1. 실험 목적부력의 작용하는 형태의 부체들을 부체 안정 실험 장치를 사용하여 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 분석 및 계산을 수행하고 계산한 안전성에 관하여 비교하여 본다.2. 이론 설명 (부력이란?)부력이란 물체를 액체속에 넣으면 그 물체를 중력에 반하여 위로 밀어 올리려는 힘이다.쉽게 말하면 물에 뜬 물체는 잠긴 부분의 부피와 같은 물을 밀어내고 밀려난 물 무게와 같은 부력을 받는다.이를 식으로 표현 해 보면 아래와 같다.F _{B} `=`F _{b } `-`F _{t }#``````````=` rho _{f} `g(s+h)A`-` rho _{f} `gsA``=` rho _{f} `ghA`=` rho _{f} `gVrho _{f} `gV 는 판의 체적과 동일한 체적을 갖는 액체의 무게.F _{B} `=`W#rho _{f} `g`V _{s`} `=` rho _{avg.body} `g`V_{t}{V _{s}} over {V _{t}} `=` {rho _{avg.body}} over {rho _{f}}복원성선박이 물 위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할 때의 저항이나 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을 때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 성질. 홀수나 중심높이에 따라 복원력이 어떻게 변하는가, 어느 정도 횡경사 까지 견딜 수 있는가의 성능.복원력복원성을 나타내는 물리적인 양.물에 직립으로 떠있는 선박이 바람이나 파도 등에 의하여 횡경사 했을 때 다시 원래로 일어서는 힘.선박의 안정성이라 함은 화물의 이동이나 파도에 의해 평형성이 깨져서 배가 기울어 졌을 때전복되지 않고 원래의 평행상태로 돌아가려는 성질을 갖는 것을 말한다. 평형상태로 돌아가려는 힘을 복원력이라 하는데 복원력의 크기는 배가 기울어 졌을 때 배에 작용하는 중력과 부력의 작용점의 이동으로 발생하는 모멘트의 크기로 판별할 수 있다.선박이 바로 서있는 직립상태 에서 어떤 원인에 의하여 기울어지게 되면 물밑에 잠긴 선체부분의 모양이 변하므로 부심의 위치도 이동하게 된다. 이때 기울어진 후에 이동된 부심(B') 에서 수면에 수직상방향으로 향하는 새로운 부력의 작용선과 기울어지기전의 부력의 작용선은 1점에서 만나게 된다. 이 점을 메타센타라 한다.※ 횡메타센터 (transverse metacenter) : 횡경사시의 메타센터 (경심)※ 횡메타센터높이 (GM) : 선체 중심 G로부터 횡메타센터 M까지의 높이 (transverse metacenter height)3. 실험 데이터추의높이(mm)추의 수평변위당 각도(DEG )0mm15mm30mm45mmy _{1}=1050.32.54.57.0y _{2}=1650.32.85.3y _{3}=2250.33.56.5y _{4}=2850.34.38.0y _{5}=3450.35.5추의높이(mm){d theta } over {dx}(DEG /mm){dx} over {d theta }(mm/DEG )y _{1}=1050.14736.7889y _{2}=1650.16675.9988y _{3}=2250.20664.8403y _{4}=2850.25673.8956y _{5}=3450.34672.8843위 그래프는 수평변위당 각도의 변화를 나타내는 그래프이다. 추의 높이가 커질수록 기울기({d theta } over {dx})의 값이 커지는 것을 볼 수 있다. 이 의미는 곧 추의 높이가 커질수록 조금만 기울여도 더 불안정한 상태라는 의미이다. 표를 보면 이의 역수인{dx} over {d theta }는 점점 작아지는 것을 볼 수 있는데, 이는GM= {w} over {W} ( {dx} over {d theta } ) 에서{dx} over {d theta }의 값이 작아지는 것이므로,GM의 값이 작아지는 것이고, 실험 이론설명에 있던 부체 안정성 척도와 관련이 있다는 뜻이다.GM>0이면 안정적이며,GM`=`0이면 평형상태,GM`
