소개글
"기계계측공학"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 압력 계측 실험의 목적
1.2. 보일의 법칙과 샤를의 법칙
1.3. 압력센서와 압력게이지의 사용
2. 실험 장치 및 방법
2.1. 실험 구성품
2.2. 실험 절차
2.3. Leak 테스트
3. 실험 결과 및 분석
3.1. 온도 변화에 따른 압력 변화
3.2. 이론값과 실험값 간 비교 및 보정계수 도출
4. 실험 고찰
4.1. 실험 결과에 대한 논의
4.2. 측정 오차 분석
5. 기초 계측 장치 활용 실습
5.1. 오실로스코프 및 함수발생기 실습
5.2. 멀티미터 실습
5.3. 실험 결과 분석
6. 운동하는 물체의 자세 계측 실험
6.1. 자세 계측의 필요성 및 자이로 센서 활용
6.2. Roll, Pitch, Yaw의 정의
6.3. LabVIEW 코드 분석
7. 실험 결과 및 고찰
7.1. 시간에 따른 Pitch, Yaw 각도 변화
7.2. 높이 변화에 대한 이론값과 실험값 비교
7.3. Yaw와 Pitch를 모두 고려한 분석
8. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 압력 계측 실험의 목적
Fitting 실습을 통해 만든 구조물에 압력센서와 압력게이지를 장착하여 압력을 계측하며, leak 테스트를 수행하는 것이 압력 계측 실험의 목적이다. 또한 특정부분에 연선으로 온도를 가열하여 압력 변화를 확인하고, 이상기체 상태 방정식, 보일의 법칙, 샤를의 법칙을 이용하여 수식으로 압력 변화를 예측하는 것이 실험의 목적이다.
1.2. 보일의 법칙과 샤를의 법칙
보일의 법칙은 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 나타내는 법칙이다. 보일의 법칙에 따르면 기체의 압력이 증가하면 부피가 감소하고, 기체의 압력이 감소하면 부피가 증가한다. 구체적으로 기체의 압력과 부피의 곱은 일정하다는 것으로 표현할 수 있다. 즉, 기체의 압력이 증가하면 부피가 감소하고, 기체의 압력이 감소하면 부피가 증가한다는 것이다.
한편, 샤를의 법칙은 기체의 부피와 온도 사이의 관계를 나타내는 법칙이다. 샤를의 법칙에 따르면 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도에 비례한다. 즉, 온도가 증가하면 기체의 부피도 증가하고, 온도가 감소하면 기체의 부피도 감소한다. 이는 기체 분자의 운동이 온도에 따라 달라지기 때문이다. 온도가 높아지면 기체 분자의 운동이 활발해져 부피가 증가하고, 온도가 낮아지면 기체 분자의 운동이 약해져 부피가 감소한다.
이처럼 보일의 법칙과 샤를의 법칙은 기체의 압력, 부피, 온도 사이의 관계를 설명하는 중요한 개념이다. 이러한 법칙들은 기체의 물리적 특성을 이해하고 예측하는 데 활용되며, 다양한 공학 분야에서 널리 사용되고 있다.
1.3. 압력센서와 압력게이지의 사용
압력 계측 실험에서는 압력센서와 압력게이지를 사용하여 압력을 측정한다. 압력센서는 압력의 크기를 전기 신호로 변환하여 출력하는 장치이다. 압력게이지는 압력을 직접 눈금으로 표시하여 압력의 크기를 나타내는 장치이다.
압력센서는 주로 반도체식, 변형게이지식, 정전용량식 등의 원리를 사용한다. 반도체식 압력센서는 실리콘 다이어프램에 압력이 가해지면 다이어프램의 변형에 의해 저항이 변화하는 원리를 이용한다. 변형게이지식 압력센서는 다이어프램에 부착된 변형게이지의 저항 변화를 이용한다. 정전용량식 압력센서는 압력에 따른 다이어프램의 변형으로 정전용량이 변화하는 것을 이용한다.
압력게이지는 액체 또는 기체의 압력을 직접 눈금으로 표시하여 사용자가 쉽게 압력을 확인할 수 있다. 아날로그 압력게이지의 경우 압력에 따른 지침의 움직임으로 압력을 나타내고, 디지털 압력게이지는 LCD 화면으로 압력값을 표시한다.
