Ilmanvirtausmittarin suunnittelu
Halonen, Mauri (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082255979
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082255979
Tiivistelmä
Ilmavirtauksen tarkka mittaaminen näyttelee suurta roolia monessa teollisessa prosessissa. Virtauksen mittaamiseen on tänä päivänä olemassa monia erilaisia tapoja käyttökohteen mukaan. Tämän työn tavoitteena on suunnitella ilmanvirtausmittari yritykselle, joka valmistaa ilmankerääjiä.
Työssä tutustutaan tuotesuunnittelussa käytettäviin suunnittelumetodeihin kuten vaatimuslista, konseptointi ja valmistusystävällinen tuotesuunnittelu, sekä esitellään materiaalinvalintaprosessin perusteet. Lisäksi tutustutaan ilman ominaisuuksiin ja niiden muutoksiin eri muuttujien kuten lämpötilan, ilmanpaineen ja ilman kosteuden vaikutuksesta. Esitellään myös ilman virtaukseen ja ilmamäärän mittaamisen perusteet ja erilaisia tapoja mitata ilmanvirtausta.
Esiteltävien metodien pohjalta luodaan suunnitelma pienten ilmamäärien (< 15m3/h) virtausmittarin valmistamiselle. Suunnittelu kattaa kaikkien virtausmittarissa käytettävien mekaanisten komponenttien suunnittelun ja suunnittelutyö tehdään vaatimuslistan sekä standardin ISO 5167 pohjalta. Komponenttien suunnittelussa esitellään erilaisia ratkaisuja niin mekaanisen toteutuksen, kun materiaalinvalinnan suhteen. Laitteessa käytettävän mittausyksikön suunnittelu rajataan tämän työn ulkopuolelle, mutta mittausyksikössä käytettävät komponentit (paine-erolähetin, paneelimittari, barometri ja lämpötila-anturi) esitellään.
Laitteen mittaustarkkuuden määrittämiseksi sen komponenteille tehdään lopuksi epävarmuuslaskenta ISO/IEC Guide 98–3 mukaan. Measuring air flow accurately plays major role in many industrial processes. There are many different techniques for air flow measurement. Goal of this thesis is to design new air flow meter for a company which manufactures air samplers for radiation detection.
In the theory part of the work many different methods for mechanical design are presented, such as requirement list, concepting and design for manufacturability. Also, basics of the material selection process is introduced. Properties of air and effect of certain variables such as temperature, pressure and humidity are presented and basics of air flow measurement and different techniques as well.
Based on theory part of the work, design for new air flow meter for small flow rates (< 15m3/h) is presented. All mechanical components are designed based on requirement list and the standard ISO 5167, and different solutions for each component is presented. Electrical design of measuring unit is excluded in this thesis, but component used in measuring unit (differential pressure transmitter, panel meter, barometer, and temperature sensor) is presented.
To determine accuracy of the flow meter, uncertainty for measurement is calculated based on ISO/IEC Guide 98-3.
Työssä tutustutaan tuotesuunnittelussa käytettäviin suunnittelumetodeihin kuten vaatimuslista, konseptointi ja valmistusystävällinen tuotesuunnittelu, sekä esitellään materiaalinvalintaprosessin perusteet. Lisäksi tutustutaan ilman ominaisuuksiin ja niiden muutoksiin eri muuttujien kuten lämpötilan, ilmanpaineen ja ilman kosteuden vaikutuksesta. Esitellään myös ilman virtaukseen ja ilmamäärän mittaamisen perusteet ja erilaisia tapoja mitata ilmanvirtausta.
Esiteltävien metodien pohjalta luodaan suunnitelma pienten ilmamäärien (< 15m3/h) virtausmittarin valmistamiselle. Suunnittelu kattaa kaikkien virtausmittarissa käytettävien mekaanisten komponenttien suunnittelun ja suunnittelutyö tehdään vaatimuslistan sekä standardin ISO 5167 pohjalta. Komponenttien suunnittelussa esitellään erilaisia ratkaisuja niin mekaanisen toteutuksen, kun materiaalinvalinnan suhteen. Laitteessa käytettävän mittausyksikön suunnittelu rajataan tämän työn ulkopuolelle, mutta mittausyksikössä käytettävät komponentit (paine-erolähetin, paneelimittari, barometri ja lämpötila-anturi) esitellään.
Laitteen mittaustarkkuuden määrittämiseksi sen komponenteille tehdään lopuksi epävarmuuslaskenta ISO/IEC Guide 98–3 mukaan.
In the theory part of the work many different methods for mechanical design are presented, such as requirement list, concepting and design for manufacturability. Also, basics of the material selection process is introduced. Properties of air and effect of certain variables such as temperature, pressure and humidity are presented and basics of air flow measurement and different techniques as well.
Based on theory part of the work, design for new air flow meter for small flow rates (< 15m3/h) is presented. All mechanical components are designed based on requirement list and the standard ISO 5167, and different solutions for each component is presented. Electrical design of measuring unit is excluded in this thesis, but component used in measuring unit (differential pressure transmitter, panel meter, barometer, and temperature sensor) is presented.
To determine accuracy of the flow meter, uncertainty for measurement is calculated based on ISO/IEC Guide 98-3.