실험 목적재료와 형태에 따라 열이 전도되는 현상이 어떻게 다른지 알 필요가 있다. 실험을 통해 열 에너지가 어떻게 이동하는지 알아보자.관련 이론 (기계공학실험교재 및 추가자료)열(heat) 혹은 내부에너지(internal energy)는 물질(고체, 액체 혹은 기체) 내부의 분자들이 진동하거나 주변을 움직이는 형태의 운동 에너지(kinetic energy)이다.뜨거운 물질이 차가운 물질과 만날 때, 운동 활동은 접촉점을 통해 전달된다. 뜨거운 물질의 분자들은 차가운 물질의 분자로 에너지를 전달한다. 이 때, 뜨거운 물질은 식혀지고 차가운 물질은 따듯해진다. 열적 평형을 이룰 때까지 뜨거운 물질에서 차가운 물질로 열이 전달된다.한 물질에서 다른 물질로 열이 전달되는 방식은 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)가 있다. 실제로 대부분 열전달은 세 방식이 동시에 일어난다.※ 전도(conduction): 한 분자가 옆 분자로 열을 가한다.※ 대류(condvection): 유체 유동(액체, 기체, 가스)에 의해 열이 전달 된다.※ 복사(radiation): 전자기 복사를 통해 열이전달된다.물질의 열전도 특성을 찾고자 할 때 대류 복사를 이용한 열 손실을 최소화 해야 한다. 단열(insulation)은 이러한 열 손실을 줄이는데 도움을 준다.이상적인 조건을 가정 할 때 , 각 실험에서 히터에 공급되는 전력은 방출하거나 전도하는 열에너지의 직접적이고 정확한 값을 제공한다. 히터로 들어가는 전력은 공급된 전압과 전류의 곱이다.W=V TIMESI여기서 W는 전력, V는 히터에 걸리는 전압, I는 히터를 지나는 전류량을 의미열량 또는 열에너지(Q)는 일반적으로 줄(J)로 표현된 에너지의 양이다 열에너지 전달률은 주어진 시간에 전달된 열량(Q/t)이다{Q} over {t} = {dot{Q}} 전력의 단위(와트)는 또한 에너지 전달 속도(1초다 1J)의 측정값이며.W= {dot{Q}} 이는 히터에 공급되는 전기 에너지의 비율이 히터의 에적과 두께를 계산한다는 점이 다르다. 물론 이것은 내부 및 외부 반경과 디스크의 두께(L)가 필요하다{dot{Q}} = {2 PI kl} over {ln( {r2} over {r1} )} (T_{1} -T_{2} )``or`W= {2 PI kl} over {ln( {r2} over {r1} )} (T_{1} -T_{2} )` 또는k`=` {W TIMES ln( {r _{2}} over {r _{1}} )} over {2 pi L(T _{1} -T _{2} )} ```and``T _{1} ``-` {W TIMES ln( {r _{2}} over {r _{1}} )} over {2 pi Lk} `=`T _{2}각 열전쌍 사이의 디스크 조각은 재료의 링이다. 링의 반경이 커지면 면적이 커지므로 디스크의 온도 구배는 선형 열전달 실험에서와 같은 직선이 아니다. 이 선은 2차 함수를 따르는 곡선으로 나타난다.열전도도는 물질이 열을 얼마나 잘 전도하는지 측정하는 척도이다. 대상의 열전도도를 확인하려면 재질의 열적 특성과 치수가 필요하다.Thermal Conductance:(G)=k {A} over {L} `in`W BULLETK ^{-1} 열 저항은 열전도도의 역수관계로 물체가 열에 저항하는 방식과 치수 및 열전도율에 의해 결정되는 척도이다. 이값은 열전달을 방지하거나 건물이나 건물의 일부를 단열해야하는 엔지니어에게 유용하다.Thermal Resistance:(R)=k {A} over {L} ` IN`W BULLETK ^{-1} 열 저항의 수학은 간단하다. 접촉하는 여러 객체의 전반적인 열 저항을 찾아야 할 때 열 저항을 함께 찾아야 할 때 열 저항을 함께 추가하기만 하면 된다. 또는 전반적인 열 저항과 샌드위치를 만드는 열 저항을 제외한 모든 것을 알고 있는 경우, 간단한 계산을 사용하여 누락 된 열 저항 값을 찾을 수 있다.열 저항으로부터 식을 재배치하여 재료의 열전도율 또는 재료의 총 열전도율을 찾을 수 있다.k= {L} over {RA} 여기서 A는 물체 간 접촉접촉점의 면적을 증가시키면 접촉저항이 감소될 수 있다. 그러한 증가는 결합압력을 증가시키거나 접촉표면의 거칠기를 감소시킴으로써 가능하다. 접촉저항은 열전도율이 큰 접촉 공간 유체를 선택함으로써 감소시킬 수 있다.접촉저항을 예측할 수 있는 이론들이 개발되었지만, 가장 믿을만한 결과는 실험적으로 얻은 것들이다. 금속 접촉면에 가한 하중의 효과를 다음 장의 표를 통해 볼 수 있다.이번에는 원통형에서 위에서 했던 것과 마찬가지로 열저항을 구하는 법을 유도해보겠다.열발생이 없고 정상상태 조건에 대하여 열방정식은{1} over {r} {d} over {dr} (kr {dT} over {dr} )=0로 나타낼 수 있고 열전도율은q _{r} =k(2 pirL) {dT} over {dr}로 나타낼 수 있다. 