KR20200019238A - 피토 튜브 기구 - Google Patents

피토 튜브 기구 Download PDF

Info

Publication number
KR20200019238A
KR20200019238A KR1020207002481A KR20207002481A KR20200019238A KR 20200019238 A KR20200019238 A KR 20200019238A KR 1020207002481 A KR1020207002481 A KR 1020207002481A KR 20207002481 A KR20207002481 A KR 20207002481A KR 20200019238 A KR20200019238 A KR 20200019238A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure
port
directional
pitot
axis
Prior art date
Application number
KR1020207002481A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102617437B1 (ko
Inventor
로버트 오스틴 모스
시레이 마
Original Assignee
드와이어 인스투르먼쓰 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 드와이어 인스투르먼쓰 인코포레이티드 filed Critical 드와이어 인스투르먼쓰 인코포레이티드
Publication of KR20200019238A publication Critical patent/KR20200019238A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102617437B1 publication Critical patent/KR102617437B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
    • G01P5/165—Arrangements or constructions of Pitot tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/46—Pitot tubes

Abstract

기류에서 압력을 측정하기 위한 장치는 피토 튜브(pitot tube)을 포함한다. 상기 피토 튜브는 상류를 향하는 기류에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 전체 압력 포트, 하류를 향하는 기류에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 정압 포트, 적어도 하나의 제1 방향 포트, 및 적어도 하나의 제2 방향 포트를 포함한다. 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트는 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 반대쪽에 위치되고 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트가 향하는 방향에 대해 비스듬하게 대면한다.

Description

피토 튜브 기구
관련출원
본 출원은 2017년 6월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/524,687호의 이익을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
기술 분야
본 발명은 공기 흐름(air flow)을 계측하기 위해 덕트 내 공기의 정압을 측정하기 위한 피토 튜브(Pitot tube) 기구에 관한 것이다.
에어컨, 난방 및 환기 작업을 함에 있어서는, 공기 속도의 측정에 사용되는 기술을 이해하는 것이 유용하다. 이 분야에서, 공기 속도(단위 시간당 이동 거리)는 통상적으로, 분당 피트(FPM, feet per minute)로 표시된다. 덕트의 단면적에 공기 속도를 곱하면, 단위 시간당 덕트의 한 지점을 지나 흐르는 공기의 부피를 알 수 있다. 체적 유량은 통상적으로, 분당 입방 피트(CFM, cubic feet per minute)의 단위로 측정된다. 이러한 체적 측정값을 종종 엔지니어링 핸드북 또는 디자인 정보와 함께 사용하면 공기 흐름 시스템의 성능이 적당한지 부적당한지를 밝혀낼 수 있다.
팬 또는 송풍기가 공기를 움직이는데 일반적으로 사용된다. 이것들은 스크류 프로펠러 또는 패들 휠 동작으로 공기에 움직임과 압력을 가하여 작동한다. 상기 팬의 날이 일으키는 힘이나 압력이 상기 공기를 움직이게 할 때, 상기 움직이는 공기는 그것의 무게와 관성으로 인해 움직이는 방향으로 힘 또는 압력 성분을 얻는다. 이 힘을 동압(velocity pressure)이라고 한다. 이것은 물기둥(w.c., water column) 또는 수위계(w.g., water gage)의 인치(inch) 단위로 측정된다. 덕트 시스템을 작동하는 중에는, 제2 압력이 항상 존재한다. 이는 공기 속도 또는 움직임과 무관하다. 정압으로 알려진 상기 제2 압력은 모든 방향에서 동일하게 작용한다. 에어컨 작업에서, 이 압력 또한 물기둥의 인치 단위로 측정된다.
압력 또는 공급 시스템에서, 정압(static pressure)은 상기 팬의 배기구 쪽에서 양의 값을 가질 것이다. 배기 시스템에서, 음의 정압은 상기 팬의 흡기구 쪽에 존재한다. 팬이 덕트 시스템에서 흡기구와 배기구 사이의 중간쯤에 설치되면, 상기 팬의 흡기구에서는 음의 정압을 가지고 배기구에서는 양의 정압을 가지는 것이 일반적이다.
전체 압력(total pressure)은 정압과 동압의 조합이고, 동일한 단위로 나타낸다. 전체 압력은 사용하기에 중요하고 유용한 개념이며, 그 이유는 전체 압력은 결정하기가 쉽고, 동압은 직접적으로 측정하는 것은 쉽지 않지만, 전체 압력에서 정압을 뺌으로써 쉽게 결정될 수 있기 때문이다. 이러한 뺄셈은 수학적으로 수행할 필요는 없다. 상기 기구의 계측기를 통해 자동적으로 수행될 수 있다.
대부분의 산업 및 과학 응용분야에서, 오직 공기 측정만 필요한 경우는 정압, 전체 압력, 및 온도와 같은 것들이다. 이 측정들로, 공기 속도 및 체적 유량이 계산될 수 있다. 이 측정들을 상업용 또는 산업용 덕트 작업에 이용하기 위하여, 상기 덕트 벽에 하나 이상의 정압 탭(tap)을 장착할 수 있다. 상기 압력 탭은 상기 덕트에서 공기 흐름 방향에 수직으로 상기 덕트 벽을 통해 연장되고, 압력 감지 장치를 부착할 수 있게 해준다.
흐름이 실질적으로 균일하고 잘 발달된 덕트의 경우, 상기 탭 또는 압력 센서의 개구부가 상기 덕트의 벽과 같은 높이에 있을 수 있다. 흐름이 불균일 및/또는 난류인 곳에서의 덕트의 경우, 압력을 감지하는 것은 그렇게 간단하지 않다. 이러한 경우는 예를 들어, 상업용 또는 산업용 덕트에서 산업용 공기 필터 및 냉매 코일을 가로질러 정압을 감지하는 경우일 수 있는데, 이 경우, 이들의 구조가 이들을 지나는 공기 흐름을 방해하기 때문에, 다른 덕트로부터 분리된 HVAC가 발생하는 곳인 T-접합 영역에서도 흐름이 중단될 수 있다. 상기 공기 스트림의 중단은 상기 덕트 벽 근처에서 움직이는 공기의 충돌, 흡인, 또는 불균일한 분배의 위험을 증가시킨다. 이를 고려하여, 산업용 공기 필터 및 냉매 코일을 가로지르는 정압을 측정할 때, 정압 팁(tip)을 사용하는 것이 이상적이다.
정압 팁은 정압 탭을 통하여 상기 덕트 안으로 삽입될 수 있는 튜브형 프로브(probe) 기구이다. 상기 정압 팁은 상기 공기 흐름 방향에 수직으로 상기 덕트 안으로 연장되고, 상기 덕트 벽으로부터 멀리, 예를 들어 중앙으로 떨어져 위치될 수 있다. 상기 정압 팁은 끝 부분이 90도 구부러져 있고, 이는 상기 팁이 상기 공기흐름 안으로 직선으로 향하는 위치이다. 정압은 상기 프로브 팁 부근의 튜브형 측벽을 관통하여 방사상으로 뚫린 구명을 통해 감지된다. 따라서, 상기 공기흐름 방향에 수직인 상기 덕트 벽과 같은 높이에 있는 개구부를 통해 정압을 측정하는 대신에, 정압은 상기 공기 흐름 방향에 수직인 상기 프로브의 측벽과 같은 높이에 있는 개구부를 통해 측정된다.
정압을 감지할 때, 공기 움직임의 영향을 제거하는 것이 바람직하다. 공기 움직임의 영향을 제거하는 것은 동압을 완전하고 정확하게 결정하는 것을 요구한다. 이는 보통 상기 공기 스트림 안으로 직선으로 향하는 충격 튜브로 수행된다. 이런 유형의 센서는 주로 "전체 압력 픽-업(total pressure pick-up)"으로 불리고, 이는 이 센서가 정압과 동압 모두의 영향을 받기 때문이다. 따라서, 동압을 측정하는 것은 일반적으로 전체 압력 픽-업을 측정하는 것 및 정압의 영향을 보상 또는 상쇄시키는 것과 관련있다. 이는 차압 압력계에 정압 감지 장치와 전체 압력 감지 장치를 가로질러 연결함으로써 수행될 수 있다. 상기 정압은 압력계의 양쪽에 적용되기 때문에, 그 효과가 상쇄되고 상기 압력계는 동압만을 나타낸다. 동압을 실제 속도로 변환하기 위하여 수학적 계산, 차트나 그래프 참조, 또는 속도를 직접 표시하기 위한 압력계의 사전 캘리브레이션이 필요하다.
