1. 실험목표-PSIM을 사용하여 저주파 통과 필터(LPF), 고주파 통과 필터(HPF)의 회로를 설계하고 측정값에 따른 크기 응답과 위상 응답을 구한다. -크기응답과 위상응답의 그래프를 산출하여 저주파 통과 필터(LPF), 고주파 통과 필터(HPF)의 성능을 확인한다. 2. 이론-저항(), 인덕터(), 커패시터()에서 전압과 전류의 관계는 각각 × , × , × 이다. -저항(), 인덕터(), 커패시터()에서의 임피던스()는 각각 , , 이고 ↔(라플라스 변환)로 치환할 수 있다. -저역 통과 필터(LPF)와 고역 통과 필터(HPF)저역 통과 필터는 낮은 주파수에서는 높은 진폭이 나타나고 임계값 이상에서는 진폭이 감소하는 필터이고 고역 통과 필터는 저역 통과 필터와는 반대로 고주파에서 출력 값이 높게 나타나는 필터이다.<중 략>4. 이론값과 시뮬레이션 결과 비교주파수를 각각 100Hz, 500Hz, 1500Hz, 5000Hz, 10000Hz로 설정했을 때 PSIM 측정값에 대한 크기 응답과 위상 응답 값과, 크기 응답과 위상 응답의 이론값을 그래프 상에 나타내어 비교한다. PSIM의 AC Sweep element를 통해 얻은 크기 응답과 위상 응답 그래프는 실제 이론값 그래프와 굉장히 유사하므로 (AC Sweep element는 준 연속적인 주파수 변화에 대한 크기 응답과 위상 응답 값을 그래프 상에 나타낼 것이다.) 이 점을 이용하여 이론값과 시뮬레이션 결과 비교를 수월하게 할 수 있다.
1. 이론-실험과 관련한 기초적인 이론스트레인 게이지: 물체가 외력으로 변형될 때 등에 변형을 측정하는 측정기를 말하며, 물체에 부착시켜 측정한다. 합금 선은 인장방향의 변형을 받으면 길이가 증가하여 단면적이 감소되어 전기저항이 증가하며, 그 증가분을 측정한다. 저항측정은 원리적으로는 전기저항 측정기(Wheatstone Bridge, 휘스톤 브릿지)를 사용한다. - 휘스톤 브릿지 출력 전압, 입력전압 관계식 유도 - 저항의 변화로부터 탄성계수, 감쇠계수를 얻기 위한 공식을 서술탄성계수는 ( )감쇠계수는 ( ln (그래프의 진폭비)) 의 식을 통해 구할 수 있다.
3) 기계공학에서 많이 쓰이는 센서의 1)종류 2)원리 3)응용례⓵변형률 센서-스트레인게이지 센서대상물의 변형률 (Strain) 을 측정하는 센서이다. 대표적인 형태는 금속 포일 (metallic foil)을 지지하는 유연성 있는 후판 (얇은 플라스틱 필름) 이 있는 형태이다. -원리대상물에 접착제로 접착된다. 대상물이 변형하면 포일이 변형되어 포일의 전기적 저항이 변경된다. 이 저항의 변화는 게이지 펙터 (gauge factor) 라 불리는 값에 의해 변형률로 서로 변환될 수 있다. 계측은 보통 휘트스톤 브리지 (Wheatstone bridge) 로 한다. 아래 그림에서 터미널 (terminals)은 휘트스톤 브리지 회로와 연결된다. 스트레인 게이지는 늘어나면 저항이 증가하고 줄어들면 저항이 감소한다.-용도하중 혹은 압력 시험에서 제품에 부착하여 변형률을 측정한다. 하중이나 압력을 제거한 후에 변형률을 측정하여 잔류 변형률을 측정할 수도 있다. 정적 하중의 간단한 구조물의 경우는 해석으로 구한 변형률과 게이지로 측정한 값이 상대적으로 일치하는 편이다. 