열방정식의 일반해를 구하면 열방정식을 T에 대해서 적분하고 다음과 같은 경계조건을 도입하여T(r _{1} )=T _{s,1} ,``T(r _{2} )=T _{s,2} 적분 상수를 구하면T(r)= {T _{s,1} -T _{s,2}} over {ln(r _{1} /r _{2} )} ln( {r} over {r _{2}} )+T _{s,2}를 얻을 수 있다. 이 일반해를 열전도율의 식에 대입하면q _{r} = {2 piLk(T _{s,1} -T _{s,2} )} over {ln(r _{2} /r _{1} )}을 구할 수 있다.그래서 열저항R _{t,cond} = {ln(r _{2} /r _{1} )} over {2 piLk}이 구해진다.실험 1 ? 1 선형 열전도 실험 (황동)Power(W)T1( DEG C)T2( DEG C)T3( DEG C)T4( DEG C)T5( DEG C)T6( DEG C)T7( DEG C)2045.441.437.432.127.223.419.62550.145.440.734.528.924.620.43056.651.045.438.031.526.421.5Distance from T1 (m)00.020.040.060.080.100.121. 각 출력에 대해 온도120W/mK오차9.67%19.08%20.92%W가 커질수록 실험값이 크게 측정되었고, 오차가 커지는 것을 확인할 수 있었다. W가 커지면서 자연스레 온도가 상승하였고, 아래 2차곡선 형태로 상승하는 황동의 열 전도계수 참고자료를 보더라도 자연스러운 현상이라고 할 수 있다.그러나 오차는 피할 수 없었는데, 이 오차의 원인에는 다양한 이유가 있다. 첫 번째로 이론값에 사용된 황동은 실험에 사용된 황동과 불순물의 정도가 다르다. 즉 순도가 다르다는 의미이다. 그렇기 때문에 불순물이 열 전도를 방해하여 이론값과 다르게 나왔을 가능성이 높다. 또한, 에너지 보존의 법칙에 의해 열을 단열시켜서 실험을 진행하여야 하는데, 이번 실험에서는 대기 중으로 열이 일정량 방출되었을 것 이라고 생각된다.그리고q=A {T _{1} -T _{7}} over {sum _{} ^{} R}라는 식이 있었다. 여기서 변화를 주어서 생각해 볼 값은 R이다. R은 저항으로, 접촉할 때의 저항을 의미한다.sum _{} ^{} R= {L _{1}} over {k _{a} A} + {L _{2}} over {k _{a} A} +.....=R _{접촉저항} + {L _{1}} over {k _{b} A} + {L _{2}} over {k _{b} A} +.... 이 값이 접촉저항이 없을 때의 값과 같아지기 위해서 열 전도도값이 더 커져야하기 때문에 실험값과 이론값이 차이가 나는 것이다. 그 외에도 단위의 스케일이 작다던지(Round off error), 하는 다양한 기계적 오차도 발생했을 것 이라고 생각된다.5. 이 실험을 통해 무엇을 알 수 있었는가?이 실험을 통해서 열 전달이 이루어 지기 위해서는 어떤 변수들이 작용하고, 그 변수들의 증감에 따라 열 전도도가 어떻게 변하는 등의 간단한 생각을 해 볼 수 있었다. 예로 라면을 끓일 때, 나무젓가락으로 끓이면 손이 뜨겁지 않지만 쇠젓가락(철)로 끓이면 손으로 국물의 뜨거움이 전해져 오는 것을 느낄 수 있다. 그리고 그 라면을 유리그릇에 담으면 별로 안 {dx} 에서 A, q 값이 일정한데, k 값이 커지면 온도구배의 값이 낮아지고, 열 전도도값이 작아지면 온도구배값이 커진다고 확인할 수 있다.3. 중산 섹션의 위치를 그래프에 나타내고 구간을 세 개로 나눈다. 그 후 각 구간마다 fit line을 그려라.(fit line은 연하고, 원래 선형 그래프라서 잘 보이지 않는다.)실험 2 - 1 방사 열전도 실험 (황동)Power(W)T1( DEG C)T2( DEG C)T3( DEG C)T4( DEG C)T5( DEG C)T6( DEG C)T7( DEG C)3028.725.823.221.520.218.817.74033.829.826.424.122.220.519.15038.633.729.526.624.222.020.36043.237.432.428.826.023.421.47048.041.235.431.327.925.022.6Distance from T1 (m)0.020.030.040.050.060.070.081. 각 출력에 대해 온도를 기록한 결과로부터 디스크의 위치 변화에 따른 온도 그래프를 그려라2. 실험값 (T _{1}과 이론식으로부터T _{2}를 구하라. 