실제로, 이런 유형의 측정법은 일반적으로 하나의 장치에서 정압 및 전체 압력 측정 모두를 통합한 피토 튜브로 이루어진다. 기본적으로, 피토 튜브는 직경이 약간 더 큰 제2 튜브 내부에 동심으로 고정된 충격 튜브(전체 압력을 입력받는)로 구성되고, 제2 튜브는 상기 팁 주변의 방사형 감지 홀로부터 정압을 입력받는다. 상기 내부 및 외부 튜브 사이의 공기가 있는 공간은 상기 피토 튜브의 반대쪽 끝에서 압력이 상기 감지 홀에서 상기 정압 연결까지 이동하게 하고, 그 후 연결 튜브를 통해 압력계의 저압 또는 부압 쪽으로 전달한다. 상기 전체 압력 튜브가 상기 압력계의 고압 쪽에 연결되면, 동압이 직접 표시된다.
정확한 동압 판독 값을 보장하려면, 상기 피토 튜브 팁이 상기 공기 흐름(과 평행하게) 안으로 직접 향하게 해야 한다. 상기 피토 튜브 팁이 상기 정압 배출 튜브와 평행하기 때문에, 뒤에 있는 것은 상기 팁을 적절하게 정렬하기 위한 포인터로 사용될 수 있다. 상기 피토 튜브가 정확하게 정렬되면, 상기 압력 표시가 최대가 될 것이다. 잘 발달된 흐름을 유지하기 위해, 상기 피토 튜브는 L자 모양, 구부러진 곳 또는 다른 순환을 일으키는 장애물들로부터 적어도 8.5 덕트 직경의 하류에 삽입되어야 한다. 다시 말해, 측정 값은 상기 덕트 직경의 8.5배와 같거나 더 큰 하류의 거리를 측정해야 한다. 또한, 가장 정확한 측정을 위해, 직선의 풍향계가 상기 피토 튜브로부터 5 덕트 직경의 상류에 위치해야 한다.
모든 실제 상황은 아니지만 대부분의 경우, 상기 공기 흐름의 속도는 덕트의 단면에 걸쳐 균일하지 않다. 마찰은 상기 벽 부근에서의 공기 움직임이 느려지게 하므로, 상기 속도는 상기 덕트의 중앙에서 가장 크다. 상기 4”직경 이상의 덕트에서 평균 총 속도를 얻기 위해, 일련의 동압 측정값이 동일 영역의 지점에서 얻어져야 한다. 상기 덕트 단면에 걸친 측정 지점의 일정한 패턴이 권장된다. 이를 이송 판독값(traverse reading)이라 한다.
원형 덕트의 경우, 동압 측정값은 두 직경에 대해 동일한 원의 중심 영역에서 얻어져야 한다. 적어도 20회 판독해야 한다. 직사각형 덕트의 경우, 최소 16 및 최대 64의 측정값을 동일한 직사각형 영역의 중심에서 얻는다. 각 영역에 대한 실제 속도는 개별적인 동압 측정값으로부터 계산된다. 이는 상기 측정값과 속도가 오류 또는 불일치가 있는지 판별할 수 있게 한다. 상기 속도들은 이 후 평균을 내고 알려진 관행에 따라 흐름을 결정하는데 사용된다.
최대의 정확도를 위해, 이송 압력 판독값을 측정할 때에 다음의 주의 사항을 준수할 것을 권장한다:
ㆍ상기 덕트 직경은 상기 피토 튜브 직경의 적어도 30배이어야 한다.
ㆍ상기 피토 튜브는 덕트 부분 안에 위치해야 하고, 상기 덕트 부분은 상기 피토 튜브의 상류는 8.5 이상의 덕트 직경 및 상기 덕트 튜브의 하류는 1-1/2 이상의 덕트 직경을 제공하고, 피토 튜브는 L자형 부분, 크기 변형, 또는 장애물이 없어야 한다.
ㆍ달걀 상자형 유량 교정기는 피토 튜브 상류의 5 덕트 직경에 위치해야한다.
ㆍ기술자는 완벽하고 정확한 이송을 수행해야 한다.
ㆍ소형 덕트, 또는 이송이 불가능한 곳에서, ±5%의 정확도는 덕트의 중앙에 있는 피토 튜브에 의해 달성될 수 있다. 이 측정값으로 결정된 상기 공기 속도는 그 후 대략적인 평균을 위해 0.9를 곱할 수 있다.
피토 튜브와 함께 사용하기 위한 압력계는 두 가지 계량 유형에서 선택된다. 어떤 것은 공기 속도 측정을 위해 특별히 만들어진 것이고 분당 피트로 곧바로 보정된다. 이 보정은 표준 공기 조건, 예를 들어, 70℉, 29.92 인치 Hg 기압의 건조 공기에서 ft3 당 .075lb의 공기 밀도의 공기 조건에 맞는 값이다. 표준 공기 조건 이외의 속도 측정값을 보정하기 위해서는, 실제 공기 밀도를 알아야 한다. 이는 상대 습도, 온도, 및 기압이 알려져 있으면 계산될 수 있다. 대부분의 압력계 눈금은 물의 인치(inches of water)로 보정된다. 그런 기구로부터 얻은 측정값을 이용하여, 상기 공기 속도는 다음 기본 공식을 이용해 계산될 수 있다.
[식 1]
Figure pct00001
v = 분당 피트 속도;
hv = 물의 인치의 동압; 및
d = 입방 피트당 파운드 단위의 공기 밀도
건조 공기 밀도를 결정하기 위해, 다음 공식을 이용한다.
[식 2]
Figure pct00002
d = 입방 피트당 파운드의 공기 밀도;
PB = 수은 인치의 기압(또는 절대) 정압; 및 T = 절대 온도(℉+460°로 표시된 온도)
수은 29.9인치에서의 건조 공기에서, 풍속은 HVAC 공학 핸드북에 있는 표준 곡선으로부터 직접 측정될 수 있다. 부분적으로 또는 완전히 포화된 공기의 경우, 교정이 더 필요하다. 이는 특정 포화 수준의 공기에 대해, 직접적이거나 보간(interpolation)을 통해 표준 곡선을 이용하여 수행될 수 있다. 시간을 절약하기 위해 다양한 도구, 물리적, 슬라이드 자형의 장치 또는 컴퓨터 계산기(예를 들어, 스마트폰 앱) 같은 것들이 이용될 수 있다.
상기 평균 풍속이 알려지면, 분당 입방 피트의 공기 유속은 다음 식을 사용하여 쉽게 계산된다:
[식 3]
Figure pct00003
Q = 분당 입방 피트의 유량
A - 평방 피트의 덕트 단면적; 및
V = 분당 피트의 평균 속도.
공기 필터, 냉각 및 콘덴서 코일 및 이와 유사한 장비의 제조업자는 종종 대략적인 공기 흐름을 계산할 수 있는 데이터를 게시한다. 유속의 제곱에 비례하여 압력 강하를 발생시키는 것이 이들 장비의 특징이다. 제조업자들은 공기 흐름과 저항에 대한 곡선을 제공한다. 예를 들어, 이 깨끗한 공기 필터에 대한 곡선은 w.c.에서 .50의 압력 강하에 대해 2,000 c.f.m.의 공기 흐름을 가리킨다.
추가적으로 또는 대안적으로, 필터에 대한 제조업자들의 설명서에 따라, 유량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 설명서는 주어진 유량 Q (ft3/min)가 주어진 차등 "h" 인치 w.c,)에서 발생한다고 명시할 수 있으며 다른 차등에서의 유량은 다음 식을 이용하여 결정될 수 있다:
[식 4]
Figure pct00004
Q = 분당 입방 피트에서 주어진 흐름;
Qn = 분당 입방 피트에서 다른 흐름;
h = w.c. 인치에서 주어진 차이(주어진 흐름에 해당); 및
hn = 다른 유동 조건에 대한 물기둥 인치의 차이.
