تاریخچه پیتوت تیوب ( آنوبار )
هنری پیتو، که در سال 1695 در جنوب فرانسه و از خانواده‌ای مرفه به دنیا آمد، ابتدا هیچ علاقه‌ای به تحصیل نداشت. اما روزی در یک کتابفروشی، با یک متن هندسه روبرو شد که به نوعی برای او جرقه‌ای زد. او سه سال به تحصیل در رشته ریاضی و علوم پرداخت و سپس به پاریس رفت تا با دانشمند برجسته‌ای به نام رنه رئومور ملاقات کند و دستیار او شود.
پیتو چیزهای زیادی یاد گرفت و به ویژه به هیدرولیک علاقه‌مند شد. او کتابی در مورد مانور کشتی‌ها نوشت و در سال 1732 لوله پیتو را اختراع کرد. او از این لوله برای اندازه‌گیری سرعت آب در رودخانه سن استفاده کرد و مقاله‌ای درباره این دستگاه منتشر کرد.
اگرچه هنری پیتو نخستین شخصی بود که این ابزار را اختراع کرد، بعدها چندین دانشمند و مهندس دیگر به بهبود و توسعه آن پرداختند:
- دنیل برنولی: فیزیکدان برجسته قرن 18 که با نظریه‌هایش در زمینه دینامیک سیالات و کتاب معروفش “Hydrodynamica”، به درک بهتر پدیده‌های جریان سیال کمک کرد. نظریه‌های او در فهم نحوه کارکرد لوله پیتو و اصول فیزیکی آن نقش مهمی داشت.
- ادوارد هاگز: دانشمند انگلیسی قرن 18 که در زمینه فشار هوا و دما تحقیقات زیادی انجام داد. اگرچه او لوله پیتو را اختراع نکرد، اما تحقیقاتش به پیشرفت در اندازه‌گیری فشار و سرعت جریان کمک کرد.
- هنری دارسی: از سال 1856، این دانشمند با همکاری هنری بازن، طراحی‌های مختلفی از لوله پیتو بهبود یافته را ارائه داد. اگرچه پیتو در سال 1732 این دستگاه را اختراع کرده بود، اما طراحی‌های اولیه آن نقص‌هایی داشت که باعث شده بود این ابزار بیشتر به یک اسباب‌بازی علمی شباهت داشته باشد. طراحی‌های بهبود یافته دارسی، امکان اندازه‌گیری دقیق و آسان سرعت نقطه‌ای را فراهم کرد و در نهایت، طراحی‌های دارسی به طراحی‌های مدرن لوله پیتو تبدیل شدند. طراحی‌های دارسی در سال 1858 نهایی شدند و به طور کلی نقش او در بهبود دستگاه به اندازه‌ای مهم بود که اکنون این ابزار به نام “لوله پیتوت-دارسی” شناخته می‌شود.
اینطور می‌توان گفت که سهم دارسی در تکمیل این اختراع به حدی بزرگ است که مدل‌های مدرن از لوله پیتو از کار او الهام گرفته‌اند.
بیشتر بخوانید : فلومتر چیست؟
تعریف
لوله پیتو یک جایگزین ارزان برای اوریفیس پلیت است و دقت آن معمولاً بین 0.5٪ تا 5٪ از مقدار کامل اندازه‌گیری شده (FS) متغیر است، که مشابه دقت روزنه‌ها است. محدوده جریان آن معمولاً 3:1 است (که در برخی موارد تا 4:1 هم عمل می‌کند)، که مشابه قابلیت اوریفیس پلیت‌ها است. لوله‌های پیتو، مانند اوریفیس پلیت‌ها و سایر دبی‌سنج‌های فشار تفاضلی، بر اساس اصول معادله برنولی عمل می‌کنند؛ یعنی هرچه جریان سیال بیشتر شود، فشار آن کاهش می‌یابد.