이렇게 구한T _{2} 로T _{3}을 구하라. 이와 같은 방식으로 계산한 이론값의 그래프와 실험 그래프를 비교하라. (3번 밑에 첨부.)3. 양 끝단 온도T _{1},T _{7}의 반경, 두께, 히터 출력을 이용해 황동 디스크의 열전도도를 계산하라.30W에서k= {q TIMES ln {r _{7}} over {r _{1}}} over {2 pi L(T _{1} -T _{7} )} = {30 TIMES ln {0.08} over {0.02}} over {2 pi TIMES 0.005(28.7-17.7)} =120.347W/m BULLET K40W에서k= {q TIMES ln {r _{7}} over {r _{1}}} over {2 pi L(T _{1} -T _{7} )} = {40 TIMES ln {0.08} over {0.02}} over {2 pi TIMES
마이크로표면측정2019 / 05 / 29 (수)1. 실험 목적본 실험에서는 마이크로 디바이스(micro-device, MEMS)에서 중요한 요소의 하나인 표면특성에 대하여 알아본다. 접촉각(contact angle) 측정을 통하여 표면의 친수성(hydrophilicity)와 소수성(hydrophobicity)에 대해 조사해보고, 이를 통하여 마이크로 디바이스로의 응용과 표면개질(surface modification)에 대하여 고찰해 본다.2. 이론적 배경1) 접촉각(surface angle)접촉각이란 액체가 고체표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 액체 면이 고체표면과 이루는 각을 말한다. 접촉각은 고체표면의 젖음성(wettability)을 나타내는 척도로써, 일반적인 개념은 고체 평면위에 작은 액체방울이 놓일 때 액체 면의 모양으로부터 접촉각을 정의할 수 있다.그림 5-1에서 기체, 액체, 고체 3상의 열역학적 평형상태에서 액체의 표면장력을gamma _{LG}, 고체의 표면장력을gamma _{SG}, 고체/액체 계면장력을gamma _{SL}이라 할 때, 평형을 이루기 위한 영의 방정식(Young’s Equation)을 만족하여야 한다.gamma _{SL} `-` gamma _{SG} `+` gamma _{LG} `cos theta ``=`0위 식에서gamma (1+cos theta )`=` DELTA W _{SLV} 로 나타낼 수 있다. 여기서DELTA W _{SLV} 는 고체, 액체 표면 단위면적당 부착에너지를 뜻한다.★증명 과정 도출해보기★먼저gamma _{SL} `-` gamma _{SG} `+` gamma _{LG} `cos theta ``=`0 를 증명해보자. 힘의 평형 공식에서larrow `+` sum _{} ^{} `F _{x} ``=``0 이므로gamma (1+cos theta )`=` DELTA W _{SLV} 는접촉각은 표면 재질의 친수성(hydropilicity) 과 소수성(hydrophobicity)의 경향을 한번에 알 수 있기 때문수 있다.(4) Captive drop methodCaptive drop 방법은 동접촉각을 측정하는 방법이다. 액체를 sample위에 떨어진 액체의 양을 서서히 증가시키면서 고체-기체-액체의 3상의 계면을 관찰한다. 계면이 움직이기 바로 직전의 각을 전진 각(advancing angle)이라하고, 액체의 양을 감소시킴에 따라 3상의 계면이 움직이기 바로 직전의 각을 후진 각(receding angle)이라 한다.이 방법들 중 우리가 실험에 사용한 방법은 1번 방법이다. 1번 실험의 방법을 소개하면,3. 실험방법① 주사기에 water(물)를 주입한다.② surface mode를 선택한다.③ comment를 작성한다.④ 현미경의 초점을 맞춘다.⑤ liquid를 선택한다.⑥ substrate를 입력한다.⑦ liquid를 접근시켜 substrate와 contact한다.⑧ contact이 되면 영상을 capture한다.⑨ mode에 맞추어 측정한다.⑩ 수동으로 직접 점을 찍어 계산한다. (Manual 1, 2) , 2번씩 실행하고 기록한다.4. 