위의 내용들은 정확한 덕트 기류 측정이 보장되는 것을 돕기 위하여 이송 압력 판독값을 얻기 위한 현재의 이상적인 사례 중 일부를 나타낸다. 종종, 아예 없는 것보다는 자주, 기술자에 의해 덕트에 접근하는 것이 제한되고, 이는 최적의 위치에서 이송 판독값을 얻는 데 있어 기술자를 방해할 수 있다. 많은 경우, 이들 장소는 상기 공기 흐름이 완전히 발달되는데 충분한 공간을 제공하지 못하고, 이는 정확한 이송 판독을 방해할 수 있다. 예를 들어, 일부 시나리오에서, 덕트에 대한 제한된 접근은 기술자가 덕트의 "T형"근처에서 상기 이송 판독을 수행이 어렵게 할 수 있고, 따라서 분리 영역이 존재할 수 있다. 이들 영역에서, 재순환 및 역류가 발생할 수 있다.
이 때문에, 많은 경우에, 이송(traverse)은 HVAC 시스템에서 공기 흐름을 결정하는데 적합하지 않고, 이는 짧은 발생 및 그 안에서 발생하는 재순환과 역류 특성 때문이다. 시험은 이송 판독값을 통해 얻은 정확한 흐름 측정이 T형 접합 하류의 7.5 직경을 넘는 거리, 예를 들어, 적어도 8.5 직경에서 얻어질 때까지는 발생하지 않는다는 것을 증명해왔다. 예를 들어, 12 인치 지금의 덕트에서, 상기 이송 판독은 정확한 측정을 위해 T형 접합에서 적어도 8.5 직경, 또는 8.5 피트에서 얻어져야한다. 많은 경우에, 건물 구조는 상기 측정값은 상기 접합에 거의 근접할 때만 얻어지기 때문에, 측정이 불가능하다.
발명의 개요
본 발명은 전체 압력 포트(들) 및 정압 포트(들)를 포함하고 이에 상기 전체 압력 포트의 반대 측에 흐름 방향 검출 포트를 추가한 직선형 피토 튜브(Pitot tube)에 관한 것이다. 상기 방향 검출 포트 사이의 각도는 예를 들어, 상기 전체 압력 포트로부터 45도, (전체 90도) 상기 전체 압력 포트로부터 60도 (전체 120도), 60과 90 사이의 각도 등 일 수 있다. 상기 이송 측정(traversal measurement)을 수행하는 경우, 크기 차압 (DP, differential pressure)은 상기 전체 압력 및 전체 압력 포트를 통해 기록되고, 방향 DP는 상기 방향 검출 포트를 통해 기록된다. 공지된 흐름을 측정하여 얻어진 피토 튜브에 대한 캘리브레이션 데이터에 기초한 3-D 맵핑 기술을 이용하여, 각도 흐름 성분은 상쇄되고, 종 방향 덕트 축에 평행한 방향의 기류의 속도는 더 정확하게 결정된다. 이 속도는 덕트에서 기류를 더 정확하게 측정하는데 사용될 수 있다.
일 양태에 따르면, 기류에서 압력을 측정하기 위한 장치는 피토 튜브를 포함한다. 상기 피토 튜브는 상류를 향하는 기류에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 전체 압력 포트, 하류를 향하는 기류에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 정압 포트, 적어도 하나의 제1 방향 포트, 및 적어도 하나의 제2 방향 포트를 포함한다. 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트는 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 반대 측에 위치하고, 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트가 향하는 방향에 대해 비스듬하게 향한다.
다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 피토 튜브는 종 방향의 피토 축을 따라 연장될 수 있다. 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트, 상기 적어도 하나의 정압 포트, 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트, 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트 각각은 상기 피토 튜브로부터 방사상으로 연장되는 축의 각각을 따라 연장될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트를 따라 연장되는 축 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트를 따라 연장되는 축은 서로 임의의 각도를 이룬다. 상기 각도는 90과 120도 사이일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축은 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트의 축과 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트의 연장 축이 이루는 상기 각도를 이등분할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축, 상기 적어도 하나의 정압 포트의 축, 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트의 축, 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트의 축은 상기 피토 튜브에 수직으로 연장될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 제1 방향 검출 포트의 축 및 상기 제2 방향 검출 포트의 축은 동일 평면에 있을 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축 및 상기 적어도 하나의 정압 포트의 축은 서로에 대해 180도 반대 방향으로 연장된다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 피토 튜브는 연장된 원통형 피토 본체 및 상기 피토 본체의 일단을 종결시키는 피토 머리를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트, 상기 적어도 하나의 정압 포트, 및 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 방향 포트는 상기 피토 본체 안으로 연장될 수 있다. 전체 압력 도관은 상기 피토 본체를 통과하여 연장될 수 있고 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트에 유동적으로 연결될 수 있다. 정압 도관은 상기 피토 본체를 통과하여 연장될 수 있고 상기 적어도 하나의 정압 포트에 유동적으로 연결될 수 있다. 제1 방향 압력 도관은 상기 피토 본체를 통과하여 연장될 수 있고 상기 적어고 하나의 제1 방향 포트에 유동적으로 연결될 수 있다. 제2 방향 압력 도관은 상기 피토 본체를 통과하여 연장될 수 있고 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트에 유동적으로 연결될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 본 장치는 또한 상기 피토 튜브에 연결되어 작동하게 하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있다. 상기 컨트롤 유닛은 상기 전체 압력 도관에서는 전체 압력을, 상기 정압 도관에서는 정압을, 상기 제1 방향 도관에서는 제1 방향 압력을, 및 상기 제2 방향 도관에서는 제2 방향 압력을 독립적으로 측정하도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 컨트롤 유닛은 상기 제1 및 제2 방향 도관 사이의 압력 차이인 방향 DP를 측정하고, 상기 전체 압력 도관과 상기 정압 도관 사이의 압력 차이인 크기 DP를 측정하도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 컨트롤 유닛은 상기 피토 튜브에 대한 하나 이상의 캘리브레이션 표가 포함되도록 구성될 수 있다. 상기 캘리브레이션 표는 상기 피토 튜브의 복수의 회전 각도 및 흐름 테스트 벤치에서 다수의 알려진 흐름 속도에 대하여 크기 DP와 방향 DP를 측정하고 저장하여 채워질 수 있으며, 흐름 테스트 벤치에서 상기 흐름은 실질적으로 균일하고, 층을 이루고, 또한 일정하다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 컨트롤 유닛은 상기 덕트 안에서 얻어진 크기 DP와 방향 DP의 측정값을 이용하여 하나 이상의 캘리브레이션 표로부터 덕트 안에서 기류 속도를 도출하도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 임의의 다른 양태와 조합하여, 상기 컨트롤 유닛은 하나 이상의 캘리브레이션 표에서 한 지점을 결정하도록 구성될 수 있고, A) 상기 저장된 크기 DP는 상기 측정된 크기 DP와 같고, B) 상기 저장된 방향 DP는 상기 측정된 방향 DP와 같고, C) 상기 저장된 속도는 상기 저장된 크기 DP와 저장된 방향 DP가 같은 것과 관련있고, 또한 D) 상기 저장된 각도는 상기 저장된 크기 DP와 저장된 방향 DP가 같은 것과 관련있다. 상기 컨트롤 유닛은 C)에서 결정된 상기 저장된 속도가 상기 피토 튜브로 측정된 상기 기류 속도 성분, 상기 덕트에 대한 축을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시예의 구성에 따른 피토 튜브(Pitot tube)을 도시한 정면도이다.
도 2는 상기 피토 튜브의 배면도이다.
도 3은 도 1에서 선 3-3에 의해 얻어진 상기 피토 튜브의 단면도이다.
도 4는 도 1에서 선 4-4에 의해 얻어진 상기 피토 튜브의 단면도이다.
