8.1.2. Измерение расхода с помощью напорных трубок

Напорными трубками называют устройства для измерения величины и направления скорости, а также расхода жидкости или газа, действие которых основано на измерении давления в потоке.

При измерении расхода с помощью напорных трубок, как и при измерении расхода с помощью сужающих устройств, используется метод переменного перепада давлений.

Из напорных трубок наибольшее распространение получили кратко рассмотренные ниже трубки Пито, Прандтля, аннубар. Для измерения скорости потока существует большое количество модификаций трубки Прандтля (трубки Брабе, Лосиевского, Престона и др.). Для исследования полей скоростей в пограничном слое потока вязкой жидкости или газа вблизи твердой стенки применяется трубка Стэнтона, измеряющая скоростной напор в потоке с большим градиентом скорости.

Трубка Пито

Трубка Пито — Г-образная трубка для измерения динамического напора текущих жидкости или газа. Трубка датчика вводится через стенку основного трубопровода и направляется своим отверстием непосредственно навстречу потоку жидкости или газа (рис. 81). Этот датчик по своей сути играет роль ударного зонда, измеряющего полное давление в лобовой точке напорной трубки , а второй зонд (статический датчик), измеряющий статическое давление (или гидродинамическое давление в невозмущенном потоке) , размещается непосредственно в стенке трубопровода. Динамическое давление (скоростной напор) определяется по разности ударного (полного) и статического давлений и связано со скоростью соотношением, полученным из уравнения Бернулли:

где — скорость движения газа или жидкости в трубопроводе, м/с; — плотность газа или жидкости в рабочих условиях, кг/м³; и , Па.

Рис. 81. Схема трубки Пито

Напорная трубка Прандтля

Напорная трубка Прандтля (называемая также трубкой Пито— Прандтля, а иногда — трубкой Пито) позволяет одновременно измерять как полное, так и статическое давление в контролируемом потоке. Она представляет собой цилиндрическую трубку с полусферическим носиком, ось которой устанавливается вдоль потока. Через центральное отверстие на полусфере (критическая точка) измеряется полное давление ; другое отверстие (или ряд отверстий) располагается на боковой поверхности трубки на расстоянии нескольких диаметров трубки от носика и служит для измерения статического давления . Геометрическая форма трубки Прандтля, форма отверстий и расстояние от них до носика трубки выбираются так, чтобы давление в боковых отверстиях по возможности мало отличалось от статического давления в исследуемой точке потока.

Напорные трубки аннубар (annubar)

Данные напорные трубки вставляются по диаметру трубы в протекающий поток. Отверстия расположены на двух сторонах трубки аннубар, как против течения, так и по нему. Эти отверстия соединены со сдвоенными усредняющими камерами. Число отверстий пропорционально диаметру трубы. Давление в камере, соединенной с отверстиями, направленными против течения, соответствует среднему значению скоростного напора. Давление в камере, соединенной с отверстиями, направленными по течению, соответствует среднему опорному давлению. Их разность дает точный и стабильный сигнал перепада давления, который пропорционален расходу.