تفاوت اصلی بین لوله‌های پیتو و اوریفیس پلیت‌ها این است که در حالی که روزنه جریان کامل را اندازه‌گیری می‌کند، لوله پیتو تنها سرعت جریان را در یک نقطه خاص از جریان تشخیص می‌دهد. یکی از مزایای لوله پیتو این است که می‌توان آن را در خطوط لوله موجود و تحت فشار (که به آن هات تپ گفته می‌شود) بدون نیاز به خاموش کردن سیستم یا ایجاد اختلال نصب کرد.
فلومتر فشار تفاضلی (d/p) معمولاً دو نوع فشار را اندازه‌گیری می‌کند: فشار استاتیک و فشار کل. فشار استاتیک همان فشار کاری است که در لوله، مجرا یا محیط بالادست لوله پیتو قرار دارد و معمولاً در زاویه‌ای عمود بر جهت جریان و در جایی که تلاطم کم است اندازه‌گیری می‌شود.
لوله‌های پیتو می‌توانند به دو صورت طراحی شوند: یکی به صورت تک پورت و دیگری به صورت لوله پیتو میانگین گیر. لوله پیتو میانگین گیر برای حل مشکل اندازه‌گیری سرعت متوسط جریان معرفی شده است. این لوله‌ها دارای چندین پورت و فشار استاتیک هستند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فشار را در کل قطر لوله اندازه‌گیری کنند. فشارهای اندازه‌گیری شده توسط پورت‌های مختلف با هم ترکیب می‌شوند و از ریشه دوم اختلاف آن‌ها به عنوان نمایه‌ای از سرعت متوسط جریان استفاده می‌شود. پورت‌های نزدیک‌تر به خروجی سیگنال ترکیبی تأثیر بیشتری دارند، اما برای کاربردهای معمولی، این خطا قابل قبول است.
لوله‌های پیتو در اندازه‌های مختلف از حدود 2 میلی‌متر تا چند سانتی‌متر تولید می‌شوند و بسته به نوع کاربرد، از مواد مختلفی مانند استیل ضد زنگ، آلومینیوم، برنج، تیتانیوم یا پلاستیک‌های خاص ساخته می‌شوند. انتخاب مواد و اندازه مناسب به ویژگی‌های جریان سیال، شرایط محیطی و دقت مورد نیاز برای اندازه‌گیری بستگی دارد.
ساختار و نحوه عملکرد پیتوت تیوب ( آنوبار )
پیتوت تیوب ( آنوبار )( آنابار) از یک لوله بلند و باریک تشکیل شده که انتهای آن به‌طور عمودی در جریان سیال قرار می‌گیرد. این لوله معمولاً به دو قسمت تقسیم می‌شود:
پایین لوله (انتهای باز): این بخش مستقیماً در جریان سیال قرار دارد و فشار دینامیکی (فشاری که به دلیل حرکت سیال در داخل لوله ایجاد می‌شود) را اندازه‌گیری می‌کند.
قسمت جانبی یا لوله استاتیک: در این قسمت، فشار استاتیک (فشار معمولی در محیط) اندازه‌گیری می‌شود.
بیشتر بخوانید : فلونازل چیست؟
نحوه عملکرد:
پیتوت تیوب از تجهیزات اندازه گیری فشار ( آنوبار )، اختلاف فشار بین فشار دینامیکی (که ناشی از حرکت سیال است) و فشار استاتیک (فشاری که در محیط اطراف وجود دارد) را اندازه‌گیری می‌کند. این اختلاف فشار برای محاسبه سرعت جریان سیال استفاده می‌شود.
معادله اصلی برای محاسبه سرعت جریان سیال از طریق پیتوت تیوب ( آنوبار )به شکل زیر است:
کاربردهای پیتوت تیوب:
- هوانوردی: پیتوت تیوب در هواپیماها برای اندازه‌گیری سرعت هوا به‌طور گسترده استفاده می‌شود.
- مهندسی هیدرولیک: برای اندازه‌گیری سرعت جریان آب در رودخانه‌ها، کانال‌ها و لوله‌ها کاربرد دارد.
- پژوهش‌های علمی: برای مطالعه و اندازه‌گیری رفتار جریان سیالات در شرایط مختلف استفاده می‌شود.
- پیتوت تیوب به‌دلیل سادگی، دقت و توانایی اندازه‌گیری سرعت در انواع مختلف سیالات، به یکی از ابزارهای اصلی در علوم و مهندسی تبدیل شده است.