도 5는 상기 피토 튜브로 측정된 특정 값을 비교한 그래프이다.
도 6A 및 6B는 상기 피토 튜브로 얻어진 데이터 사이의 관계를 도시하는 3차원 데이터를 도시한다.
도 7은 상기 피토 튜브의 다른 구성으로 얻어진 데이터에서의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 8은 상기 피토 튜브를 이용하여 기류를 결정하기 위해 사용된 결합된 3차원 데이터를 도시한다.
도 1 내지 4는 덕트에서 흐르는 기체의 압력을 측정하기 위한 시스템 또는 장치(1)를 도시한다. 상기 시스템/장치(1)는 덕트에서 흐르는 기체의 압력을 얻기 위한 피토 튜브(10, Pitot tube)을 포함한다. 더 구체적으로, 상기 피토 튜브(10)는 특히 HVAC 덕트에서 공기 압력을 측정하는데 매우 적합하다. 상기 시스템/장치(1)의 설명 및 이것의 수행은 HVAC 덕트에서 공기 압력을 측정하기 위해 참조와 함께 여기에 설명되지만, 상기 시스템/장치는 임의의 산업적, 상업적, 또는 주거에 응용되어 덕트를 돌아다니는 다른 기체의 압력을 측정하는데 사용될 수 있다.
HVAC 구현 실시예에서, 상기 피토 튜브(10)을 통해 측정된 상기 압력은 상기 덕트 안에 있는 공기의 속도 및/또는 유량을 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 피토 튜브(10)을 통해 측정된 압력은 전체 압력 및 정압을 포함한다. 본 기술 분야에 공지되고 상기에 논의된 바와 같이, 이들 두 측정된 압력은 동압(velocity pressure)을 결정하는데 사용될 수 있다. 동압은 공지된 관행 및 방법에 따라 상기 덕트 안의 기류의 속도 및 상기 덕트 안의 기체의 유량을 계산하는데 사용될 수 있다.
동압은 상기 전체 압력에서 상기 정압을 뺀 것이다. 유리하게, 상기 피토 튜브(10)는 전체 압력과 정압을 개별적으로 감지하여 둘 사이의 차이를 결정할 수 있도록 구성된다. 이를 수행하기 위하여, 상기 피토 튜브(10)는 적어도 하나의 전체 압력 포트(20)과 적어도 하나의 정압 포트(40)를 포함한다. 예시적인 구성에서, 두 개의 전체 압력 포트(20)와 정압 포트(40)가 있다.
상기 시스템/장치(1)은 또한 컨트롤 유닛(100)을 포함한다. 상기 피토 튜브(10)은 상기 컨트롤 유닛(100)에 연결되도록 구성된다. 상기 컨트롤 유닛(100)(개략적으로 도시된)은 상기 피토 튜브(10)을 통해 획득한 압력을 측정하기 위한 장치(예를 들어, 압력 변환기), 및 상기 얻어진 압력으로부터 속도 및/도는 유량과 같은 측정값을 산출(computing)/계산(calculating)하기 위한 전자기기를 포함한다. 상기 컨트롤 유닛(100)은 예를 들어, 상기 전체 압력 포트(20)를 통해 전체 압력을 측정할 수 있고, 상기 정압 포트(40)를 통해 정압을 측정할 수 있다. 상기 컨트롤 유닛(100)은 측정된 값을 이용하여 값을 계산하도록 구성, 즉 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤 유닛(100)은 상기 동압을 얻기 위하여 상기 측정된 전체 압력으로부터 상기 측정된 전체 압력을 상쇄하도록 구성될 수 있다. 따라서 상기 피토 튜브(10)은, 단일 장치에서, 전체 압력, 정압, 및 동압을 측정하는데 사용될 수 있는 기구를 제공한다.
상기 피토 튜브(10)은 연장된 튜브형의 피토 본체(12)를 포함하고, 피토 본체는 상기 피토 튜브(10) 중앙의 종 방향 피토 축(14)을 따라 연장된다. 상기 피토 튜브(10)은 또한 상기 피토 본체(12)의 제1 단부를 종결하는 피토 머리(16)를 포함한다. 피팅 조립체(80)는 상기 피토 본체(12)의 반대쪽 제 2 단부를 종결한다. 상기 전체 압력 포트(20) 및 정압 포트(40)는 상기 피토 축(14)을 가로지르는 상기 피토 머리(16) 안으로 연장된다. 상기 피토 튜브(10)의 예시적인 구성에서, 상기 포트(20, 40)는 서로 방사상으로 반대 방향, 즉 180도로 상기 피토 축(14)에 수직으로 연장된다.
상기 전체 압력 포트(20)는 상기 흐름 방향, 즉 상류(화살표 F 참조)를 직접 대향하고, 상기 측정되는 기류와 평행하게 위치하도록 구성된다. 상기 정압 포트(40)는 상기 흐름 방향, 하류로부터 직접 멀리 대향하고 상기 측정되는 기류와 평행하게 위치하도록 구성된다. 기체역학을 제공하고 상기 기류로 들어 온 상기 피토 튜브(10)이 상기 기류에 영향을 미치는 정도를 최소화하기 위한 목적으로, 상기 피토 머리(16)는 상기 전체 압력 포트(20)와 상기 정압 포트(40) 안으로 연장하기 위한 좁아진 중앙부(18)를 포함할 수 있다.
상기 전체 압력 포트(20)와 상기 정압 포트(40) 외에도, 상기 피토 튜브(10)은 또한 상기 피토 축(14)을 가로질러 상기 피토 머리(16) 안으로 연장되는 방향 검출 포트(60)을 포함한다. 상기 피토 튜브(10)의 예시적인 구성에서, 상기 방향 검출 포트(60)는 상기 피토 축(14)에 수직으로 연장된다. 상기 방향 검출 포트(60)는 화살표 F의 상기 흐름 방향을 향하지만 직접 향하지는 않는다. 다시 말해서, 상기 방향 검출 포트(60)는 상기 기류의 상류를 향하지만, 직접적으로 상류를 향하지 않는다. 상기 방향 검출 포트(60)는 서로 방사상으로 이격되고 등거리 방식으로 상기 전체 압력 포트(20)에 방사상으로 반대쪽에 위치한다. 상기 방향 검출 포트(60)는 따라서 상기 전체 압력 포트(20)의 방향에 대해 각각 비스듬하게 향한다. 이런 방사형 간격 때문에, 상기 방향 검출 포트(60)는 상기 중앙부(18)에 인접하게 위치한 상기 피토 머리(16)의 원통형 부분(64) 안으로 연장된다.
도 3을 참조하면, 예시적인 구성에서, 상기 포트(20, 40, 및 60) 각각은 그것들 각각이 가지는 중앙 축을 따라 연장된다. 보다 구체적으로, 상기 전체 압력 포트(20)들 각각은 그것의 개별 축(24)을 따라 연장되고, 상기 정압 포트들(40) 각각은 그것의 개별 축(44)을 따라 연장되고, 또한 상기 방향 검출 포트들(60) 각각은 개별적으로 그것의 축(66, 및 68)을 따라 연장된다. 각각의 축들(24, 44, 66, 및 68)은 상기 피토 축(14)에 대해 수직이다. 상기 전체 압력 포트 축(24) 및 상기 정압 포트 축(44)은 서로 180도 반대 방향으로 연장된다. 상기 방향 검출 포트 축(66)은 이는 상기 전체 압력 포트 축(24)에 대해 일반적으로 도 3의 A로 표시된 각도로 연장된다. 상기 방향 검출 포트 축(66)과 축(68)은 동일 평면에 있고, 서로에 대해 일반적으로 도 3의 C에 표시된 각도로 연장된다. 각 A 및 B는 서로 동일하다.
예를 들어, 상기 방향 검출 포트(60)들 각각은 상기 전체 압력 포트(20)로부터 방사상으로 60 내지 90도 사이에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 방향 검출 포트(60)들 각각은 상기 전체 압력 포트(20)로부터 방사상으로 60도, 즉 각 A와 B가 60도이고 각 C는 120도에 위치되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 상기 방향 검출 포트(60)들 각각은 상기 전체 압력 포트(20)로부터 방사상으로 45도, 즉 각 A와 B는 45도이고 각 C는 90도에 위치하도록 구성될 수 있다. 따라서 각 A, B 및 C의 다른 값을 선택할 수 있다.
