상하수도 124회 1교시 문제 8. 피토관(Pitot 管)

답 1. 개요

- 18세기 초 프랑스의 공학자 피토에 의해 개발된 유속측정장치로 매우 간단한 원리로 만들어져 유량측정 등에 널리 쓰임

딥 2. 원리

- 유체 내부에 피토관을 설치하면 관 내부의 총압력(total pressure)과 개구 내부의 정압력(static pressure)의 차이가 발생하며, 총압력과 정압력의 차이를 측정하여 유속 측정 가능

여기서 ΔH : 속도압(동압, 총압력과 정압력의 차이), C : 유량계수

- 총압력을 재는 피토관(Pitot tube)과 정압력을 재는 정압관(static tube)이 따로 존재하는 경우도 있으나, 일반적으로 두 관을 합쳐놓은 피토 정압관(Pitot-static tube)을 많이 사용

답 3. 적용

- 비행기의 속도계, 유속계, 기상대의 풍량계 등에 적용

- 수체의 유속을 측정하기 위한 유속식 유량계에 적용

[이미지 출처 : 피토관을 이용한 풍속/풍량 측정기, 엠지코리아 네이버 블로그]

답 4. 장단점

- 피토관의 방향이 유선의 방향과 일치하지 않는 경우 정확한 유속측정을 기대할 수 없음. 방향이 5° 정도만 틀어져도 상당한 오차 발생 가능

- 액체나 기체에 모두 쓰일 수 있지만, 마하수(Mach number)가 큰 기체의 경우 압축률로 인한 보정작업이 필요하다.

- 유체로 양쪽이 채워진 압력차 센서의 반응속도가 빠르지 않으므로 유속변화가 심한 상황에는 사용 어려움

- 크기를 작게 만들면 큰 동맥이나 정맥 내부의 혈류를 측정 가능

- 유속이 작은 상황에서는 압력차가 압력센서의 해상도보다 작아질 수 있으므로 저속 측정에는 사용 부적절

- 기온이 낮은 고고도 비행시 결빙현상으로 인해 피토관이 막혀버릴 수 있고 이는 속도측정에 영향을 미쳐 사고로 이어질 수도 있으므로 열선과 같은 결빙방지 장치 필요

※ 내용 출처 : [네이버 지식백과] 피토관 [Tube de Pitot, Pitotrohr, Pitot tube] (물리학백과)