Измерение скорости воздушного потока основано на определении давления, которое может быть найдено различными способами. На основании уравнения Бернулли скорость несжимаемого воздушного потока

т. е. зависит от разности полного и статического давлений, отнесенной к плотности воздуха, значение которой принимают по номограмме (рис. 58).

Для определения величины давления обычно служат жидкостные манометры. Жидкость, используемая в манометрах, должна отличаться химической стойкостью и малыми вязкостью, капиллярностью и испаряемостью, что обеспечивает необходимую точность измерений.

В обычных U-образных манометрах (рис. 59, а) величина давления определяется по разности уровней жидкости в коленах трубки, зависящей от высоты трубки и плотности применяемой жидкости. В бачковом манометре (рис. 59, б) сечение трубок различно и одна из них представляет собой бачок. Высота столба, уравновешивающая разность давлений, h = h1+h2. Тогда

где F1 — площадь сечения трубки; F2 — площадь сечения бачка; у — удельный вес рабочей жидкости манометра.

Рис. 58. Номограмма для определения плотности воздуха в зависимости от температуры и давления

Разность давлений до 300—500 мм вод. ст. измеряют наклонными микроманометрами (рис. 59, в), у которых перемещение мениска жидкости по отношению к стенкам измерительной трубки увеличивается при ее наклоне. В этом случае разность давлений

где а — угол наклона измерительной трубки к горизонтали.

Таким образом, чувствительность наклонного микроманометра является функцией угла наклона трубки.

Микроманометр ЛПИ, состоит из бачка 1 (рис. 59, г), трубки 2 с измерительной дугой 3 и демпфера 7, смонтированных на металлическом основании 4 с установочными винтами 6 и уровнями 5, и позволяет измерять давление (с погрешностью 1%) водяного столба Ø 3 мм.

Рис 59 Манометры:

а—U-образный; б—бачковый; в—наклонный; г—бачковый (ЛПИ); д—автоматический рычажный; е—батарейный

В микроманометре ЦАГИ измерительная трубка соединена с бачком неподвижно и угол ее наклона может изменяться лишь при повороте вместе с баком в специальной обойме.

В качестве упругого элемента для механических манометров используют пружину, мембрану или сильфон, причем наибольшее применение получил последний (рис. 59, д). Давления p₁ и р₂ подводят внутрь сильфонов 15 и 14, расположенных по разные стороны оси качания рычага 13. Замыкание контактов датчика 12, вызванное нарушением равновесия рычага, включает серводвигатель 8, перемещающий при помощи ходового винта 9 груз 10 до восстановления равновесия. Счетчик 11 фиксирует величину перемещения груза, которая и определяет, в известном масштабе, замеряемую разность давлений.

Рис. 60. Комбинированная трубка Пито-Прандтля

Схема батарейного манометра, используемого при исследовании эпюр распределения давлений на поверхности автомобиля или его модели, дана на рис. 59, е. Две крайние трубки показывают уровень жидкости в баке, т. е. характеризуют то давление, с которым сравнивают давления в измеряемых точках, соединенных с остальными трубками. К баку подводят статическое давление. В батарейных манометрах обычно применяют трубки с большим внутренним диаметром.

Значительное распространение получил метод одновременного замера статического и полного давлений при помощи комбинированной трубки Пито-Прандтля (рис. 60), состоящей из трубки 2, помещенной внутри корпуса 1. Передняя часть корпуса выполнена в виде полусферы. Щелевидные отверстия на цилиндрической части корпуса служат приемниками статического давления. Форма этих отверстий может оказать заметное влияние на измеряемое давление. Проводившиеся исследования позволяют заключить, что наилучшие результаты могут быть получены при использовании семи круглых отверстий, расположенных в одном сечении. Отверстие в носовой части трубки воспринимает полное давление. Таким образом, соединенные с прибором три пьезометра измеряют статический р/у, динамический v²/2g и полный (р/у) + (v²/2g) напоры.

Измеренные величины всегда будут несколько отличаться от истинных значений, так как сам прибор искажает характер воздушного потока. Кроме того, использование трубки Пито-Прандтля возможно лишь при потоках с небольшими градиентами давления по длине, так как если эти градиенты значительны, то различия давлений в сечениях, где замеряют статический и полный напоры, будут искажать показания.

Трубкой Пито-Прандтля скорости м/с могут быть измерены с погрешностью ±1%. Для измерения малых скоростей, характерных для внутренних потоков в пассажирских салонах автомобилей, применяют термоэлектрические анемометры. Их безынерционность позволяет также изучать колебания скорости при неустановившихся течениях. Действие термоэлектрических анемометров основано на зависимости между скоростью воздуха и коэффициентом его теплопередачи, с одной стороны, и температурой и электрическим сопротивлением провода — с другой.

Температуру провода диаметром 15—20 мкм, по которому проходит электрический ток, определяют по количеству тепла, отдаваемого воздуху, по силе тока. Коэффициент теплопередачи воздуха тем выше, чем больше скорость его движения, а с увеличением коэффициента теплопередачи уменьшается температура провода и его сопротивление, которое и подвергается непосредственному измерению (рис. 61, а). Для обеспечения постоянства силы тока провод анемометра должен быть включен в электрическую цепь последовательно с источником тока и реостатом. Скорость определяют (в соответствии с предварительной тарировкой) по включенному параллельно в цепь вольтметру, который показывает разность потенциалов, зависящую от изменения сопротивления провода.

Другим способом использования термоэлектрического анемометра является включение его в цепь моста Уитстона (рис. 61, б). В этом случае сопротивления плеч моста подбирают так, чтобы ток в его диагонали был равен нулю при заданном сопротивлении нагреваемого провода, помещенного в воздушный поток.

Рис. 61. Схемы термоэлектрических анемометров для определения скорости:

а—по изменению разности потенциалов; б—мостиком Уитстона

Автор: Е.В. Михайловский