상기 피토 튜브(10) 내부에서, 상기 전체 압력 포트(20)는 전체 압력 도관(22)에 연결되고, 상기 정압 포트(40)은 정압 도관(42)에 연결되고, 또한 상기 방향 검출 포트(60)는 각각 방향 검출 도관(62)에 연결된다. 상기 도관들(22, 42, 및 62)은 서로 분리되어 있고 상기 피토 본체(12)의 길이를 연장시킨다. 예시적인 구성에서, 상기 피토 본체(12) 자체는 상기 피토 머리(16)와 상기 피팅 조립체(80) 사이에서 상기 전체 압력 도관(22)으로서 기능한다. 상기 도관들(22, 42, 및 62)의 구성은 다양화할 수 있다. 예를 들어, 전체 압력 도관(22)은 상기 정압 도관(42)과 상기 방향 압력 도관(62)과 유사하게 별개의 도관일 수 있다. 또 다른 예시적인 구성에서, 상기 도관(22, 42, 및 62)은 서로 분리되어 이격될 수 있다. 다른 예시적인 구성에서, 일부 또는 모든 도관들은 동심 및 동축 방식으로 중첩될 수 있다.
상기 도관(22, 42, 및 62)은 상기 장치가 상기 도관에서의 압력을 측정하도록 하기 위하여 밀폐된 상기 컨트롤 유닛(100)에 연결된다. 기존의 또는 맞춤형 밀폐 피팅은 이 기능을 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 도 1에 도시되었다. 상기 컨트롤 유닛(100)은 상기 피팅 조립체(80)의 피팅(82, 84, 86, 88)에 연결된 구부러지는 연통 또는 도관(90)을 통해 상기 피토 튜브(10)에 연결된다. 상기 피팅들(82, 84, 86, 88)은 상기 도관(22, 42, 62)들 사이에 유체가 전달되도록 하고, 따라서 상기 피토 튜브(10)을 통해 얻어진 상기 압력들을 상기 컨트롤 유닛(100)에 제공한다. 보다 구체적으로, 예시적인 구성에서, 상기 피팅(82)은 상기 전체 압력 도관(22)에 연결되고, 따라서 상기 피토 튜브(10)을 통해 감지된 상기 전체 압력을 상기 컨트롤 유닛(100)에 제공한다. 상기 피팅(84)은 상기 정압 도관(42)에 연결되고, 따라서 상기 피토 튜브(10)을 통해 감지된 상기 정압을 상기 컨트롤 유닛(100)에 제공한다. 상기 피팅(84 및 86)은 상기 방향 압력 도관(62) 중 하나에 각각 연결되고, 따라서 상기 피토 튜브(10)을 통해 감지된 상기 방향 압력을 상기 컨트롤 유닛(100)에 제공한다.
상기 컨트롤 유닛(100)은 상기 도관들(22, 42, 62)을 통해 상기 피토 튜브로부터 압력을 측정하고, 상기 압력 측정값에 대해 계산을 수행하고, 상기 압력 측정을 수행하는 기술자에게 정보를 표시하도록 선택된 임의의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 예시적인 구성에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤 유닛(100)은 전자기기와 압력 변환기가 함께 수용된 일체형, 예를 들어, 초소형 크기의 유닛일 수 있다. 본 구성에서, 상기 컨트롤 유닛(100)과 상기 피토 튜브(10) 사이의 상기 압력 연결은 구부러지는 호스 또는 튜브(90)와 함께 구성되고, 이는 기술자가 편리한 위치에서 상기 컨트롤 유닛(100)을 잡고 상기 피토 튜브를 조작할 수 있게 한다.
다른 대안으로서, 상기 컨트롤 유닛은 상기 압력 변환기를 수용하고 도관/호스/튜브를 통해 다시 상기 피토 튜브 도관(22, 42, 62)에 연결되는 송수신기 유닛을 포함할 수 있다. 이 송수신기는 측정된 압력을 상기 컨트롤 유닛의 개별 초소형 부분으로 전달하기 위해 부선 통신 라디오/전자장치를 포함할 수 있다. 임의의 특정 구현에서, 이 개별 초소형 부분은 스마트폰 같은 스마트 장치일 수 있고, 이는 블루투스 통신 프로토콜을 통해 송수신기와 통신하고 맞춤형 소프트웨어 어플리케이션이 설치된다.
상기 방향 검출 포트(60)들이 서로에 대해 각각 각을 이루고 있기 때문에, 상기 둘 사이의 차압(differential pressure)은 상기 피토 튜브(10)의 회전 위치 함수에 따라, 즉 상기 피토 축(14) 주위를 회전함에 따라 변화한다. 평평하고, 균일하고, 층류의 이상적인 조건에서, 상기 포트(60)들 사이의 상기 차압은 상기 전체 압력 포트(20)가 상기 기류안으로 직접 향하고 평행할 때 0(zero)이 될 것이다. 이는 상기 전체 압력 포트(20)가 상기 방향 검출 포트(60) 사이의 중앙에 있기 때문이다. 상기 방향 검출 포트(60)는 상기 전체 압력 포트가 상기 기류 안으로 직접 향할 때 동일한 압력을 알 것이다. 상기 피토 튜브(10)이 상기 피토 축(14) 주변을 회전하면, 상기 방향 검출 포트(60)에 나타나는 상기 압력의 차이가 변한다. 상기 방향 검출 포트(60)를 가로지르는 상기 차압은 상기 피토 튜브(10)의 각도 위치에 따라 변한다.
상기 방향 검출 포트(60)들과 그 둘 사이에서의 차압은 상기 피토 튜브(10)이 L형, T형 및 단면 감소와 같은 상기 덕트에서 전이점(transition point)에 더 가까운 횡단 측정을 수행하도록 하기 위하여 이용될 수 있다. 상기 방향 검출 포트(60)을 통해 얻어진 상기 DP 측정은 상기 덕트의 교란으로 인한 축방향이 아닌 흐름 성분을 상쇄하는데 이용될 수 있다. 이것은 상기 컨트롤 유닛(100)을 통해 달성되고, 이는 상기 피토 튜브(10)에 대한 캘리브레이션 데이터에 기초하여 3-D 맵핑 기술을 수행함으로써, 상기 축 방향 기류 성분, 즉 종 방향 덕트 축에 평행한 기류를 결정한다. 상기 캘리브레이션 데이터는 흐름 시험 벤치/통풍 터널과 같은 시험 환경을 고도로 조절하여 상기 피토 튜브(10)을 통해 알려진 흐름을 측정함으로써 획득하고, 상기 시험 환경은 알려진 속도에서 균일하고, 잘 발달된 흐름이 발생될수 있는 환경이다.
상기 캘리브레이션 데이터를 얻기 위하여, 상기 피토 튜브(10)은 상기 시험 벤치/통풍 터널에 부착되고 상기 도관들(22, 42, 62)을 통해 매우 정확한 압력 센서에 연결되고, 압력 센서는 상기 방향 검출 포트(60)를 가로질러 방향 차압 또는 "방향 DP"로 언급되는 상기 차압을 측정할 수 있고, 또한 상기 전체 압력 포트(20)와 정압 포트(40)를 가로질러 기류 크기 차압 또는 "크기 DP"로 언급되는, 상기 차압을 측정할 수 있다.
아래의 표 1에 나타는 데이터 플롯은 도 5에 도시되었다.
[표 1]
Figure pct00005
표 1의 데이터와 연결되는 도 5를 보면, 상기 피토 튜브(10)은 -45도 내지 45도 범위까지 증가함에 따라 상기 크기 DP는 증가하다가 0도에서 최고점을 찍은 후 골고루 균일하게 감소하여, 일정 각도를 가지고 완만한 곡선을 이루는 것을 볼 수 있다. 이는 특히 고도로 조절된 균일하고, 잘 발달되고, 일정한 흐름의 흐름 시험 벤치에서 얻어진 측정치로 인해 예상되었던 것이다. 상기 피토 튜브(10)의 이러한 동일한 각도의 스윕을 통해, 상기 방향 DP는 -45도의 최저 음의 각도에서부터 45도의 최고 양의 각도까지 균일하게 증가한다. 다시 말해, 이는 상기 두 개의 방사상으로 이격된 방향 검출 포트(60) 사이의 차이가 어느 한 포트에서 다른 포트로 이동함에 따라 예측된다.