실험결과Liquid : Water Substrate : GlassNo.Left Angle (DEG )Right Angle (DEG )Average angle (DEG )Adhesion energyMode187.985.586.776.99manual 1287.785.586.677.12manual 2Liquid : Water Substrate : Si waferNo.Left Angle (DEG )Right Angle (DEG )Average angle (DEG )Adhesion energyMode184.772.878.887.00manual 1277.375.176.290.17manual 2Liquid : Water Substrate : PDMSNo.Left Angle (DEG )Right Angle (DEG )Average angle (DEG )Adhesion energyMode183.285.484.380.03manual 1277.37er < glass < PDMS glass > PDMS를 가졌다. 놀랍게도 세 가지 시편 모두 친수성을 가지는 것이었다. 사실은 원래 Si wafer와 PDMS는 소수성 물질 이여서 접촉각이 90DEG 를 넘어가야 한다. 그렇지만 공기 중에 오래 노출되면서 산화막을 형성하여 친수성으로 변한 것이라고 할 수 있다. 만약 공기에 노출되지 않은, 막 제작해 온 Si wafer와 PDMS를 사용한다면, 접촉각은 90DEG 를 넘어갔을 것이다. 젖음성은 물이 표면에 얼마나 퍼져, 표면이 젖는지를 나타내는 기준이다. 물방울과 표면의 각도가 작을수록, 젖음성이 큰 것으로 이해할 수 있다. 즉 접촉각과 반비례 관계를 나타낸다. (표면 에너지와 비례) 실험은 생각보다 매우 단순하여 조교님이 먼저 시범을 처음부터 끝까지 보여주신 후, 지원을 받아 몇 명씩 직접 해보는 것으로 진행되었다. 여기서 직접 해본 결과 큰 오점을 발견하게 되었는데, 이 모든 것을 손으로 작업한다는 점이다. 애초에 시편을 현미경 위에 얹을 때도 시편이 수평이 아니었고, Manual 1,2 는 일일이 실험자가 손으로 포인트를 잡아서 측정한다는 사실이 너무 단순했었다. 게다가 주사기에서 나오는 물도 거의 일정하겠지만 완벽히 같다고 할 수는 없으므로 오차의 원인에 포함된다.그리고 실험 후반부에 밑에보이는 플라즈마 클리너라는 것을 이용하여 표면개질을 해주고 나니, 소수성을 띄는 시편이 엄청나게 친수성을 띄는 것을 알 수 있었다. 하지만 영구적으로 친수성을 띄지는 않고, 시간이 지나면 다시 소수성으로 돌아온다고 한다. 플라즈마 처리를 한 두 재료를 서로 붙이면 강한 접착력이 발휘되어 잘 떨어지지 않는다는 신기한 사실도 알아낼 수 있었다.이번 실험을 통하여 접촉각에 따른 특성값들이 어떻게 되는지 공부할 수 있었고, 플라즈마 뿐 아닌 표면개질을 통하여 표면의 특성을 바꿀 수 있다는 신기한 사실도 알게 되었다. 보고서를 쓰면서 많은 것을 배울 수 있었던 실험이었다.4) Micro fluidic device에 대하여 2미생물에 대한 연구는 우주생물학의 새로운 연구 주제로 국제적인 주목을 받고 있다. 이러한 극지 미생물의 주위 환경 변화에 대한연구를 위해서는 주위 환경의 변화에 따른 미생물의 변화를 개별적으로 실험해야 하므로 다수의 반복적인 실험이 필요하다. 특별히 온도에 따른 미생물의 형태 변화 분석을 위해서는 각각 온도 환경을 구성하고 이에 대한 미생물의 형태 변화를 분석해야 하므로 많은 시간과 비용이 든다.이를 해결하기 위하여 우리는 미세유체 장치를 이용하여 주위 온도 변화에 따른 극지 미생물의 형태 변화를 분석하였다. 그 이유는 미세유체 장치가 일반적인 실험방법에 비하여 간편하며, 소량의 원료만으로도 고속 대량분석 (High Throughput Screening)이 가능하기 때문이다. 본 연구에서는 고속 대량분석을 위하여 온도구배가 있는 미세유체 장치를 제작하고 장치 내에서 각 온도에 대한 극지 미생물의 형태 변화를 단시간 내에 분석하였다.표면 강화 라만 분광법(SERS; Surface Enhanced Raman Spectroscopy)은 마취제, 독소 및 폭발물 등과 같은 미량의 원소를 감지할 수 있는 강력한 분석 도구이다. 이러한 검출은 레이저로부터 유래한 빛과 상호 작용하는 다른 물질의 분자가 빛을 다르게 산란시켜, 지문처럼 물질을 규명하는데 사용할 수 있는 독특한 스펙트럼을 제공한다. 검출에 있어서 핵심은 빛의 전기장을 핫 스팟(hot-spot)에 집중시키는 은 나노입자의 작은 클러스터에 의해 제공되는 강화에 있다. 핫 스팟에서 발견된 분자는 집중되는 전기장을 경험하고 매우 강력한 SERS 신호를 제공한다.최근 미국 캘리포니아 대학 소속의 연구진이 수행한 연구에서, 연구진은 타액에 있는 메탐페타민(methamphetamine) 분자와 은 나노입자(silver nanoparticle) 사이에 상호 작용을 조직하기 위하여 미세유체역학 장치(microfluidic device)를 사용했다.