이러한 용도 이외에 압력 센서, 로드셀, 가속도 센서, 토크 센서, 변위 센서 등의 주요 부품으로 활용되기도 한다. ⓶변위센서 (LVDT-linear variable differential transformer)길이방향 변위를 측정하는 센서로 변위를 전기적 신호로 변환한다. 유도(induction) 현상을 이용하여 유도형 변위 센서로도 불린다. 이와는 달리 정전(capacitance) 현상을 이용한 정전형 변위 센서도 있다(capacitance type). -특징일반적으로 마찰이 거의 없으며 적절히 사용되면 수명을 거의 무한으로 사용할 수 있다. 다양한 분야에서 사용되며 히스테리시스(물질의 물리량이 현재의 물리적 조건만으로 결정되지 아니하고, 이전부터 그 물질이 겪어 온 상태의 변화 과정에 의하여 결정되는 현상)도 매우 적고 매우 우수한 반복성을 가진다. 교류 전원으로 작동되는 (AC operated) LVDT는 내부에 전기장치를 포함하지 않으며 극한의 진동 및 충격조건에서, 극저온에서 650°까지 사용되도록 설계되어질 수 있다.
1. 시험 목적-브리넬 경도 측정기와 로크웰 경도 측정기의 원리, 구조, 기능을 이해한다.-측정기구의 조작법을 익혀 황동, 티타늄, 듀랄루민, 탄소강, 초경합금의 브리넬 경도와 로크웰의 경도를 측정하고 측정된 경도를 통해 관련된 재료 특성을 이해한다.2. 시험에 관련된 이론-경도물체의 기계적 성질 중 무르고 단단한 정도를 나타내는 수치.단위면적당 하중 가했을 때 버틸 수 있는 정도를 나타내는 값이며 단위는 kg/mm{} ^{2}이다.-브리넬 경도강구압자를 사용하여 시험편에 구상의 압입 자국을 만들었을 때, 하중을 압입 자국의 직경으로부터 구한 압입 자국의 표면적으로 나눈 값을 말한다. HB를 브리넬 경도(kg/mm{} ^{2}), P를 가한 하중(kg), D를 강구 압자의 직경(mm), d를 압입 자국의 직경(mm) 이라고 하면H _{B} = {2P} over {pi D(D- sqrt {D ^{2} -d ^{2}} )} 이다. 단,H _{B} 의 수치에는 단위를 붙이지 않는다.본 시험에서는 직경 10mm의 압입자로 하중을 500kg에서 3000kg까지 (영역 2를 사용하기 위한 하중) 가한 후 시편에 찍힌 압흔자국의 지름을 현미경으로 관찰하여 환산표를 통해 경도수를 얻어낼 수 있다.-로크웰 경도지정된 형상의 강 구슬 또는 다이아몬드 원추 압자를 이용하여 최초에 기준하중을 가하고, 다음으로 시험하중까지 하중을 증가시킨 후, 최초의 기준하중으로 되돌아온다. 이 전후 2회의 기준하중 시에서 움푹 패인 깊이의 차로 정의되는 경도를 말한다. B경도와 C경도가 규정되어 있으며, 경도기호는 HR을 사용하고, 스케일(육안)기호, 경도의 순으로 표시한다.영역압입자에비하중본하중경도 범위 kg/mm{} ^{2}B1/16 inch 열처리된 강구10kg100kg0~130C1/16 inch diamond 압자10kg150kg0~100압입자로 시편을 터치 후 예비하중을 10kg(250-260)를 가하고 본 하중을 가한다.시편에 생긴 압흔 자국의 길이를 통해 로크웰 경도를 구할 수 있다.h가 압흔 자국의 길이라 하면HRB=130-500h`,`HRC=100-500h-HB, HRB, HRC 사이의 관계식HB= LEFT ( {HRC+192} over {88.3} RIGHT ) ^{6.21} ORHRC=88.3HB ^{6.21} -192HB= {HRB+273} over {6.49-0.048HRB} ORHRB= {HB-42} over {0.154+0.0074HB}3. 