نصب و راه اندازی
لوله‌های پیتوت می‌توانند به‌عنوان سنسورهای جریان دائمی نصب شوند یا به‌صورت دستگاه‌های قابل حمل برای نظارت بر داده‌ها در فواصل زمانی مختلف استفاده شوند. واحدهای ساخته‌شده از فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ، به‌طور دائمی نصب شده و قادرند تا فشار 1400 PSIG را تحمل کنند. این واحدها معمولاً از طریق اتصالات فلنجی یا پیچی به لوله متصل می‌شوند. نصب آن‌ها معمولاً قبل از راه‌اندازی کارخانه انجام می‌شود، اما می‌توان از آن‌ها در فرآیند عملیاتی نیز استفاده کرد.
در نصب هات تپ، ابتدا یک اتصال به لوله جوش داده می‌شود. سپس یک سوپاپ مته به اتصال متصل می‌شود و سوراخی در لوله ایجاد می‌شود. پس از بیرون کشیدن مته، دریچه بسته شده و مته خارج می‌شود، سپس لوله پیتوت وارد می‌شود. در نهایت، دریچه باز شده و لوله پیتوت به‌طور کامل وارد می‌شود.
مشخصات سرعت جریان در لوله تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند عدد رینولدز سیال، ناهمواری سطح لوله، و اختلالات بالادست مثل دریچه‌ها، زانویی‌ها و سایر اتصالات قرار می‌گیرد. لوله‌های پیتوت باید تنها زمانی استفاده شوند که عدد رینولدز از ۲۰۰۰۰ بیشتر باشد و مسیر مستقیم حداقل ۲۵ برابر قطر لوله در بالادست وجود داشته باشد، یا از پره‌های صاف‌کننده استفاده شود.
مزایای لوله پیتوت:
- ساده و ارزان: لوله پیتوت یک ابزار ساده و کم‌هزینه است که به راحتی می‌تواند فشار دینامیکی و استاتیک را اندازه‌گیری کند. این ویژگی آن را برای کاربردهای مختلف در شرایط اقتصادی متنوع مقرون‌به‌صرفه می‌کند.
- دقت بالا در اندازه‌گیری: پیتوت تیوب قادر است سرعت سیالات را با دقت بالا اندازه‌گیری کند، حتی در جریان‌های پیچیده یا غیرمستقیم.
- قابلیت اندازه‌گیری در انواع سیالات: این ابزار برای اندازه‌گیری سرعت در انواع مختلف سیالات مانند هوا، آب، گازها و مایعات دیگر قابل استفاده است.
- قابلیت اندازه‌گیری در سرعت‌های مختلف: پیتوت تیوب می‌تواند سرعت‌های بسیار پایین تا بالا را اندازه‌گیری کند. به همین دلیل در کاربردهایی مانند اندازه‌گیری سرعت هوا در هواپیماها یا سرعت جریان آب در رودخانه‌ها مفید است.
- نصب آسان: نصب پیتوت تیوب بسیار ساده است. تنها کافی است لوله به‌درستی در جریان سیال قرار گیرد و اندازه‌گیری‌ها انجام شود.
- عدم نیاز به منبع برق: پیتوت تیوب نیاز به منبع برق ندارد، بنابراین در محیط‌هایی که دسترسی به انرژی محدود است یا نیاز به تجهیزات بدون برق وجود دارد، بسیار مفید است.
- قابلیت استفاده در سیستم‌های مختلف سیالاتی: این ابزار در سیستم‌های تهویه، توربین‌ها، لوله‌کشی‌های صنعتی، و مکان‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری سرعت در کانال‌های آب و هوا است، کاربرد دارد.
- کاربرد در شرایط متنوع: پیتوت تیوب می‌تواند در شرایط مختلف محیطی مانند فشارهای متفاوت، دماهای مختلف و جریان‌های متغیر استفاده شود.
