피토 튜브 (pitot tube)

피토 튜브 (pitot tube)

베르누이 원리를 적용하여 유체의 속도를 측정하는 장치이다. 18세기 프랑스 피토 아재가 발명했다. 

비행기나 헬리콥터의 속도, 보트의 물의 속도, 풍동에서 공기의 속도를 재는데 많이 사용된다. 상용품으로도 판다.

아래 그림은 에어버스 A380 기종에 설치된 피토 튜브

아래 그림은 kamov Ka-26에 설치된 피토튜브

아래 그림은 보잉 777의 피토 튜브

원리

베르누이의 정리는 간단히 말하면 (높이차가 없다고 가정하면)

정체압 = 정압 + 동압

이고 이를 수식으로 나타내면

 : 유체의 속도

 : 정체압 (stagnation pressure) 혹은 전압 (total pressure)

 : 정압 (static pressure)

 : 유체의 밀도

이를 속도에 대해 풀면

즉 정체압과 정압의 차이를 알면 속도를 구할 수 있다. 

아래 그림은 피토 튜브 그림이고 화살표가 유체의 흐름 방향이다.

정압이란 흐름이 있는 유체의 압력으로 일반적으로 우리가 알고 있는 압력이다. 아래 그림에서 파란색에서 측정된다. 흐름에 영향을 주지 않고 측정하는 것을 알 수 있다.

정체압 혹은 전압은 흐름이 있는 유체를 속도가 0이 되면 측정되는 압력이다. 아래 그림에서 빨간색에서 측정된다. 흐름이 피토관의 중앙으로 들어와 끝이 막혀 있기 때문에 속도가 0이되고 정체압을 측정하게 된다.

 

마노미터와 결합

위의 수식을 보통 정체압과 정압의 차이를 구해야 속도를 구할 수 있는데 이러한 압력의 차이를 구할 수 있는 것 중 하나가 마노미터 이다. 종종 피토 튜브와 마노미터를 결합하여 유체의 속도를 구할 수 있다. 

아래 그림은 마노미터와 결합된 피토 튜브.