Ryhmä 1: Avouomavirtaaman mittaus

Suunnitelma

Ryhmä 1: Teemu Karttunen, Tauno Meriläinen, Arttu Savolainen ja Juuso Tervo 
EYY13SY

Ilmiö jota mitataan: Avouoman virtaaman mittaaminen V-padon ja paineanturin avulla. Virtausmittaus on kanavassa tai putkessa tapahtuvaa kaasun tai nesteen liikkeen mittaamista. Kun mitataan virtauksennopeus ja lisäksi lasketaan virtausta kohtisuoraan oleva poikkipinta-ala, saadaan määritettyä virtaama

Miksi mitataan: Mitataan virtauksen nopeus ja lisäksi lasketaan virtausta kohtisuoraan oleva poikkipinta-ala, saadaan määritettyä virtaama.

Kohde: Savonia-ammattikorkeakoulun vesilaboratorion tiloissa Kuopion Technopoliksella sijaitseva avouoma-allas
 
Miten mitataan: 2 mittauspistettä, josta toisesta mitataan virtausnopeus ja toisesta vedenpinnan korkeus.

Miten haluttu asia selviää työssä: Käyttämällä paineanturia, V-patoa, virtausnopeuden mittalaitetta flowtrackeria ja laskemalla saatujen arvojen avulla

Mitattavat muuttujat 

Mittausjakso: 25 sekuntia flowtrackerilla

Mittaustiheys (resoluutio):  laite mittaa 25 sekunnin mittajaksosta keskiarvon

Mitä suureita (yksiköt):
Syvyys (mm), virtaama (l/s), virtausnopeus (m/s).

Kuva1. Allas

Kuva2. V-Pato

Toteutus

Avouoma-allas sijaitsee Savonian Ammattikorkeakoulun vesilaboratorion tiloissa Kuopion Teknopoliksella. Avouoma-altaan yhteydessä on taajuusmuuttajalla (kuvat 5 ja 6) varustettu pumppu (kuva 7), jolla vettä saadaan kierrätettyä altaassa. Pumpun käyntinopeutta nostamalla vedenpinta saadaan nousemaan altaan toisessa päässä ja virtaamaan V-padon lävitse (kuvassa 2).

Altaan virtaamaa mitattiin V-padon avulla.  Paineanturia (kuva 4) käytettiin V-padon takana ja sillä saatiin veden pinnankorkeus selville. Vähentämällä saadusta veden pinnankorkeudesta V-padon alareunan korkeus voitiin laskea veden virtaama kaavalla.

Flowtrackerilla (kuva 3) mitattiin veden virtausnopeutta avouoman pohjalla. Avouoman poikkileikkaus laskettiin mittauskohdalta, jotta saatiin laskettua virtaama kaavalla:

Kuva3. Flowtracker virtausnopeuden mittalaite

Kuva4. Paineanturi



Kuva5. Taajuusmuuttaja sisältä



Kuva6. Taajuusmuuttaja ulkoa

Kuva7. Pumppu

Tulokset

Mittauksista saatiin pinnankorkeus-, virtaama- ja virtausnopeusdataa. Altaasta mitattiin vedenpinnankorkeutta paineanturilla ja mittanauhalla ja laskettiin sen avulla vedenkorkeus V-padossa, ja siitä edelleen laskukaavalla virtaama padossa. Tarkistusmittaukset tehtiin Flowtracker mittalaitteella, josta saatiin virtausnopeusdataa. Flowtrackerin mittausvirhe on selitetty kuvassa 8.

Virtaamaa säädettiin pumppuun kytketyllä taajuusmuuttajalla (kuva 5). Taajuusalueena käytettiin 20 - 35 Hz, 5 Hz nousulla, eli mittauksia tehtiin yhteensä neljällä eri pumpun käyntinopeudella. Mittauksia olisi voinut tehdä useammillakin nopeudella, mutta aika ei riittänyt kuin neljään eri mittaukseen.

Tulokset taulukoitiin taulukkolaskentaohjelma Excelillä (taulukko1) ja myös kuvaaja piirrettiin, jossa esitetään eri menetelmillä saadut tulokset (kuvaaja1).

Kuva8. Nopeuden keskivirhe

	Taulukko1. Mittaustulokset
	Kuvaaja1. Tulokset esitettynä pumpun käyntinopeuden funktiona   Tulosten oikeellisuus ja yhteenveto   Tulosten oikeellisuus todettiin vertaamalla saatuja tuloksia aiheesta tehdyn opinnäytetyön vastaaviin tuloksiin. Tulokset olivat samansuuntaisia kuin opinnäytetyössä vastaavassa tilanteessa ja samoilla laitteilla saadut tulokset. Pientä vaihtelua oli havaittavissa pinnankorkeutta mitattaessa paineanturilla sekä mittanauhalla. Näissä esiintyi kiinteä 0,5cm poikkeama niin, että anturi näytti pienempää arvoa.  Virtaamaa laskiessa virtausnopeuden avulla virtaavan veden poikkipinta-alan mitattiin mittanauhalla ja näin tuloksissa voi olla pientä epätarkkuutta. Virtaaman kasvaessa erot eri menetelmien välillä alkoivat hieman korostua. Tulokset pysyivät kuitenkin linjassa keskenään kuten kuvaajasta 1:stä voi päätellä. Työ oli mukava, haasteellinen sekä opettavainen kokonaisuus. Virtauksen mittaaminen eri menetelmillä tuli tutuksi.

Taulukko1. Mittaustulokset

Kuvaaja1. Tulokset esitettynä pumpun käyntinopeuden funktiona

 

Tulosten oikeellisuus ja yhteenveto

 

Tulosten oikeellisuus todettiin vertaamalla saatuja tuloksia aiheesta tehdyn opinnäytetyön vastaaviin tuloksiin. Tulokset olivat samansuuntaisia kuin opinnäytetyössä vastaavassa tilanteessa ja samoilla laitteilla saadut tulokset. Pientä vaihtelua oli havaittavissa pinnankorkeutta mitattaessa paineanturilla sekä mittanauhalla. Näissä esiintyi kiinteä 0,5cm poikkeama niin, että anturi näytti pienempää arvoa.  Virtaamaa laskiessa virtausnopeuden avulla virtaavan veden poikkipinta-alan mitattiin mittanauhalla ja näin tuloksissa voi olla pientä epätarkkuutta. Virtaaman kasvaessa erot eri menetelmien välillä alkoivat hieman korostua. Tulokset pysyivät kuitenkin linjassa keskenään kuten kuvaajasta 1:stä voi päätellä.

Työ oli mukava, haasteellinen sekä opettavainen kokonaisuus. Virtauksen mittaaminen eri menetelmillä tuli tutuksi.