미세유체역학 장치는 나노입자와 시료의 제어된 도입을 가능하게 해주고, 이어지는 분자는 원자로 해리되고 또다시 전자와 양전하를 가진 이온으로 전리된다.이와 같이 고온에서 전자와 이온으로 분리된 기체로서 그 전리도가 남은 중성원자에 비해 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하수가 거의 같아서 중성을 띠고 있는 기체를 플라즈마라 부른다.이렇게 이루어진 전리기체 플라즈마는 흔한 중성 기체와는 그 전기적 성격으로 인하여 근본적으로 다르며 이 까닭에 플라즈마를 "제 4의 물질 상태"라고 부른다.플라즈마의 발생원리는 아래의 그림과 같이 전자가 전기장으로부터 에너지를 얻는 전자가열 과정과 중성입자의 전자를 떼어내는 이온화 과정을 통해 발생하는 것이다. 자유 전자가 많으므로 좋은 도체로 볼 수 있다. 기본적으로 도체, 금속과 다른 점은 이온도 움직인다는 점이다.이온화 과정플라즈마를 분류하는 것은 하전입자가 얼마나 많이 있으며, 얼마나 고에너지 상태로 존재하고 있는가가 기준이 될 것인데, 플라즈마 전체는 전기적으로 준중성 상태에 있으므로 하전 입자의 밀도를 플라즈마 밀도라 하며, 이온화의 주체가 되는 전자의 에너지를 온도로 나타내어 이들 두 변수들 값으로 플라즈마의 종류를 구분하는 것이 보통이다.아래의 그림과 같이 근래에 특히 많은 산업, 기술 분야에서 관심을 가지고 있는 플라즈마는 밀도와 온도값에서 중간값의 범위에 속해있는 고밀도, 저온 플라즈마들이다.전기적 특징플라즈마는 원자나 분자에 속박되지 않는 전자를 많이 갖고 있기 때문에 외부에서 전계를 걸어주면 전류를 흘릴 수 있는 특성이 있다. 전기 전도도는 일반고체와는 달리 온도가 올라갈수록 증가하며, 온도가 약 1000만도 이상일 때 구리와 같이 전기 전도도 값을 가지게된다.자기적 특징플라즈마 내부에 있는 전자와 이온들은 자계를 걸어주면 운동방향이 자계방향과 직각으로 원 운동하게 되며 이러한 방식으로 플라즈마를 한쪽에 잡아 놓을 수 있게 되고, 플라즈마의 밀도를 원하는 곳에 집중시킬 수 있다. 높은 밀도의 플라즈마는 전기저항이 낮아지게 된다. 이러한 자기적 특성을 이용하면 전압을 상승시키지 않고 다.
내연기관 실험2019 / 03 / 20 (수)1. 실험 목적내연기관의 엔진 성능은 여러인자들에 의해 변화하게 됩니다. 각종인자들은 성능시험을 통하여 얻은 수치들을 이론적인 식을 통해 도출할 수 있으며, 이 인자들은 서로 어떤 관계가 있으며, 이 인자들이 성능에 미치는 영향을 검토하고 생각해 보는 것이 실험의 목적입니다.2. 이론적 배경이번 실험에서는 물을 넣었을 때와 넣지 않았을 때 (장애물의 유무)에 따른 엔진의 회전수, 토크, 공기 유량, 배기가스 온도, 연료 소비시간을 측정하여 이론적인 계산식을 통해 제동출력, 연료 유량 등을 알아낼 수 있습니다.동력P_{ B}는P _{B} = {2 piN} over {60} TIMEST 라는 식으로 도출할 수 있고,연료소비율은S.F.C = { {dot { m} _{ f} TIMES10 ^{ 3} } } over { P _{ B} } 로 나타낼 수 있습니다.(rho는 연료의 밀도,{dot{m}} _{ f} 는 사용 연료의 mass flow rate,t는 연료 유량계 안에 있던 연료가 소비된 시간,F는 측정시간동안 소비한 연료량입니다.)공연비는R= {{dot{m _{a}}}} over {{dot{m _{f}}}} 로 나타내며({dot{m _{a}}} 는 공기의 mass flow rate,{dot{m}} _{ f} 는 사용 연료의 mass flow rate입니다.)체적효율은eta _{v} = {{dot{m _{a}}}} over {60} TIMES {2} over {N} TIMES {1} over {rho _{a} V _{s}} = {2 {dot{m _{a}}}} over {60 rho _{a} N} TIMES {1} over {V _{s}} = {V _{1}} over {V _{s}} 로 나타낼 수 있으며, 이는 이론적으로 기관으로 흡입되는 공기의 부피와 실제 기관으로 흡입되는 공기의 부피 간의 비로 도출할 수 있습니다. 체적효율의 감소는 곧 동력의 감소입니다. 따라서 이 체적효율은 기관성능의 중요한 인자입니다.(V _{1상입니다. 이러한 이유로 입자상 물질의 배출이 많고, 또한 벤조피렌과 같은 발암성 물질이 다량 함유되어 있습니다. 