시험기의 종류 및 기구브리넬 경도 측정기제작사대경엔지니어링국적대한민국모델넘버DKB-310용도-강구의 압자를 일정한 시험하중으로 시편에 압입시켜 주로 주물, 주강제품, 금속소재 등의 경도를 측정로크웰 경도 측정기제작사대경엔지니어링국적대한민국모델넘버DKB-301용도-연질 및 경질재료의 금속에 폭넓게 사용-일정한 초하중을 작용시키고 여기에 하중을 증가시켜 초하중과 시험하중으로 인하여 발생된 자국의 깊이차로 경도 측정미세 현미경브리넬 경도 측정 시험기를 통해 얻은 압흔자국의 지름을 측정할 때 사용4. 시험 결과초경합금 탄소강 티타늄 듀랄루민 황동재료명 경도브리넬 경도 (HB)로크웰 경도스케일 B (HRB)로크웰 경도스케일 C (HRC)비고황동107103 ▶ 104.310357.656.1 ▶ 56.254.9로크웰 경도 C영역의 측정 영역에서 벗어난다.티타늄146149 ▶ 147.580.980.8 ▶ 81.081.32.01.9 ▶ 2.12.3경도가 저탄소강보다 크고 고탄소강보다는 작다듀랄루민17988.188.5 ▶ 88.488.77.47.3 ▶ 7.37.3탄소강152149 ▶ 150.014985.885.8 ▶ 85.885.73.94.1 ▶ 4.14.3로크웰 경도 C영역에서보다 B영역에서측정하기에 더 적합초경합금77.7시편의 경도가압입자의 경도보다커서 측정 불가로크웰 경도스케일 B (HRB)HB= {HRB+273} over {6.49-0.048HRB}브리넬 경도측정값과의 오차율황동56.286.820.2%티타늄81.0136.08.46%듀랄루민88.4160.911.2%탄소강85.8151.30.859%5. 시험에 대한 분석 및 소감본 시험은 항온-항습 실험실에서 진행됨. 측정기구가 흔들림 없는 책상에 놓여 오차를 최소화할 수 있는 환경이므로 실험실 환경에 대한 신뢰가 만족됨. 또한 재질증명서과 시험성적서를 통해 시편에 대한 신뢰가 확인됨. 표준시편의 경도 측정 후의 하중의 양 조정 등 측정 기구 보정이 가능하므로 기구에 대한 신뢰성 확보.초경합금의 경우 시편의 경도가 브리넬 경도 측정기와 로크웰 경도 측정기 스케일 B의 압입자의 경도보다 큼. 따라서 측정기의 압입자가 파괴될 수 있으므로 브리넬 경도와 로크웰 경도 스케일 B는 측정 불가.황동의 경우 로크웰 경도 스케일 C의 측정영역에서 벗어나 측정 불가.티타늄, 듀랄루민, 탄소강의 경도는 C영역 중 아래 영역에 위치하고 B영역 중 중간 영역에 위치. 따라서 티타늄, 듀랄루민, 탄소강은 로크웰 경도 스케일 C 값보다 로크웰 경도 스케일 B값이 더 측정하기에 적합.HB= {HRB+273} over {6.49-0.048HRB}의 식을 통해 구한 HB의 값과 브리넬 경도 측정기를 통해 구한 HB 값을 비교하면 약간의 오차율을 보이지만 거의 비슷한 값을 가짐. 브리넬 경도 측정기를 통해 구한 브리넬 경도에 경우 시편에 남은 압흔자국의 지름을 직접 미세현미경으로 관찰하기 때문에 측정자, 실험실의 환경에 따라 오차가 발생 가능. 그에 비해 로크웰 경도 측정기를 통해 비교적 정확하게 측정된 HRB값을
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