطع نوک لوله پیتوت تقلیل می یابد.
- لوله پیتوت-استاتیک (Pitot-Static Tube): این دستگاه تکامل یافته تر بوده و در آن لوله پیتوت و استاتیک در یک وسیله بهم متصل می باشند (شکل زیر-بخش c). فشار استاتیک معمولا در هشت سوراخ واقع در جوانب لوله اندازه گیری می گردد.
- لوله استاتیک (Static Tube): این وسیله در حقیقت از انواع لوله های پیتوت نبوده و به طور مجزا تنها فشار استاتیک را اندازه گیری می کند و همپنین می تواند مکمل لوله های پیتوت باشد. مطابق شکل زیر-بخش b این وسیله، فشار استاتیک را از جوانب، توسط چند سوراخ در جوانب یک لوله که نوک آن بسته است اندازه می گیرد.
تئوری لوله های پیتوت
سطوح مایع حاصل از فشار استاتیک و فشار کل (فشار دینامیک + فشار استاتیک) جریان توسط دو شاخه لوله قائم و شفاف قابل قرائت می باشند. طبعا سطح مایع مربوط به فشار کل بالاتر از سطح مایع مربوط به فشار استاتیک خواهد بود و با اندازه گیری اختلاف ارتجاعی این دو سطح طبق معادله برنولی هد سرعت بدست می آید. فشار موضعی در نوک لوله پیتوت ساده یا نقطه سکون می باشد و فشار در این نقطه سرعت صفر شده و هد سرعت تبدیل به بار فشاری می گردد. در این نقطه مومنتم جریان باز می ایستد و یا به حالت رکود در می آبد. از طرفی می دانیم که در عمل سرعت تئوری با سرعت واقعی متفاوت است که ارتباط آن ها به صورت معادله یک بیان می شود که در این جا Cv ضریب سرعت ناشی از کالیبراسیون لوله پیتوت، Vac سرعت واقعی جریان یعنی سرعت مورد نیاز و Vth سرعت تئوری جریان می باشد. بر این اساس سرعت حقیقی به صورت معادله دو خواهد بود.
بنابراین لوله های پیتوت برای اندازه گیری سرعت جریان سیال در هر نقطه از لوله و یا کانال به کار می رود. لوله های پیتوت با این ایده عمل می کنند. واضح است که سرعت از اندازه گیری فشار استاتیک و فشار نقطه رکود محاسبه می شود. فشار رکود به طور ساده و دقیق توسط لوله های پیتوت و فشار استاتیک علاوه بر لوله استاتیک از روش های مختلف مانند لوله ها، صفحات صاف ور روزنه های پیزومتری دیواره، اندازه گیری می شود. بر این اساس، یک لوله پیتوت هم زمان می تواند با سایر وسایل اندازه گیری فشار برای بدست آوردن اختلاف بکار رود. پراندتل (Prandtl) که لوله پیتوت-استاتیک را طراحی کرد که با استقرار ابتکاری روزنه های مرتبط با فشار استاتیکی توانست تفاوت فشارهای دو نقطه را از بین ببرد. در کلیپ زیر می توانید نمایی از لوله پیتوت پراندتل ببینید.
کاربرد لوله های پیتوت
کاربرد صنعتی لوله های پیتوت اندازه گیری سرعت موضعی جریان و به تبع آن اندازه گیری دبی است. فاصله نوک لوله در هر نقطه از سطح لوله و یا سطح مقطع کانال قابل تغییر است لذا نیم رخ سرعت قابل اندازه گیری می باشد. همچنین برای توزیع سرعت در لایه مرزی نیز می توان از این وسیله استفاده کرد. یکی از کابردهای متداول لوله پیتوت، اندازه گیری سرعت در هواپیما (دایره های قرمز رنگ در شکل زیر) می باشد اما به دلیل وجود تراکم پذیری در این جریان ها بایستی ضریب تصحیح بیشتری برای این تجهیز به کار برد. یکی از مزیت های این لوله در این است که پیتوت نسبت به انحراف در امتداد جریان خیلی حساس نیست و اگر انحراف آن نسبت به امتداد جریان کمتر از 15 درجه باشد، خطای حاصل تنها در حدود دو تا سه درصد خواهد بود که این ویژگی بسیار حائز اهمیت است.
لوله های پیتوت مدرن
میکرومانومتر TAXD620 نمونه ای از لوله های پیتوت مدرن با تکنولوژی ریز پردازنده ها است که از مزایای آن صرفه جویی در زمان، هزینه بسیار کم و نیز با دقت بسیار بالا در اندازه گیری و ثبت سرعت و فشار می باشد. این مدل از لوله های پیتوت دارای قابلیت بالای حافظه می باشد به طوری که تا 12700 مقدار اندازه گیری را می تواند در خود ذخیره، بازیابی و بازخوانی نماید. دستگاه مذکور با پورت USB و با اتصال به کامپیوتر به راحتی داده ها را در ویندوز بازخوانی کرده و می تواند داده ها را در نرم افزارهای مخصوص برای تولید چارت، گراف، آنالیز و تحلیل آماده نماید. شکل زیر نمونه ای است از این نوع مدرن پیتوت.