- کاربرد در هوانوردی: در هواپیماها، پیتوت تیوب به‌طور گسترده‌ای برای اندازه‌گیری سرعت هوا (airspeed) استفاده می‌شود که برای ایمنی هواپیما و جلوگیری از مشکلات ناشی از سرعت‌های غیرطبیعی اهمیت دارد.
- آسانی در کالیبراسیون: پیتوت تیوب به راحتی کالیبره می‌شود و نیاز به نگهداری پیچیده‌ای ندارد، که این امر استفاده از آن را در طول زمان آسان می‌کند.
معایب لوله پیتوت:
اگرچه پیتوت تیوب ابزاری مفید برای اندازه‌گیری سرعت جریان سیالات است، اما مانند هر ابزار دیگری، دارای معایب و محدودیت‌هایی است که ممکن است در برخی شرایط عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد. در اینجا به برخی از مهم‌ترین معایب آن اشاره می‌کنیم:
- حساسیت به زاویه جریان
پیتوت تیوب به زاویه ورود جریان بسیار حساس است. اگر لوله پیتوت به درستی در جهت جریان سیال قرار نگیرد یا زاویه آن تغییر کند، دقت اندازه‌گیری‌ها کاهش می‌یابد. این مشکل به‌ویژه در جریان‌های پیچیده یا متغیر بیشتر مشهود است.
- نیاز به جریان یکنواخت
برای اندازه‌گیری دقیق، پیتوت تیوب به جریان ثابت و یکنواخت نیاز دارد. در جریان‌های آشفته یا در مناطقی که سیال نوسانات زیادی دارد، ممکن است اندازه‌گیری‌ها نادرست و غیرقابل اعتماد شوند.
- عدم توانایی در اندازه‌گیری سرعت‌های بسیار بالا
در سرعت‌های بسیار بالا (مثل جریان‌های سریع در هوا یا آب)، پیتوت تیوب ممکن است نتواند اندازه‌گیری دقیقی ارائه دهد. در این حالت، اختلاف فشار بین فشار استاتیک و دینامیکی ممکن است خیلی زیاد شود و دقت اندازه‌گیری کاهش یابد.
- دقت پایین در جریان‌های چرخشی
اگر جریان سیال دارای چرخش یا توربولانس باشد (یعنی حرکت‌های پیچیده و چرخشی در سیال وجود داشته باشد)، پیتوت تیوب قادر به اندازه‌گیری دقیق نخواهد بود. این مشکل به‌ویژه در سیستم‌های پیچیده و غیرخطی بیشتر دیده می‌شود.
- حساسیت به فشار و دمای محیط
پیتوت تیوب تحت تأثیر شرایط محیطی مانند فشار و دما قرار می‌گیرد. تغییرات در این عوامل می‌توانند بر دقت اندازه‌گیری‌ها تأثیر بگذارند، به‌ویژه در کاربردهایی مانند هوانوردی که شرایط محیطی می‌تواند تغییرات قابل توجهی ایجاد کند.
- نیاز به تمیزکاری و نگهداری
اگر پیتوت تیوب در محیط‌های آلوده یا دارای رسوبات قرار گیرد، احتمال گرفتگی لوله وجود دارد. این مسئله می‌تواند دقت اندازه‌گیری‌ها را کاهش دهد و نیاز به تمیزکاری و نگهداری منظم داشته باشد.
- عدم اندازه‌گیری در جریان‌های غیرمستقیم
پیتوت تیوب نمی‌تواند در جریان‌های غیرمستقیم یا در مناطقی که جریان به‌طور قابل توجهی تغییر جهت می‌دهد (مثل لوله‌های خمیده یا مکان‌هایی با تغییرات ناگهانی سرعت جریان) استفاده شود.
- محدودیت در انده‌گیری سرعت در لایه‌های مختلف سیال
پیتوت تیوب فقط قادر به اندازه‌گیری سرعت در یک نقطه خاص از جریان سیال است و نمی‌تواند تغییرات سرعت در نقاط مختلف جریان (مثل لایه‌های مختلف سیال) را اندازه‌گیری کند. این محدودیت می‌تواند در برخی کاربردها که نیاز به تحلیل دقیق‌تری از جریان سیال دارند، مشکل‌ساز شود.