압력센서와 압력게이지는 압력 계측 실험에서 중요한 역할을 한다. 압력센서는 압력 변화를 감지하여 전기 신호로 출력하므로 데이터 수집 및 분석에 활용할 수 있다. 압력게이지는 압력의 크기를 직관적으로 확인할 수 있어 실험 상황을 파악하는 데 도움이 된다. 따라서 압력 계측 실험에서는 압력센서와 압력게이지를 적절히 활용하여 압력 변화를 정확히 측정하고 분석할 수 있다.
2. 실험 장치 및 방법
2.1. 실험 구성품
Fitting 구조물, 압력센서, 압력게이지, 비눗물, 테프론테이프가 실험 구성품이다. Fitting 실습을 통해 만든 구조물에 압력센서와 압력게이지를 장착하여 압력을 계측하고, 비눗물을 이용해 Leak 테스트를 수행한다. 또한 열선을 활용하여 온도 변화에 따른 압력 변화를 확인할 수 있다.
2.2. 실험 절차
실험 절차는 다음과 같다.
첫째, Fitting 실습을 통해 만든 구조물에 압력센서와 압력게이지를 장착한다. 둘째, Leak 테스트를 하기 전에 열선은 잠시 해체한다.(비눗물 묻는 것을 방지). 셋째, Leak가 없는 것을 확인하면 열선을 다시 감고 온도에 따라 압력 변화를 측정한다.. 넷째, Indicator에 전선과 열전대를 조립한다. 다섯째, 온도와 유량을 설정하여 유량 변화에 따른 온도를 계측한다.
누출시험에는 여러 종류가 있지만 여기서는 비눗물을 접합부(유니온)에 충분히 바른 뒤 공기를 흘려 보내어 접합부에서 거품이 나는지 테스트를 한다. Leak 테스트는 모든 접합부를 실시한다. 이 테스트에서 새는 곳을 못 찾을 경우 본 실험에서 압력측정에 있어서 제대로 된 결과가 나오지 않는다. 이와 같이 접합부 사이로 거품이 올라 온다면 다시 체결하고 다시 테스트를 실시한다.
마지막으로 왼쪽 온도계부터 온도1, 온도2로 놓고 실험을 하였다. 디지털 압력계(Pe)를 맨 윗 체크벨브 앞 파이프에 연결하였고 2번째 파이프(P₁)와 열선이 있는 파이프(P₂)에 각각 아날로그압력계를 연결하였다.
2.3. Leak 테스트
Leak 테스트는 누출시험에는 여러 종류가 있지만 여기서는 간단하게 비눗물을 접합부(유니온)에 충분히 바른 뒤 공기를 흘려 보내어 접합부에서 거품이 나는지 테스트를 한다. Leak 테스트는 모든 접합부를 실시한다. 이 테스트에서 새는 곳을 못 찾을 경우 본 실험에서 압력측정에 있어서 제대로 된 결과가 나오지 않는다. 이와 같이 접합부 사이로 거품이 올라 온다면 다시 체결하고 다시 테스트를 실...
참고 자료
김동권 외 7명, 기계공학실험I, 한티미디어, 74-99.
Figliola, Beasley, 강보선, 곽문규, 박익근, 박희재, 송명호, 정상화, Figliola, R. S, and Beasley, Donald E. 기계계측공학 / Richard S. Figliola, Donald E. Beasley 지음 ; 강보선 [외] 옮김 (2016) ~p125
[네이버 지식백과] 자이로 센서 [Gyro Sensor] (국방과학기술용어사전, 2011.)
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3475335&cid=58439&categoryId=58439
[기계공학실험 매뉴얼], 『2019 실험8_운동하는 물체의 자세 계측_실험매뉴얼 』, 김정환
[ 강의자료], 『실험8_강의영상 』, 유한필
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3405053&cid=47324&categoryId=47324
Kreyszig, Norminton, 서진헌, Kreyszig, Erwin, Kreyszig, Herbert, and Norminton, E. J. (Kreyszig) 공업수학 / Erwin Kreyszig 저 ; 서진헌 [외] 공역 (2012).
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