Virtaveden virtausnopeusmittarin suunnittelu
Leinonen, Miika (2021)
2021
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-12-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202112289552
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202112289552
Tiivistelmä
Tässä työssä suunnitellaan virtaveden virtausnopeusmittari. Virtaveden eli painovoiman vaikutuksesta virtaavan veden mittaus on ajankohtaista, koska ilmaston lämpeneminen aiheuttaa muutoksia vesistöihin. Virtausnopeutta mitataan mm. joen virtaaman, eli ajan suhteen joen poikkipinta-alan läpi kulkeman tilavuuden, selvittämiseksi. Virtausnopeutta voidaan tarvita myös jalostamattomassa muodossa. Suunniteltava laite perustuu Pitot-putkeen, ja työssä arvioidaan, voiko se olla vaihtoehto nykyisille mittalaitteille. Pitot-putken historia alkaa virtaveden virtausnopeuden mittaamisesta, mutta nykyisin sitä käytetään nopeusmittarina esimerkiksi lentokoneessa tai formula-autossa. Pitot-putken katoamiselle sen alkuperäisestä käyttötarkoituksesta ei löytynyt selkeää syytä.
Työn kirjallisuuskatsauksessa kerättiin tietoa Pitot-putkesta, muista mittalaitteista, virtavedestä ja sen mittaamisesta. Mittalaitteen suunnittelu tehtiin Pahl et. al. systemaattisen lähestymistavan tuotekehitysmetodin mukaan. Lopputuloksena saatiin CAD-malli uudenlaisesta Pitot-putkeen perustuvasta virtausnopeusmittarista. Vaikka suunnitellun mittalaitteen Pitot-putken rakenne on paljolti samanlainen Henry Darcyn vuoden 1858 version kanssa, työn mittalaitteessa on myös uusia elementtejä. Yksi niistä on kelluva mitta-asteikko, joka poistaa tarpeen perinteisesti käytetylle staattiselle putkelle. Toinen on järjestelmä, joka sulkee veden Pitot-putkeen ja lukitsee mitta-asteikon luotettavan mittaustuloksen saamiseksi.
Pitot-putken rajoite on sen koko, koska mitä suurempi virtausnopeuden mittausväli halutaan, sitä pidempi putken täytyy olla. Työssä suunnitellulla mittalaitteella voidaan mitata virtausnopeuksia välillä 0–3,7 m/s, mikä riittää useimpiin käyttökohteisiin. Toinen Pitot-putkelle ominainen rajoite on, että mitta-asteikkoa ei voida esittää nopeutena, koska silloin merkintöjen välit eivät ole koko matkalta samanpituiset. Jatkotutkimuksena tehtäisiin prototyyppi, jotta mittalaitteen omi-naisuuksia voitaisiin luotettavasti arvioida.
Työn kirjallisuuskatsauksessa kerättiin tietoa Pitot-putkesta, muista mittalaitteista, virtavedestä ja sen mittaamisesta. Mittalaitteen suunnittelu tehtiin Pahl et. al. systemaattisen lähestymistavan tuotekehitysmetodin mukaan. Lopputuloksena saatiin CAD-malli uudenlaisesta Pitot-putkeen perustuvasta virtausnopeusmittarista. Vaikka suunnitellun mittalaitteen Pitot-putken rakenne on paljolti samanlainen Henry Darcyn vuoden 1858 version kanssa, työn mittalaitteessa on myös uusia elementtejä. Yksi niistä on kelluva mitta-asteikko, joka poistaa tarpeen perinteisesti käytetylle staattiselle putkelle. Toinen on järjestelmä, joka sulkee veden Pitot-putkeen ja lukitsee mitta-asteikon luotettavan mittaustuloksen saamiseksi.
Pitot-putken rajoite on sen koko, koska mitä suurempi virtausnopeuden mittausväli halutaan, sitä pidempi putken täytyy olla. Työssä suunnitellulla mittalaitteella voidaan mitata virtausnopeuksia välillä 0–3,7 m/s, mikä riittää useimpiin käyttökohteisiin. Toinen Pitot-putkelle ominainen rajoite on, että mitta-asteikkoa ei voida esittää nopeutena, koska silloin merkintöjen välit eivät ole koko matkalta samanpituiset. Jatkotutkimuksena tehtäisiin prototyyppi, jotta mittalaitteen omi-naisuuksia voitaisiin luotettavasti arvioida.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [11031]