Kuumalanka-anemometri virtausmittauksissa

Tässä työssä selostetaan kuumalanka-anemometrin käyttö virtausmittauksissa. Kuumalanka-anemometrilla saadaan mitattua virtausnopeuden ja -suunnan lisäksi nopeusheilahteluja. Mittaustaajuus on tyypillisesti useita kymmeniä tuhansia mittauksia sekunnissa ja signaali on jatkuva. Nykytekniikalla pystytään helposti tallentamaan mittauslaitteistolta saatu viesti tietokoneelle ja muuntamaan se nopeudeksi. Hetkellisten nopeuksien avulla voidaan laskea turbulenttisen virtauksen ominaisuuksia, kuten turbulenssin intensiteetti ja spektri. Kuumalanka-anemometrissa lämmitetään sähköisesti ohutta lankaa, joka on mitattavassa virtauksessa. Langan sähköteho on suunnilleen yhtäsuuri kuin langasta konvektiolla siirtyvä lämpöteho. Tällöin on teoreettisesti mahdollista laskea virtausnopeus lämpötehosta lämmönsiirtokorrelaatioilla. Käytännössä laitteisto joudutaan kuitenkin erikseen kalibroimaan, mutta sähkötehon teoreettista riippuvuutta konvektiosta käytetään hyväksi. Kuumalangan lämmitettävä osuus on tyypillisesti halkaisijaltaan 5 µm ja pituudeltaan noin 1 mm. Sitä käytetään pääasiassa kaasuvirtausten mittaamiseen ja valtaosassa mittauksissa virtausaineena on ilma. Kuumalanka voi olla toteutettu kuumakalvotekniikalla, jossa halkaisijaltaan noin 50 - 70 µm paksuinen kuitu on päällystetty ohuella sähköä johtavalla kalvolla. Kuumakalvoanturin ei tarvitse olla muodoltaan sylinterimäinen, se voi olla mm. kartiomainen tai kiilamainen. Erikoispäällystetyllä kuumakalvoanturilla on mahdollista mitata myös nestevirtauksia. Mitattaessa kaasuvirtauksia kuumakalvon etuna on selvästi parempi kestävyys verrattuna kuumalankaan. Nimitystä kuumalanka-anemometri käytetään yleisesti molemmista anturityypeistä Tämän työn alussa käsitellään sylinterin yli tapahtuvaan virtaukseen liittyvää virtausmekaniikkaa ja lämmönsiirtoa. Anemometrin sähköinen osa, laitteisto ja sen kalibrointi käydään läpi. Langan suuntariippuvuuden laskentaan esitetään tarvittavat yhtälöt. Työssä esitellään kolme laitteistolla tehtyä perusmittausta: anturin kohtauskulman muuttaminen, pyörähdyssymmerisen suihkun nopeuskenttä ja tuulitunnelin rajakerros. Lisäksi esitellään yksi käytännöllinen ja vaativampi mittaus, jossa on mitattu nopeusprofiili radiaalikompressorin diffuusorin loppuosassa.

Galvanomagnetic Phenomena in Ga1_xMnxAs

In this work temperature dependences of resistivity in zero field have been obtained for epitaxially grown Ga1_xMnxAs thin films with 6 % and 8 % Mn content in 50 300 K temperature range. Decrease of resistivity has been observed. Negative magnetoresistance has been explained by empirical spin dependent hopping model. Hall effect has been studied and anomalous Hall effect, inherent to ferromagnetic materials, has been observed. Both normal and anomalous Hall coefficients have been calculated from experimental data, as well as hole densities. Activation energy of impurity level has been estimated.

Electrical and dielectric properties of uncoated and coated wood-free paper for electrophotography

The print substrate influences the print result in dry toner electrophotography, which is a widely used digital printing method. The influence of the substrate can be seen more easily in color printing, as that is a more complex process compared to monochrome printing. However, the print quality is also affected by the print substrate in grayscale printing. It is thus in the interests of both substrate producers and printing equipment manufacturers to understand the substrate properties that influence the quality of printed images in more detail. In dry toner electrophotography, the image is printed by transferring charged toner particles to the print substrate in the toner transfer nip, utilizing an electric field, in addition to the forces linked to the contact between toner particles and substrate in the nip. The toner transfer and the resulting image quality are thus influenced by the surface texture and the electrical and dielectric properties of the print substrate. In the investigation of the electrical and dielectric properties of the papers and the effects of substrate roughness, in addition to commercial papers, controlled sample sets were made on pilot paper machines and coating machines to exclude uncontrolled variables from the experiments. The electrical and dielectric properties of the papers investigated were electrical resistivity and conductivity, charge acceptance, charge decay, and the dielectric permittivity and losses at different frequencies, including the effect of temperature. The objective was to gain an understanding of how the electrical and dielectric properties are affected by normal variables in papermaking, including basis weight, material density, filler content, ion and moisture contents, and coating. In addition, the dependency of substrate resistivity on the electric field applied was investigated. Local discharging did not inhibit transfer with the paper roughness levels that are normal in electrophotographic color printing. The potential decay of paper revealed that the charge decay cannot be accurately described with a single exponential function, since in charge decay there are overlapping mechanisms of conduction and depolarization of paper. The resistivity of the paper depends on the NaCl content and exponentially on moisture content although it is also strongly dependent on the electric field applied. This dependency is influenced by the thickness, density, and filler contents of the paper. Furthermore, the Poole-Frenkel model can be applied to the resistivity of uncoated paper. The real part of the dielectric constant ε’ increases with NaCl content and relative humidity, but when these materials cannot polarize freely, the increase cannot be explained by summing the effects of their dielectric constants. Dependencies between the dielectric constant and dielectric loss factor and NaCl content, temperature, and frequency show that in the presence of a sufficient amount of moisture and NaCl, new structures with a relaxation time of the order of 10-3 s are formed in paper. The ε’ of coated papers is influenced by the addition of pigments and other coating additives with polarizable groups and due to the increase in density. The charging potential decreases and the electrical conductivity, potential decay rate, and dielectric constant of paper increase with increasing temperature. The dependencies are exponential and the temperature dependencies and their activation energies are altered by the ion content. The results have been utilized in manufacturing substrates for electrophotographic color printing.