캘리브레이션을 수행하면, 이송 측정은 그 후 기류 검출하도록 구성된 상기 피토 튜브(10)의 범위 내에 있는 일련의 알려진 유량이 기록된다. 상기 일련의 유량 각각에서, 완전한 이송 측정이 수행된다. 각 횡단 위치에서, 상기 피토 튜브(10)은 "각도 스윕(angular sweep)"이라고 불리는 일련의 미리 결정된 회전/각위치를 통해 회전하고, 상기 방향 DP와 크기 DP는 각각의 위치에 대해 기록된다. 예를 들어, 도 5와 표 1에 나타낸 바와 같이, 각 횡단 위치에서, 상기 피토 튜브(10)의 상기 각도 스윕은 +45도에서부터 -45도까지의 일련의 각도(예를 들어, 0, ±10, ±20, ±30, ±45의 각도 스윕)일 수 있다. 임의의 기류 속도에서 각도 스윕이 있는 완전한 횡단이 완성되면, 상기 흐름 시험 벤치의 상기 기류는 증가하고 각도 스윕이 있는 또 다른 완전한 횡단이 수행된다. 이 시험을 통해, 알려진 기류의 범위를 통해 각도 스윕을 가진 횡단에 대한 방향 DP와 크기 DP의 표가 얻어진다.
이 원리는 도 6A 및 6B에 도시되었다. 도 6A는 각도가 -45, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 및 45도로 증가함에 따라 각도 스윕(-45도에서 45도까지)을 통해 측정된 크기 차압을 도시한다. 도 6A에서, 간략화와 예시의 목적으로, 상기 스윕은 0.1kg/s 및 0.5kg/s의 두 개의 유량에서만 수행했다. 실제로, 각도 스윕은 더 큰, 심지어 훨씬 더 큰 값을 얻을 수 있고, 속도의 수 및/또는 상기 스윕의 각도 증가의 수는 증가할 수 있다. 상기 측정된 지점들 사이의 값들은 도시된 바와 같이 3-D 플롯을 생성하기 위한 보간(interpolation)을 통해 채워질 수 있다.
유사하게, 도 6B는 각도가 -45, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 및 45도로 증가함에 따라 각도 스윕(-45도에서 45도까지)을 통해 측정된 방향 차압을 도시한다. 다시, 도 6B에서, 간략화 및 예시의 목적으로, 상기 스윕은 0.1kg/s 및 0.5kg/s의 두 유량에서만 수행된다. 다시, 실제로, 각도 스윕은 더 큰, 심지어 훨씬 더 큰 값을 얻을 수 있고, 속도의 수 및/또는 상기 스윕의 각도 증가의 수는 증가할 수 있다. 상기 측정된 지점들 사이의 값들은 도시된 바와 같이 3-D 플롯을 생성하기 위한 보간(interpolation)을 통해 채워질 수 있다.
도 6A 및 6B는 유량 및 회전각이 크기 DP와 방향 DP로부터 도출된 수 있고, 이들 값이 고유하다는 것을 나타낸다. 이것은 상기 시스템/장치(1)가 작동하는 원리이다. 도 6A 및 6B에 도시된 것과 유사한 상기 피토 튜브(10)에 대한 저장된 캘리브레이션 데이터는 상기 튜브를 통해 측정된 크기 DP와 회전 DP에 기초한 회전각뿐만 아니라, 더 중요하게는 유량을 도출하는데 사용될 수 있다. 상기 캘리브레이션 데이터는 흐름이 선형이고, 잘 발달되고, 종 방향의 덕트 축에 평행인 흐름의 이상적인 조건에서 기록되기 때문에, 상기 도출되거나 보정된 속도 측정값은 상기 측정된 기류의 각도에 따른 흐름 성분의 효과를 상쇄하거나 실질적으로 상쇄한다. 결과적으로, 상기 보정된 속도 측정값, 및 그로부터 계산된 상기 흐름 측정값들은 장애물, T-연결, L형 연결, 열교환기 코일, 직경 변화 등이 원인이 되는 각도에 따른 속도로 인해 야기되는 흐름 변동에 훨씬 덜 민감하다. 이는 종래에 허용된 것보다 측정값을 보정하기 위해 이들 구조에 더 가깝게 얻어질 수 있도록 한다.
또한, 도 5의 상기 방향 DP 곡선의 "형상"은 상기 방향 포트(60)들 사이의 특정 각도 A, B, C와 관련된다(도 4 참조). A, B 및 C의 각도를 조절하면 상기 곡선의 형상이 변경된다. 상기 A, B, C의 적절한 각도의 선택은 각도에 따른 흐름 변화에 대한 선형성(linearity) 펄스와 상기 압력 측정 신호 결과에서의 노이즈 사이의 균형이고, 상기 압력 측정 신호 결과는 예를 들어, 상기 방향 검출 포트(60) 안으로 상기 일정 각도를 가진 표면을 따라 연장되는 와류발생(voltex shedding)의 결과이다. 상기 피토 튜브(10)의 주어진 물리적 구성에 대해, 상기 선형성과 노이즈 사이의 이상적인 균형의 결과인 상기 각도 A, B, C는 변화될 수 있다. 이는 도 7에 도시되었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 C = 120도(각 A = B = 60도)에 대한 상기 곡선은 각 C = 90도(각 A = B = 45도)에 대한 곡선보다 더 선형이다. 따라서, 도 1 내지 4에 도시된 예시적인 구성에서, 상기 피토 머리(16)에 대한 이상적인 구성은 각 A = B = 60 및 각 C = 120이라는 것이 시험을 통해 발견되었다.
상기 네 번째 설정에 의해 얻어진 데이터로부터, 2개의 3차원 플롯이 상기 피토 튜브(10)을 통해 도출되었고 상기 컨트롤 유닛(100)에 표로 저장되었다. 상기 컨트롤 유닛(100)은 상기 피토 튜브(10)을 통해 얻어진 상기 압력 측정값으로부터 기류를 결정하기 위한 3-D 표들은 사용한다. 이들 두 개의 3-D 플롯/표의 예시들과 상기 덕트에서 속도를 결정하기 위한 이들의 사용은 도 8에 그래프로 나타냈다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 테이블(110)은 피토 각도, 흐름 속도 및 크기 DP를 표시한다. 제2 테이블(120)은 피토 각도, 흐름 속도 및 방향 DP를 표시한다. 상기 제1 및 제2 테이블(110, 120)에서 음영진 부분은 상기 캘리브레이션 데이터, 즉 상기에 설명된 흐름 시험 벤치/통풍 터널 안을 이상적인 조건으로 설정하여 각각의 유량을 횡단하는 위치에서 각도에 따라 스윕하는 경우 그 각각의 각도에서 얻어진 DP 측정값의 3-D 데이터 설정을 가리킨다.
실제로, 흐름 측정값은 상류를 향하고 상기 덕트의 종 방향 축과 평행한 상기 전체 압력 포트(20)를 가진 덕트 안에 상기 피토 튜브(10)을 위치시켜 얻어질 수 있다. 크기 DP와 방향 DP는 상기 기류의 각도 성분을 상쇄하기 위한 상기 컨트롤 유닛에 의해 기록되고 처리되며, 그것의 축 속도를 결정한다. 상기 제1 테이블(110)을 보면, DP 선(112)은 크기 DP가 있는 플롯 상의 모든 지점들이 상기 측정된 크기 DP와 동일하다는 것을 나타낸다. 유사하게, 상기 제2 테이블(120)을 보면, DP 선(122)은 방향 DP가 있는 상기 플롯 상의 모든 지점들이 상기 측정된 방향 DP와 같아는 것을 나타낸다. 이들 DP 선(112 및 122)들은 상기 각각의 차압들이 어떻게 선형 속도와 튜브 각도의 상이한 조합과 관련하여 상기 선들에 의해 표현되는지 나타내기 위하여 선들(114 및 124)로 바꾸었다.