디젤기관에서 배출되는 유해 물질 중에서 CO, HC, NO_{ x} 및 PM이 다량 함유되어 있습니다.도시 평균 유효압력 (P _{i}) 은{매회`기계적`사이클에서`실린더당`도시출력`[N BULLETm]} over {실린더당`행정체적`[`m ^{3} ]}으로 나타 낼 수 있으며제동 평균 유효압력 (P _{b}) 은{매회`기계적`사이클에서`실린더당`제동출력`[N BULLETm]} over {실린더당`행정체적`[`m ^{3} ]}으로 나타 낼 수 있습니다.제동 동력은제동 동력 =P _{b} LAN^{'} = P _{ b}(LAn)N ^{ *}=P _{ b}V _{ s}N ^{ *}마찰 평균 유효압력 (P _{f}) 은P _{f} =P _{i} -P _{b} 로 나타낼 수 있으며기계효율은eta _{m} = {제동출력} over {도시출력} = {bmep} over {imep}로 표현할 수 있습니다.열발생률은본 실험에서는 측정된 압력으로부터 열발생율을 계산합니다.Q`=` {1} over {k-1} (V {dp} over {d theta} +kP {dV} over {d theta} )(k=비열비 , P =압력, V = 체적,theta = 크랭크 각)착화지연기간이란연료분사가 시작되어도 즉시 연소가 일어나지 않으며, 압력도 압축선 이상으로 상승하지 않는데, 이 때 연료가 실린더 내에 분사된 후 연소가 시작될 때까지 연료가 증발하는 데 요구되는 시간을 의미한다. 이 기간은 디젤기관의 성능 및 배출가스에 큰 영향을 미칩니다.예혼합연소기간이란착화지연기간동안 분사된 연료가 공기와 혼합되어 한 곳 또는 여러 곳에서 일시에 발화를 일으켜서 급격한 압력상승을 동반하며, 연소가 진행되는 기간입니다. 연료의 분사량과 증발 및 확산속도 등에 영향을 미칩니다.제어연소기간이란압력상승률이 감소하는 시기부터 최고압력 발생점까지의 기간을 말합니다.열발생률이 최고치에다다르며, 연소과정이 ⑤⑥공연비⑦⑧체적효율⑨⑩제동열효율⑪⑫4. 그래프이 그래프는 RPM 과 토크의 상관관계를 나타낸 그래프입니다. RPM이 높아짐에 따라 토크가 낮아진 것을 볼 수 있습니다. 솔직히 처음에 좀 이상하게 생각했습니다. rpm이 높아지면 당연히 비트는 힘이 세져야 하는 것이 아닌가? 라고 말이죠. 그런데 조금만 생각을 바꿔보았습니다. 토크가 높으면 치고 나가는 힘이 세다고 널리 알려져있습니다. 자동차가 오르막길에 올라갈 때 1단기어를 넣는지 고단기어를 넣는지 생각해보면 당연한 결과입니다. (1단기어를 넣으면 토크는 크고 RPM은 적습니다.)그러나 토크와 RPM의 상관관계는 이런 식으로 일정구간에서만 비례하는 양상을 보입니다. 실험은 우연히 일정구간에서 일어났다고 생각합니다.이 그래프는 RPM 과 제동출력의 상관관계를 나타낸 그래프입니다. RPM이 높아짐에 따라 제동출력이 높아진 것을 볼 수 있습니다. 이것은이것과 같이 대체적으로 비례하는 모습을 보였으나 엔진에 따라 다를 수도 있다고합니다. 실제로 토크와 rpm의 관계처럼 정비례관계가 아닌 그래프도 간혹 볼 수 있었습니다. 우선 일반적으로 정비례하는 모습을 보이므로 분석을 해보겠습니다. 제동마력은 RPM과 토크의 곱으로 나타내고, 그 단위는 W(와트)입니다. 즉 단위시간당 한 일을 의미하는 것이죠. 결국 토크가 크면 자동차의 치고나가는 힘이 좋다고 많이 알려져 있는 이유가 여기서 나왔다고 생각합니다. 단위시간당 한 일은 당연히 고 RPM일 때 높은 것이며 이를 그래프로 볼 수 있었습니다.이 그래프는 RPM 과 공연비의 상관관계를 나타낸 그래프입니다. RPM이 높아짐에 따라 공연비가 높아진 것을 볼 수 있습니다. 공연비는 공기의 유량과 연료의 유량에 관계가 있는 요소입니다. 이것 또한 rpm이 높다고 해서 공연비가 좋아진 게 아니라, rpm이 높지만 그만큼 장애물이 없었고, 자유롭게 방해받지않고 엔진이 회전할 수 있었으므로 연비가 좋았다고 생각합니다.이 그래프는 RPM 과 연료소비율의 상관관계를 나타낸 그래프입니다. RP은 하락하고, 공연비가 떨어졌으며 체적효율, 제동 열효율 모두 하락한 걸 알 수 있었습니다. 이것은 자동차에 관심이 많은 저에게는 어찌보면 굉장히 당연한 현상이었고, 이를 직접 계산해보고 눈으로 보니 신기함을 느꼈습니다. 