Venymäliuska-voima-anturin kehittäminen

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli suunnitella, kehittää ja valmistaa venymäliuskavoima-anturi Metropolia ammattikorkeakoulun energiatekniikkalaboratorion tuulitunnelimittauksiin. Voima-anturin kehittämisessä otettiin huomioon materiaalien, venymäliuskojen ja rakentei-den ominaisuudet. Kehitetyn voima-anturin todentaminen tehtiin tuulitunnelimittauksilla, jolloin saavutettiin riittävän pieni ja tasainen voima, joka mitattiin ja on laskennallisesti to-dennettavissa.

Voima-anturiprototyypin lineaarisuutta ja toimivuutta mitattiin tuulitunnelissa kalibrointimit-tauksilla. Tuulitunnelimittauksissa todettiin kehitetyn voima-anturin herkkyys sekä mitattiin virtausvastusvoimaa. Kaikissa tuulitunnelimittauksissa käytettiin ainoastaan yhdenlaista kappaletta, jonka muoto oli pyöreä ohut levy. Samalla kappaleella tehtiin vertailuanturille samanlaiset mittaukset.

Tulosten vertailuosuudessa verrattiin laskennallisten ja voima-antureilla mitattujen virtaus-vastusvoimien arvoja. Tuloksissa vertaillaan ostetun voima-anturin ja kehitetyn voima-anturin ominaisuuksia, herkkyyksiä ja suorituskykyä. Suorituskyvyssä huomioitiin myös voima-anturien palautumista sekä maksimivoimaa.

Tutkimuksissa mitatut virtausvastusvoimat voima-antureilla sekä lasketut ja simuloidut virtausvastusvoimat poikkesivat toisistaan noin 3,3 %. Molempien voima-antureiden mitatut virtausvastusvoimat poikkesivat 3,5 %, sekä anturien herkkyydet poikkesivat toisistaan 26,4 %.

The objective of this Bachelor’s thesis was to develop, design and construct a strain gage force transducer for the wind tunnel in the energy technology laboratory at the Metropolia University of Applied Sciences. In the development process of the force transducer we took into account material properties, machining processes, strain gages and structural properties. The verification of the developed force transducer was accomplished through-out the wind tunnel testing, whereby a sufficiently small and uniform drag force was meas-ured, which can be computationally verified.

In the theory section of this thesis the basic concepts of materials, elongation and force transducers are summarized.

In the experimental section, measurements were carried out using wind tunnel and calibra-tion measurements, with which the linearity of the force transducer was determined. Wind tunnel measurements were made in order to verify the sensitivity and measure drag forces with the developed force transducer. All of the wind tunnel measurements were made us-ing a circular shaped object. Reference wind tunnel measurements were made with the same object using the Futek force transducer.

In the results comparison section we compared calculation, simulation and measured drag force results. We compared the specifications, sensitivity and performance between the Futek built and the developed force transducer. In the performance we took into account the zero point restoration and stiffness of the transducers.

In the studies the measured drag force from the force transducers and those results from calculation and simulation differed from each other approximately 3,3 %. The measured drag force between both force transducers differed 3,5 %, and the sensitivity differed 26,4 %