Pitot-putki

Pitot-putki on mittalaite, jolla mitataan virtauksen paikallista nopeutta paine-eron avulla. Mittaustilanteessa putki asetetaan kohtisuoraan virtausta vasten. Sen keksi Henri Pitot (1695–1771), joka mittasi Seine-joen virtausnopeutta taivutetun lasiputken avulla. Etenkin lentokoneissa, pitot-putket ovat tärkeässä roolissa, koska ne mittaavat koneen ilmanopeutta. Sääolot ja korkea lentokorkeus saattavat johtaa pitot-putkien jäätymiseen, joka aiheuttaa sen, että ilmanopeutta ei voida enää mitata ja järjestelmä antaa väärän nopeuden. Tämä voi johtaa väärinkäsityksiin ohjaamossa. Tämän vuoksi pitot-putkea lämmitetään lennon aikana.

Yleensä lentokoneen siiven alle sijoitettu pitot-putki.

Nopeuden määritys putken avulla

Virtauksen voima nostaa pintaa h nopeutta v vastaavalla määrällä

Pakistanin ilmavoimien mekaanikko tarkastelee F-16-hävittäjän Pitot-putkea

Stagnaatiopaine $\scriptstyle p_{0}$ on staattisen paineen $\scriptstyle p_{s}$ ja dynaamisen paineen $\scriptstyle p_{d}$ summa. Stagnaatiopaine mitataan pitot-putken aukon kohdalta, jossa siis on virtauksen stagnaatiopiste. Staattinen paine sen sijaan on häiriötön paine, joka mitataan sellaisesta kohdasta virtausta, jossa ei ole pitot-putkea tai muita esteitä.

Mikäli virtaus on puristumatonta (Machin luku on pieni), niin voidaan käyttää Bernoullin yhtälöä. Eli tarkastellaan virtauksen tietyn virtaviivan kahta eri kohtaa: stagnaatio- ja staattisen paineen mittauspistettä, jotka ovat kummatkin samalla korkeudella ($\scriptstyle z_{s}=z_{0}$)

$p_{s}+{\frac {1}{2}}\rho v_{s}^{2}+\rho gz_{s}\approx p_{0}+{\frac {1}{2}}\rho v_{0}^{2}+\rho gz_{0}$.

Koska stagnaatiopisteessä nopeus $\scriptstyle v_{0}$ on nolla ja mittauspisteiden korkeudet samat, niin saadaan yhtälö supistettua muotoon

${\frac {1}{2}}\rho v_{s}^{2}=p_{0}-p_{s}$.

Paine-ero on $\scriptstyle p_{0}-p_{s}=p_{d}$, nyt yhtälöstä saadaan nopeus:

$v={\sqrt {\frac {2p_{d}}{\rho }}}$
missä $v$ on nopeus [m/s],
$\rho$ on ilman tiheys [kg/m³] (se on suuruusluokkaa 1,2 kg/m³, mutta riippuu lämpötilasta ja ilmanpaineesta),
$p_{d}$ on dynaaminen paine,
$p_{0}$ on stagnaatiopaine ja
$p_{s}$ on staattinen paine.

Yllä olevan Pitot'n kaavan loi Henri Pitot vuonna 1732.

Käyttö

Pitot-putkea käytetään lentokoneissa, tuulitunneleissa, mittalaitteissa, tilavuus- ja massavirtamittauksissa kuten ilmanvaihtokanavan ilmamäärämittauksessa.