상기 제1 및 제2 테이블(110, 120)에 나타낸 캘리브레이션 데이터에 기초한 상기 3-D 맵핑을 이용하여 실제 축 속도를 결정하고 도출하기 위하여, 상기 선들(114, 124)을 제3 테이블(130)에 결합시켰다. 상기 선들(114, 124)의 교차점(132)는 상기 피토 튜브(10)을 통해 측정된 크기 DP와 방향 DP의 특정 조합에 대한 각 흐름 성분들을 상쇄하는 상기 선형 흐름 속도(v)와 각도(Θ)를 가리킨다. 따라서 상기 교차점(132)에 표시된 상기 속도는 상기 종 방향 덕트 축에 평행한 방향을 가리킨다. 이 각 흐름 성분의 효과를 상쇄하는 속도는 상기 덕트에서 기류의 더 정확한 측정값을 결정하는데 사용될 수 있다.
유익하게는, 상기 방향 DP 포트의 수행과 상기 흐름의 각 속도를 결정하기 위한 방법은 각 흐름 성분이 상쇄됨으로써 재순환 및 역류의 효과를 설명하는데 도움이 된다. 이는 이송 측정을 위해 T형, L형 및 덕트 단면의 감소와 같이 상기 덕트 안에서 전이점 또는 흐름을 방해하는 구조에 더 가깝게 이루어지게 한다.
상기 컨트롤 유닛(100)에 의해 수행된 계산은 도 8을 참조하여 그래프 성분으로 설명되는 반면에, 상기 캘리브레이션은 캘리브레이션(즉, 제1 테이블(110))을 통해 결정된 크기 DP, 속도(v), 및 각도(Θ)의 다양한 조합을 테이블에서 찾아 수행할 수 있다는 것을 이해해야 하고, 캘리브레이션(즉, 제1 테이블(110))을 통해 결정된 방향 DP, 속도(v), 및 각도(Θ)의 상기 다양한 조합들은 저장된다. "교치점"을 결정하거나 도출하는 것, 즉 상기 축 속도는 상기 테이블에서 상기 속도(v)와 각도(Θ)가 동일한 것을 찾는 것을 포함한다. 물론, 상기 테이블은 상기 측정된 크기 DP 및 속도 DP와 정확하게 일치하는 것은 포함하지 않고, 따라서 약간의 보간이 필요할 수 있다.
실제로, 상기 컨트롤 유닛(100)은 상기 시스템/장치(1)를 이용하여 기술자를 보조하는 어플리케이션을 실행하도록 프로그램될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 컨트롤 유닛(100)은 초소형 장치와 같은 맞춤형 컨트롤 유닛일 수 있으며, 초소형 장치는 키보드, 터치스크린 등과 같은 입력 장치 및 기술자에게 정보를 전달하기 위한 표시장치를 가진 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 임의의 특정 구현 예에서, 상기 컨트롤 유닛(100)은 압력을 측정하고 그 측정된 것을 무선으로 전송하는 것을 수행하는 라디오-변환기, 및 압력 측정값을 얻기 위해 상기 무선 라디오-변환기 유닛(예를 들어, 블루투스 또는 와이파이를 이용하는)을 장비하여 통신하도록 구성된 앱이 설치된 스마트폰과 같은 스마트 장비를 포함할 수 있다.
형태적 요소에 관계없이, 상기 컨트롤 유닛(100)에 의해 수행되는 상기 어플리케이션은 흐름을 측정하기 위해 이송 판독값을 수행하는데 있어 기술자를 보조하도록 구성될 수 있다. 먼저, 상기 어플리케이션은 상기 횡단이 수행되면 덕트 직경 및 횡단 탭이나 개구부의 개수와 같은 덕트에 관련된 일부 데이터를 기술자에게 표시할 것이다. 이에 기초하여, 상기 어플리케이션은 기술자에게 특정 위치나 깊이를 가진 상기 횡단 개구부 안으로 상기 피토 튜브(10)을 삽입하고, 상기 전체 압력 포트가 상기 종 방향 덕트 축에 수직인 기류 안으로 향하게 하기 위해 상기 피토 튜브를 회전시키라고 지시할 것이다. 상기 컨트롤 유닛(100)은 그 후 횡단 위치 및 깊이에 대해 크기 DP와 방향 DP를 기록할 것이다.
이 과정은 각각의 횡단 위치에 대하여 각각의 삽입 깊이에서 반복될 것이다. 상기 어플리케이션을 통해 상기 컨트롤 유닛(100)은 그 후 상기에 설명한 3-D 맵핑 기술을 이용하여 각각의 측정값에 대해 상기 선형 흐름 속도를 결정하거나 도출할 것이다. 상기 결정된 축 속도값을 이용하여, 상기 컨트롤 유닛(100)은 그 후 공지된 방법에 따라 덕트 안에서 상기 흐름을 계산할 것이다.
본 발명은 예시적인 구성을 참조하여 설명되지만, 당업자는 본 발명에 대하여 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이고 등가물은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 발명의 구성요소로 대체될 수 있다. 당업자는 또한 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 특정 응용에 사용하기 위해 본 발명을 적용하도록 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 본 발명이 임의의 특정 구성이나 여기에 설명된 구형으로 제한되지 않아야 한다는 것을 이해하여야 한다. 대신에, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 임의의 구성을 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 상류를 향하는 기류 내에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 전체 압력 포트(total pressure port);
    하류를 향하는 기류 내에 위치되도록 구성된 적어도 하나의 정압 포트(static pressure port);
    적어도 하나의 제1 방향 포트; 및
    적어도 하나의 제2 방향 포트를 포함하는 피토 튜브(pitot tube)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 방향 포트 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트는 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 반대 면에 위치하고 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트가 대면하는 방향에 비스듬히 대면하는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피토 튜브는 피토 축을 따라 길이 방향으로 연장되고,
    상기 적어도 하나의 전체 압력 포트, 상기 적어도 하나의 정압 포트, 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트, 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트 각각은 상기 피토 축으로부터 방사상으로 연장되는 각각의 축을 따라 연장되는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 방향 포트가 연장되는 축과 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트가 연장되는 축은 서로에 대하여 일정 각도를 이루는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각도는 90 내지 120도인,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축은 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트의 축 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트의 축이 연장되어 이루는 각도를 이등분하는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축, 상기 적어도 하나의 정압 포트의 축, 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트의 축, 및 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트의 축은 상기 피토 축에 대하여 수직으로 연장되는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 방향 검출 포트의 축 및 상기 제2 방향 검출 포트의 축은 동일 평면에 있는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전체 압력 포트의 축 및 상기 적어도 하나의 정압 포트의 축은 서로 180도 반대 방향으로 연장되는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 피토 튜브는,
    연장된 원통형 피토 본체;
    상기 피토 본체의 일단, 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트, 상기 적어도 하나의 정압 포트, 및 상기 피토 본체 안으로 연장된 상기 제1 및 제2 방향 포트를 종결시키는 피토 머리;
    상기 피토 본체를 통해 연장되고 상기 적어도 하나의 전체 압력 포트에 유체가 흐르도록 연결된 전체 압력 도관;
    상기 피토 본체를 통해 연장되고 상기 적어도 하나의 정압 포트에 유체가 흐르도록 연결된 정압 도관;
    상기 피토 본체를 통해 연장되고 상기 적어도 하나의 제1 방향 포트에 유체가 흐르도록 연결된 제1 방향 압력 도관;
    상기 피토 본체를 통해 연장되고 상기 적어도 하나의 제2 방향 포트에 유체가 흐르도록 연결된 제2 방향 압력 도관을 포함하는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 피토 튜브에 연결되어 작동이 가능하도록 하는 컨트롤 유닛을 더 포함하고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 전체 압력 도관에서의 전체 압력, 상기 정압 도관에서의 정압, 상기 제1 방향 도관에서의 제1 방향 압력, 및 상기 제2 방향 도관에서의 제2 방향 압력을 독립적으로 측정하도록 구성된,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은,
    상기 제1 및 제2 방향 도관 사이의 압력 차이인 방향 DP 및 상기 전체 압력 도관과 상기 정압 도관 사이의 압력 차이인 크기 DP를 측정하도록 구성된,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 피토 튜브에 대한 하나 이상의 캘리브레이션 테이블을 포함하고,
    상기 캘리브레이션 테이블은 상기 피토 튜브의 복수회의 회전 각도 및 실질적으로 균일하고, 층을 이루어, 일정하게 흐르는 흐름 시험 벤치에서 여러 개의 공지된 유속에 대한 크기 DP와 방향 DP를 측정하고 저장함으로써 채워지는,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은 덕트 내부로부터 얻어져 측정된 크기 DP와 방향 DP의 값을 이용한 상기 하나 이상의 캘리브레이션 테이블로부터 상기 덕트 내부에서 기류 속도를 도출하도록 구성된,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤 유닛은,
    A) 상기 저장된 크기 DP는 상기 측정된 크기 DP와 동일한 것;
    B) 상기 저장된 방향 DP는 상기 측정된 방향 DP와 동일한 것;
    C) 상기 저장된 크기 DP 및 상기 저장된 방향 DP에 대한 상기 저장된 속도는 동일한 것;
    D) 상기 저장된 크기 DP 및 저장된 방향 DP에 대한 상기 저장된 각도는 동일한 것
    중에서 상기 하나 이상의 캘리브레이션 테이블에 있는 한 값을 결정하도록 구성되고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 피토 튜브를 통해 측정된 상기 기류 속도 성분, 덕트에 대해 축방향으로 이루어지는 C)에서 결정된 상기 저장된 속도를 결정하도록 추가로 구성된,
    기류에서 압력을 측정하기 위한 장치.
