Kaasuvirtauksen eri mittausmenetelmiä

Abstract

Tämä insinöörityö keskittyy kaasuvirtauksen eri mittausmenelmiin. Työssä on tutkittu virtausmittareiden eroja kaasuvirtauksen mittaukseen. Virtausmittarin valinta on riippuvainen käyttökohteesta sekä virtausmittarin ominaisuuksista. Työ perustuu eri tutkimuksien vertailuun koskien virtausmittausta ja sen eri menetelmiä. Tässä työssä on käsitelty seuraavia menetelmiä: palkkianturi, terminen massavirtamittari ja ultraääneen perustuva mittari.

Työn alussa on esitetty eri virtausmittausmenetelmiä sekä käyty läpi MEMS-teknologiaa. Työssä on tutkittu virtausmittareiden historiaa, toimintaperiaatteita ja kehityksen uusia suuntauksia. Palkkianturin osiossa on käyty läpi virtausta vastustavan voiman sekä turbulenssien vaikutusta anturiin. Pulssinleveysmodulaatio ja sensorit ilman lämmittäviä elementtejä olivat osana termisen massavirtamittarin energiatehokkuuden parantamista. Kapasitiivinen ultraäänianturi sekä mukautuva pulssintoistotaajuus takasivat ultraäänianturille toimintakyvyn kuumien ja sähkömagneettisia pulsseja sisältävien kaasujen virtausmittauksessa.

Työn tuloksena voitiin huomata uusien kehitettyjen mallien yhtäläisyyksiä eri toimintaperiaatteisiin nojaavien virtausmittausten välillä. Mikrokokoiset rakenteet olivat tärkeänä tekijänä uusien menetelmien kehityksessä. Virtausmittausten kehityksen suuntana oli parempi tarkkuus, energiatehokkuus, nopeat vasteajat sekä laaja toiminta-alue.

This Bachelor’s thesis focuses on different measurement methods for gas flow. The aim of the thesis is to consider the differences of the flow meters. Selection of the meter is highly dependent on the application and features of the flow meter. This thesis is based on research papers of different measurement techniques. In this thesis the focus is on the following measurement methods: Cantilever beam, Thermal mass flow meter and Ultrasonic flow meter.

In the beginning of the thesis different flow meters and MEMS technology are introduced. History, working principle and new innovations are presented for each method. In the chapter concerning Cantilever beam, the effects of fluid drag force and turbulences are studied and the advantage of the self resonance in the beam is presented. Pulse-width modulation and omitted heating elements are part of the better energy efficiency within the thermal mass flow meter compared to the conventional methods. Capacitance Ultrasonic Transducers and adaptive Pulse Repetition Frequency enable high temperature resistance for hot pulsating gases within the ultrasonic measurement.

As an outcome it was possible to discover the similarities in the novel methods for flow measurement within the different working principles. Micro-scale structure is a key factor in many novel methods. Development in tomorrow’s flow measurement aims for better accuracy, energy efficiency, response time and operating range.