Venturi Tube Spirometer (1 / 5 steg)
Steg 1: Venturi Tube principen
Ett venturirör mätaren är en apparat som kan användas för mätning av volymetriska flöde av en vätska. Principen om Venturi mätaren härrör från principen om Bernoulli, som härrör från bevarande av energin hos en vätska. Bernoulli ekvationen för incompressible vätskor är följande:
(v ^ 2) / 2 + gz + P/ρ = C
Där v = hastighet (m/s), g = acceleration beroende på tyngdkraften (m/s ^ 2), P = tryck (Pa), ρ = densitet (kg/m ^ 3), och C är lika med en konstant. Denna ekvation berättar att summan av kinematisk, potentiella och inre energi måste förbli detsamma, eller att en förändring i en skulle orsaka en förändring i den andra så att nätet ändra i energi är noll.
Röret som vi byggt för våra spirometer bestod av två bitar av PVC-rör: en med en diameter på 1,5 tum och den andra med en diameter på 0,5 inches. Som vätska (luft i det här fallet) flödar från röret av större diameter på röret med mindre diameter, måste dess hastighet öka, på grund av principen om massa kontinuitet. När spirometer hålls nivå, finns det ingen ändring i höjden av vätska, så det måste vara ett tryckfall på grund av den öka hastigheten. Dessa begrepp kombineras för att skapa en ekvation för volymflöde (V):
V = A * v
(P1 - P2) / ρ + (v1 ^ 2-v2 ^) / 2 = 0
V = A2*sqrt((2*(P1-P2))/(ρ*(1-(A2/A1)^2)))
Där A1 = kors genomskärningsarea av större rör, A2 = kors genomskärningsarea av mindre röret, och P1 - P2 kan lätt mätas genom en differentialtryckgivare.