KR1020207002481A 2017-06-26 2018-06-26 피토 튜브 기구 KR102617437B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762524687P 2017-06-26 2017-06-26
US62/524,687 2017-06-26
PCT/US2018/039488 WO2019005785A1 (en) 2017-06-26 2018-06-26 PITOT TUBE INSTRUMENT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200019238A true KR20200019238A (ko) 2020-02-21
KR102617437B1 KR102617437B1 (ko) 2023-12-21

Family

ID=64693026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207002481A KR102617437B1 (ko) 2017-06-26 2018-06-26 피토 튜브 기구

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10551403B2 (ko)
EP (1) EP3646036B1 (ko)
KR (1) KR102617437B1 (ko)
AU (1) AU2018290776B2 (ko)
CA (1) CA3067810C (ko)
MX (1) MX2019015263A (ko)
WO (1) WO2019005785A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11700549B2 (en) 2019-08-22 2023-07-11 Ofinno, Llc Policy control for multiple accesses

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111398624B (zh) * 2020-03-06 2022-05-27 清远市智慧农业研究院 下洗风场冠层穿透性测试装置及方法
US11796426B2 (en) * 2020-10-23 2023-10-24 Energy Quest Technologies Inc. Air flow measurement and testing for air conditioning systems
CN112697212B (zh) * 2020-12-11 2021-11-05 浙江大学 基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置
CN113155401B (zh) * 2021-02-24 2022-12-20 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种可旋转一字型流量测量装置及测量方法
CN113125800B (zh) * 2021-04-19 2023-01-06 重庆地格科技有限责任公司 基于皮托管的风速风向测量方法
CN113238074B (zh) * 2021-05-18 2023-01-06 贵州电网有限责任公司 一种基于六分法皮托管风速风向测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5830673A (ja) * 1981-08-18 1983-02-23 Natl Aerospace Lab 多角錐台型ピト−管型プロ−ブ
EP0229534A2 (en) * 1985-12-31 1987-07-22 The Garrett Corporation Combination pressure probe
US20120118076A1 (en) * 2010-07-19 2012-05-17 Foster George B Method of Detecting, Measuring, Correcting and Removal of Ice for a Pitot-Static Based Airspeed Detection Syeste for an Aircraft

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS601421Y2 (ja) * 1979-08-20 1985-01-16 三菱重工業株式会社 多孔式ピト−管
DE3923753A1 (de) * 1989-07-18 1991-01-31 Nord Micro Elektronik Feinmech Sonde und verfahren zum messen der relativgeschwindigkeit eines anstroemenden mediums
US5736651A (en) * 1996-05-23 1998-04-07 Bowers; James R. High temperature gas flow sensing element
US6957586B2 (en) 2003-08-15 2005-10-25 Saudi Arabian Oil Company System to measure density, specific gravity, and flow rate of fluids, meter, and related methods
GB0520784D0 (en) 2005-10-13 2005-11-23 Shields James A Method and apparatus for determining the speed and direction of movement of a fluid relative to a body
JP2010025655A (ja) * 2008-07-17 2010-02-04 Railway Technical Res Inst 多点流速測定装置及び方法
FR2983965B1 (fr) 2011-12-12 2014-07-04 Thales Sa Sonde de mesure d'incidence locale et procede mettant en oeuvre la sonde
GB201503149D0 (en) * 2015-02-25 2015-04-08 Dublin Inst Of Technology A multi-directional fluid velocity measurement device (FVMD)
US20170322059A1 (en) * 2016-05-09 2017-11-09 Eric Lowe Low pressure drop and high temperature flow measuring device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5830673A (ja) * 1981-08-18 1983-02-23 Natl Aerospace Lab 多角錐台型ピト−管型プロ−ブ
EP0229534A2 (en) * 1985-12-31 1987-07-22 The Garrett Corporation Combination pressure probe
US20120118076A1 (en) * 2010-07-19 2012-05-17 Foster George B Method of Detecting, Measuring, Correcting and Removal of Ice for a Pitot-Static Based Airspeed Detection Syeste for an Aircraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11700549B2 (en) 2019-08-22 2023-07-11 Ofinno, Llc Policy control for multiple accesses

Also Published As

Publication number Publication date
KR102617437B1 (ko) 2023-12-21
CA3067810C (en) 2022-07-26
MX2019015263A (es) 2021-01-08
US20180372771A1 (en) 2018-12-27
AU2018290776B2 (en) 2021-02-25
EP3646036A4 (en) 2021-03-10
US10551403B2 (en) 2020-02-04
WO2019005785A1 (en) 2019-01-03
EP3646036A1 (en) 2020-05-06
EP3646036B1 (en) 2024-02-28
AU2018290776A1 (en) 2020-01-16
CA3067810A1 (en) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102617437B1 (ko) 피토 튜브 기구
US8960018B2 (en) Pitot tube traverse assembly
JP5147844B2 (ja) 密度測定を備えるプロセス装置
CN101303367B (zh) 标准流量式微风速标定装置及标定方法
US9068840B2 (en) Pitot tube velocimeter system
US20220381596A1 (en) System and method for improved measurement of a flow of fluid through a channel
Kabaciński et al. Experimental research into a new design of flow-averaging tube
US4833917A (en) Three-component velocity probe for large scale application
US10514282B2 (en) System for measuring fluid flow in a fluid passage of an HVAC system
JP2019506608A5 (ko)
GB2446827A (en) A pitot-static device
CN115708089A (zh) 流量管校准数据处理方法
JP4949892B2 (ja) 流量計測方法および流量計測用治具
US20230266028A1 (en) Hvac airflow measurement with in-situ calibration
Barraclough et al. Ultrasonic methods for determining flows and velocity fields
US20240035864A1 (en) Device for measuring a flow parameter of a fluid
Olczyk et al. A 2-Port, Space-Saving, Maintenance-Friendly Pneumatic Probe for Velocity Measurements
JP6280267B1 (ja) 風量測定装置及び風量測定方法
CN204255976U (zh) 一种二维流速测量装置
CN201034668Y (zh) 动压测定放大器
CN115900839A (zh) 基于流场模拟的矩阵式烟气流量计流量计算方法和装置
TW201602524A (zh) 流體流量量測裝置
Int-Hout Air balancing area factors
CN105890716A (zh) 检定弯管流量计的装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant