Pitot-cső

A Pitot-cső fajtái

A Pitot-cső nyomásérzékelő műszer, ami áramlások sebességének mérésére alkalmazható. A Pitot-csövet Henri Pitot francia mérnök találta fel 1732-ben. A mai formáját Henry Darcy francia tudós alakította ki a 19. század közepén. A fizikáját, illetve a matematikai törvényszerűségeit Daniel Bernoulli fogalmazta meg. (Lásd: Bernoulli törvénye.)

A mindennapi életben leginkább mint a repülőgépek sebességének mérésére használt eszközzel, az ún. Pitot–Prandtl-csővel találkozhatunk, de az iparban az anemométer mellett a leggyakrabban használt áramlásmérő eszköz.

Működése

Felépítése

Az egyszerű Pitot-cső egy áramlásba szemből behelyezett áramvonalas homlokfalú csőidom, amelynek belső furatában keletkezik az áramlás hatására a torlónyomás, miközben a furat másik végén (többnyire az áramlás helyétől távolabbra elvezetve) egy nyomásváltozás mérésére alkalmas eszköz található. Fontos, hogy a nyomásváltozás mértékét mindig a környezethez képest mérik, így az egész rendszer tartalmaz egy statikus nyomást érzékelő pontot is. A repülési gyakorlatban ez egy apró furatot jelent vagy közvetlenül a Pitot-csövön, vagy valahol a repülőgép oldalán. A furat kialakítása minden esetben áramlás-semleges pozícióban történik, ez annyit jelent, hogy a mindenkori áramlás irányára merőlegesen helyezkedik el. Sok esetben a legcélszerűbb rögtön a Pitot-csövön megoldani, ekkor az elvezetés koaxiális megoldással történik, azaz duplafalú csövekben, együtt utazik a két nyomásérték a műszer felé. A fentiek értelmében a rendszerben mérhető nyomás két értékből tevődik össze: a mindenhol jelenlévő környezeti statikus nyomásból és az áramlásból adódó dinamikus nyomásból.

A repülőgépek Pitot-csöveit külön fűtőrendszerrel is ellátják, hogy jegesedés-veszélyes időben a rárakódó jég ne okozhasson durva méréshibát. A gép leállítása után szokás a Pitot-csőre védőhuzatot tenni, hogy megóvják a párától, az apró rovaroktól és egyéb szennyeződésektől.

Sebességmérés

A repülésben a Pitot-csöves műszer az úgynevezett IAS (Indicated Airspeed) sebességet adja, ami relatív sebesség, mivel a szél sebessége is megjelenik a mérés közben: hátszél esetén negatív, szembeszél esetén pozitív előjellel. Emellett az IAS tartalmazza a műszerek beépítéséből, mérési pontatlanságából eredő hibákat, - amiket a CAS (Calibrated AirSpeed) már kiküszöböl. Ha tehát a mérendő áramlás nem állandó, illetve az áramló közeg sem az, ezenkívül a műszer is mozog, figyelembe kell venni az összes sebességtényezőt a megfelelő előjellel és ezek eredője lesz a műszeren leolvasható érték. A magassággal és hőmérséklettel (a levegő sűrűségváltozása) is korrigált valódi légsebesség a TAS (true air speed). A szél ismeretében számítható, vagy GPS-el mérhető a GS (Ground Speed), a földhöz viszonyított sebesség. További részletek a Repülési alapfogalmak: Helyzetmeghatározás szakaszban találhatóak.

Jelentősége

Az átesés szócikkben tárgyalt fogalmak tükrében elsődleges szerepet kap a repülés közben mért sebesség, mivel a pilóta számára ez kiemelkedően fontos adat a túl lassú, illetve a túl gyors repülésből eredő vészhelyzetek elkerüléséhez. A repülőgép egyes mechanikus részei csak megadott sebességtartományban ereszthetőek ki, például a fékszárny vagy a futómű.

Összefüggések

Pitot-cső működésének szemléltetése folyadékban: a bal szélen betóduló folyadék eltolja a nehezebb (piros) folyadék szintjét

A mért egyensúlyi nyomás nem alkalmas az áramló közeg sebességének közvetlen megállapítására, annak ellenére, hogy Bernoulli törvénye kijelenti:

Kiegyenlített nyomás= statikus nyomás + dinamikus nyomás

Ami másképpen felírható:

$p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho V^{2}}{2}}\right)$

Amiből a sebességet kifejezve:

$V={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}$

FONTOS: Ez az egyenlet csakis összenyomhatatlannak tekinthető közegekre alkalmazható, mint általában a folyadékok. A gázokra csak szélsőséges esetekben érvényes.

Ahol:

• $V$ a folyadék sebessége;
• $p_{t}$ kiegyenlített, vagyis teljes nyomás;
• $p_{s}$ a statikus nyomás;
• and $\rho$ a folyadék sűrűsége.

A mérhető nyomáskülönbség értéke $p_{2}$ – $p_{1}$, vagy $\Delta p$ a $\Delta h$-nak megfelelő, ahogy a nyomásmérőn olvasható:

$\Delta p=\rho g\Delta h$

Ahol:

• $\rho$ a nyomásmérőben lévő folyadék sűrűsége
• $\Delta h$ a manométer (nyomásmérő) kitérése

Gyakorlati alkalmazásai

• 
  Egy Boeing 777-es utasszállító Pitot-csövei (sárga nyilak jelölik)
• 
  Egy Renault Formula–1-es autóra szerelt Pitot-cső
• 
  Kamov Ka–26 helikopter Pitot-csöve
• 
  Pitot-csövet használó szélerősségmérő (Pitot anemométer)
• 
  Egy tesztrepülő orrára szerelt Pitot-csövön légáramlás-irányjelzők
• 
  Eljegesedés ellen fűthető Pitot-cső

Források

• NASA - Pitot Tube
• Repülőgépvezetők kézikönyve (készítették: Dr. Dóka István (szerkesztő), dr. Takács László (lektor), Kovács Árpád (szerző), Pusztai László (lektor), Szilágyiné Gajdos Éva (szerző)), Nyíregyháza, 1984.

A Wikimédia Commons tartalmaz Pitot-cső témájú médiaállományokat.