1 PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS Aki Sorsa 2 SISÄLTÖ YLEISTÄ Mitattavuus ja mittaus käsitteinä Mittauksen vaiheet Mittausprojekti Mittaustarkkuudesta SUUREIDEN MITTAUSMENETELMIÄ Mittalaitteen osat Lämpötilan mittaus Virtausnopeuden mittaus Paineen mittaus Pinnankorkeuden mittaus Optiset mittausmenetelmät 1
3 MITATTAVUUS Jotta suure voidaan mitata, sen täytyy olla mitattavissa. Miten suureen arvo voidaan määrittää? Miten muutos suureessa voidaan havaita? 4 MITTAUS Mittaaminen tarkoittaa jonkin suureen määrän, suuruuden tai paljouden määrittämistä. pituus, paino, väri lämpötila, paine, ph, pinnankorkeus, virtausnopeus Mittauksen laadukkaaseen suorittamiseen kuuluu suunnittelu (mittauksen määrittäminen ja mittarin valinta) ja mittaaminen. 2
5 MITTAUKSEN SUUNNITTELU Mittauksen määrittäminen Mitä mitataan? Miksi mitataan? Mistä mitataan? Miten mittaustietoa voidaan hyödyntää? Mittausmenetelmän ja mittalaitteen valinta. Sopivan mittarin (menetelmä ja laite) valinta Mittarin on mitattava sitä asiaa, mitä sillä halutaan mitata. Sopiiko mittari tavoitteisiin? Mittauskohteen asettamat vaatimukset Faculty of Technology/ Department of Process and Environmental Engineering / Aki Sorsa PARI SANAA MITTAUSTARKKUUDESTA JA MITTALAITTEEN SUORITUSKYVYSTÄ 6 3
7 LÄHTEITÄ MIKES: Metrologiasta lyhyesti. http://www.mikes.fi/documents /upload/metrologiasta_lyhyesti_nettiin.pdf MIKES: Laadukkaan mittaamisen perusteet. http://www.mikes.fi /documents/upload/laadukkaan_mittaamisen_perusteet_www_fi nal.pdf TEOLLISUUDESSA YLEISESTI MITATTAVIA SUUREITA 8 Lämpötila Pinnankorkeus Virtausnopeus Paine Aineominaisuudet: tiheys, kosteus, ph, johtokyky, sakeus 4
9 MITTALAITTEENOSAT Tuntoelin / anturi tuottaa mitattavaan suureeseen verrannollisen signaalin Signaalin käsittely muuttaa anturilta tulevan signaalin sopivaan muotoon Näyttö tai osoitinkoje mittauksen tulos kerrotaan käyttäjälle Mittausarvo Signaali Signaali ANTURI SIGNAALIN KÄSITTELY NÄYTTÖ 10 LÄMPÖTILAN MITTAUS (1/5) 5
11 LÄMPÖTILAN MITTAUS (2/5) Mekaaniset mittalaitteet: bimetalli ja kapillaari 12 LÄMPÖTILAN MITTAUS (3/5) Sähköiset mittalaitteet: termoelementti (sähköisesti aktiivinen) Kaksi eri metallista tai metalliseoksesta valmistettua lankaa hitsataan toisesta päästä yhteen. Muodostuu termopari. Jos liitos- ja vertailupisteen välillä on lämpötilaero, muodostuu sähkömotorinen voima, joka on verrannollinen vain lämpötilaeroon ja lankojen materiaaliin. 6
13 LÄMPÖTILAN MITTAUS (4/5) Sähköiset mittalaitteet: vastusanturi (sähköisesti passiivinen) Metallien sähkönjohtavuus on yleensä lämpötilan funktio. Varsinainen tuntoelin on ohut metallilanka, jonka vastus mitataan. Metalleista platina ja nikkeli ovat osoittautuneet käyttökelpoisimmiksi vastusmateriaaleiksi Vastusantureiden tyyppi ilmaistaan lyhenteillä, joissa kirjainosa ilmaisee anturin metallin ja numero anturin vastuksen 0 C:ssa. Yleisin vastusanturityyppi on Pt100; ts. platinasta valmistettu anturi, jonka vastus 0 C:ssa on 100 ohmia. 14 LÄMPÖTILAN MITTAUS (5/5) Optiset mittalaitteet: pyrometri Optinen mittaus perustuu tarkasteltavan kohteen lähettämän säteilyn mittaamiseen. jokin aallonpituusalue tai koko lämpösäteilyalue Mitataan lämpösäteilyn tehoa, joka on verrannollinen lämpötilaan (Stefan-Boltzmannin laki) ei tarvitse suoraa kosketusta kohteeseen 7
