Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Пито—Прандтля трубка относится к пневмометрическим приборам для произведения измерения размера и ориентированности скорости, для определения расхода газа и жидкости в результате измерения давления в потоке. Создана в 1732 г. французским ученым А. Пито, затем была модернизирована Л. Прандтлем.

Комбинированная трубка Пито– Прандтля является трубкой цилиндрической формы с осью вдоль потока, носик которой имеет полусферический вид. Критическая точка определяется как центральное отверстие на полусфере, полное давление определяется сквозь критическую точку. Также в приборе есть ряд отверстий или одно отверстие, которое находится на боковой поверхности трубки. Они расположены на расстоянии нескольких диаметров трубки относительно носика, предназначены для определения статического давления. Геометрическая форма трубки, отверстий, расстояние между отверстиями и носиком трубки задаются таким образом, чтобы давление в боковых отверстиях было приближено к статическому давлению в рассматриваемой точке потока. Вводится поправочный коэффициент, который способен учитывать малую погрешность давлений, коэффициент находится при помощи тарировки. Плотность несжимаемой жидкости может рассматриваться по уравнению Клапейрона, скорость потока – по уравнению Бернулли. Для нахождения скоростей более 50 м/с обязательно учитывается сжимаемость воздуха.

Трубка Пито—Прандтля используется для измерения скоростей течения воды в трубах, каналах, реках, измерения скоростей воздушных потоков, относительных скоростей перемещения водных судов и летательных аппаратов, для определения скорости и числа Маха в сверхзвуковом потоке. Для измерения скорости потока было разработано большое количество вариантов трубки Пито—Прандтля.

Плотномер – измерительный прибор, служащий для измерения плотности газов, жидкостей, твердых веществ. Для выбора соответствующего плотномера рассматриваются основные метрологические, а также эксплуатационные характеристики, к ним относятся: точность, воспроизводимость, пределы измерения, их погрешности и диапазон, температуры действия и давления, определение взаимодействия конструкционных материалов и исследуемых веществ. Стандартной температурой считается 0 °C, такая температура позволяет произвести измерения при помощи плотномера. Относительная плотность разнообразных веществ при этой температуре позволяет составлять таблицы (или номограммы), которые заносятся в справочную литературу и принимаются как основа исследований.

Для жидкостей используются автоматические и ручные плотномеры, которые подразделяются по принципу действия: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.

Поплавковые, или ареометрические, плотномеры разработаны на основе закона Архимеда, по которому масса жидкости, вытесненная плавающим аэрометром, равна его массе, такие приборы имеют погрешность 0,2—2% от диапазона показаний плотности, охватываемого шкалой прибора. Массовые плотномеры созданы на принципе постоянного взвешивания определенных объемов жидкости, погрешность прибора составляет 0,5—1%. Гидростатические плотномеры позволяют измерять давление столба жидкости неизменной высоты, погрешность соответствует 4%. Радиоизотопные плотномеры работают на принципе нахождения ослабления пучка γ-излучения, полученного при его поглощении или рассеянии слоем жидкости. Погрешность этого прибора составляет примерно 2%. Вибрационный плотномер разработан на принципе зависимости резонансной частоты колебаний, которые возбуждаются в жидкости, относительно ее плотности, погрешность прибора составляют (1—2) × 10 -4г/см 3. Ультразвуковые плотномеры созданы на основе зависимости скорости звука в среде относительно плотности среды, погрешность этих приборов – в пределах 5%.

Лабораторные плотномеры используются в качестве ручного периодического измерения относительной плотности веществ, в основном это аэрометры, пикнометры и гидростатические весы. Ареометры подразделяются на приборы постоянной массы, которые применяются в большинстве случаев, и постоянного объема. Ареометры постоянной массы состоят из шкалы плотности, балласта или дроби, связующей массы, встроенного термометра. Ареометры постоянного объема имеют: балласт или дробь, связующую массу, тарелку для гирь, метку. Денсиметры являются ареометрами постоянной массы, шкала градуируется в единицах плотности. Также к этому типу плотномеров относятся приборы, определяющие концентрацию растворов, для них шкала градуируется в процентах по объему или по массе. Эти приборы называются лактометрами (они измеряют жирность молока), спиртомерами (определяют содержание спирта в воде), сахарометрами (позволяют определять содержание сахара в сиропах) и т. д. Плотность постоянного объема измеряется при помощи изменения массы поплавка при достижении определенной метки в результате погружения поплавка. Также этот тип ареометра позволяет определить плотность твердых тел.

Плотномеры, используемые для гидростатического взвешивания, разработаны на принципе закона Архимеда и определяют плотность жидкостей и твердых тел. Для измерения плотности жидкости применяется какое-либо тело с определенной массой и объемом (в основном стеклянный поплавок, который взвешивается в этой жидкости). Для измерения плотности твердого тела необходимо произвести его двукратное взвешивание, которое осуществляется сначала в воздухе, это взвешивание позволяет определить массу тела. Далее взвешивание осуществляется в жидкости, плотность которой известна, поэтому для этих целей в основном используется дистиллированная вода. Разница, найденная из результатов обоих взвешиваний, определяет объем твердого тела. Гидростатическое взвешивание на технических, аналитических, образцовых весах дает разную степень точности. Массовые измерения, как правило, осуществляются на быстродействующих весах, но менее точных, к ним относятся весы Мора, весы Вестфаля, также используется их комбинация.

Конструкция гидростатических весов Мора—Вестфаля включает в себя неравноплечное коромысло, шкалу в виде поперечных надрезов для гирь и шкалу для указателя равновесия, неподвижного противовеса, стеклянного поплавка, гирь-рейтеров, сосуда с жидкостью, термометра, двойной чашки для помещения твердых тел, где верхняя сплошная, а нижняя оснащена отверстием и используется для погружения в воду.

Технологические плотномеры являются измерительными приборами автоматического типа, применяются для беспрерывного определения и регулирования плотности веществ, которые находятся в процессе своего производства или переработки. Устанавливаются эти приборы в контрольных точках технологических линий и на аппаратах промышленных установок. Такие типы плотномеров разрабатываются в виде датчиков, вторичных приборов, блоков подготовки пробы и т. д.