15 PAINEEN MITTAUS 16 PAINEEN MITTAUS: MÄÄRITELMIÄ Tyhjiö, ilmakehän paine, absoluuttipaine, paine-ero Absoluuttipaine Ylipaine Staattinen paine Paine-ero 1 atm - ilmakehä Alipaine 0 - tyhjiö 8
17 PAINEEN MITTAUS: MANOMETRI 18 PAINEEN MITTAUS: PALKEET JA KALVORASIAT Erilaiset taivutetut kalvot, kalvorasiat ja palkeet ovat paljon käytettyjä paineen tuntoelimiä. Niissä paineen muutos aiheuttaa elastisen tuntoelimen aseman muutoksen, joka siirretään mekaanisesti tai sähkömekaanisesti näyttölaitteelle. 9
19 PAINEEN MITTAUS: VENYMÄLIUSKAT!! Venymäliuska-anturit perustuvat sähköä johtavan metallilangan vastuksen muuttumiseen johtimen venyessä ulkoisen kuormituksen vaikutuksesta. Paineen mittauksessa venymäliuska voidaan kiinnittää joustavaan kalvoon. 20 VIRTAUKSEN MITTAUS Todellinen virtausnopeus, m/s Tilavuusvirtausnopeus, m 3 / s Massavirtausnopeus, kg / s 10
21 VIRTAUKSEN MITTAUS 22 VIRTAUSMITTAUS: KURISTUSELIMET Kuristuselin on suljetussa putkessa oleva kavennus, jonka yli virtauksen suunnassa muodostuu lähes virtauksen neliöön verrannollinen paine-ero. Yleisin on kuristuslaippa 11
23 MAGNEETTINEN VIRTAUSMITTAUS Magneettisen virtausmittarin muodostaa putki, jonka poikki kulkee magneettivuo. Putken sivulla on kaksi elektrodia, joihin indusoituu virtausnopeuteen verrannollinen jännite. Magneettinen virtausmittaus soveltuu vain sähköä johtaville nesteille. 24 MAGNEETTINEN VIRTAUSMITTAUS 12
25 PINNANKORKEUDEN MITTAUS (1/4) 26 PINNANKORKEUDEN MITTAUS (2/4) Näkölasi Uimuri Punnituskammio 13
27 PINNANKORKEUDEN MITTAUS (3/4) Paineeseen perustuvat mittaukset 28 PINNANKORKEUDEN MITTAUS (4/4) Kapasitanssi Ultraääni 14
29 OPTISET MITTAUSMENETELMÄT Optiset menetelmät perustuvat esim. valon absorptioon, valon takaisinsirontaan tai valon polarisaatioon. Valon absorptioon perustuvissa menetelmissä käytetään hyväksi veden ominaisuutta absorboida eri tavalla valon eri aallonpituuksia. Valon takaisinsironnassa mitataan mitattavasta aineesta takaisin heijastunut (sironnut) valo. Optisilla menetelmillä voidaan mitata lukuisia suureita. Usein niillä mitataan aineominaisuuksia kuten tiheyttä ja sakeutta. 30 KOTITEHTÄVÄ Valitse prosessistasi kaksi mitattavaa suuretta ja perustele valintasi. Mitä mitataan? Miksi mitataan? Mistä mitataan? Miten mittaustietoa voidaan hyödyntää? Valitse mittausten tekemiseen soveltuvat menetelmät ja valitse sopivat mittalaitteet. Mitä seikkoja tulee huomioida valinnassa? Kuvaa valitsemiesi mittausmenetelmien toimintaperiaatteet. Arvioi valitsemiesi menetelmien luotettavuutta mittauskohteessaan. Merkitse käyttämäsi lähteet. Helppihetki: Ke 20.11. klo 14-16 (PR240) Palautus: Pe 22.11. Faculty of Technology/ Department of Process and Environmental Engineering / Aki Sorsa 15