체적효율이 1이 넘을것이라고 조교님께서 말씀하셨는데 실제로 1이 넘어서, 제 생각에는 공식이 틀린 게 없고 실린더에 이상이 없다면, 공기 유량이 잘못 측정되었을 것이라고 생각합니다. (체적효율 계산공식에 공기 유량의 성분이 있으므로) 이번 실험으로 rpm이 높다고 해서 무조건 토크가 낮지만은 않다는, 이러한 정보들은 비교할 수 있는 대상이 2개 밖에 없어 전체집단을 알 수 없었지만, 저항을 넣으면서 성능이 상승할 수는 없다는 것은 확실히 알게 되었고, 앞으로 차량을 운전할 때에 엔진에 각별한 신경을 써서 저항을 없애 연비와 효율을 높여야겠다는 생각도 하게 되었습니다.6. 추가 과제① SI CI 기관 특징 장단점SI 기관이란 간단히 말하자면 불꽃점화 기관을 의미하고, CI 기관은 압축점화 기관을 뜻합니다. 더 쉽게 말하자면 SI 기관은 일반적으로 가솔린 기관이며, CI 기관은 일반적으로 디젤기관을 뜻합니다.SI 기관은 연료와 공기의 혼합기를 실린더 속에 흡입하여 압축하고 여기에 전기적으로 불꽃을 방전시켜 점화, 연소시키는 내연기관을 의미합니다. 일반적으로 고압불꽃점화방식이 사용되고, 전원으로는 축전지를 사용하는 것과 자석발전기를 사용하는 방식이 있습니다.CI 기관은 이와 같이 실린더의 용적에 따라 거의 일정한 공기가 흡입되기 때문에 엔진에 걸리는 부담이 적고, 연료의 분사량이 적은 상태에서는 충분한 공기가 있어 완전 연소가 된다. 그러나 엔진에 부하가 최대로 걸린 상태에서 연료를 많이 분사하면 공기의 부족으로 인해 불완전 연소가 되기 때문에 그을음이 생성되어 매연을 발생하게 됩니다. 이 두 기관을 그림으로 나타내면 다음과 같습니다.SI 기관은 가솔린과 공기가 충분히 섞인 상태의 혼합기에 전기불꽃으로 점화하기 때문에 바로 연소가 되어 효율적이며,서는 저온열원으로 열량 Qout을 방출하고, 이어서 4 → 1의 등 엔트로피 압축과정을 거쳐, 상태 1로 복귀하여 사이클 1 → 2 → 3 → 4를 완성합니다.카르노 사이클의 이론열효율(ηthc)을 구하면, 다음과 같습니다.카르노 기관의 열효율은 저온부와 고온부의 온도에만 관계하며 저온부의 온도가 낮거나 고온부의 온도가 높을수록 열효율을 높일 수 있다. 카르노 기관은 이상적인 기관이므로 카르노 기관보다 열효율이 높은 기관은 존재할 수 없다. 또한 열효율이 1이 되려면 고온부의 온도가 무한대가 되거나 저온부의 온도가 0 K가 되어야 하는데 이는 있을 수 없으므로 카르노 기관의 열효율도 1이 되는 경우는 없다. 카르노 기관은 이상적인 가역 열기관으로 카르노 기관보다 열효율이 높은 기관은 있을 수 없으며 카르노 기관의 경우에도 열효율은 1보다 작은 것을 알 수 있다. 이것은 열역학 제1법칙으로 설명되지 않는 현상으로 켈빈은 다음과 같은 열역학 제2법칙을 제시하였다.열역학 제2법칙: 한 열원으로부터 얻은 열을 모두 일로 바꿀 수는 없다.③ 노크 현상의 원인 및 해결방법노킹현상은 문을 똑똑 두드리는 것과 같은 소리가 난다고 해서 붙여진 이름으로 추측됩니다. 피스톤이 일정한 위치까지 올라온 뒤 폭발을 해야하는데, 올라가는 도중 폭발이 일어나 이 폭발력이 망치의 역할을 하여 피스톤을 때리는 현상을 노킹현상이라고 합니다. 이 현상이 일어나면 출력이 저하되고 그에 따라 엔진의 수명도 감소합니다. 이 현상의 원인은 엔진의 과열, 실린더 내 탄소찌꺼기, 발화점이 불안정한 질 낮은 연료 등 다양합니다. 저는 평소에 고급승용차나 외제차량의 경우, 노킹현상을 방지하기 위해 고급휘발유를 넣으라는 말을 많이 들어보았습니다. 이것은 고급휘발유가 일반 휘발유에비해 옥탄가가 높아 노킹을 방지하게 해준다는 원리입니다. 그 외에도 수동기어 차량을 고속기어 셋팅 후 저속주행 금지, 엔진오일 교환, 충분한 예열 등이 방지법이며, 이미 노킹현상이 있는 엔진의 경우에는 점화플러그, 점화코일, 인젝터 등 작한다.
1. 실험 목적눈금에 따라 치수를 읽을 수 있는 연속측정방식의 길이측정을 실험하고 측정분해능과 측정방식에 따라 알아본다.즉, 자, 버니어 캘리퍼스, 하이트 게이지, 마이크로미터, 피치 게이지의 원리와 읽는 법을 알고 직접 시편을 측정한다.2. 이론적 배경① 아베의 원리와 아베 오프셋아베의 원리란, 콤퍼레이터의 원리라고도 하며, 간단하게 측정 축과 눈금은 측정방향에 있어 일직선 상에 배치되어야 한다는 것이다. 즉, 길이 측정시 오차를 최소로 줄이기 위해 물체의 길이를 기준이 되는 척도와 일직선상에 나란히 세워 놓아야 한다는 것으로 E.Abbe라는 사람이 생각해낸 원리이다.측정기의 제작상 피할 수 없는 결함이 측정오차에 미치는 영향을 최소로 하기 위한 것이다.첫 번째 그림은, 측정단자가 접촉한 상태로 척도의 눈금은 0이 된다. 두 번째 그림은, 측정단자 사이에 물체를 끼운 상태로, 만일 측정기가 올바르게 제작되어 있다면 척도의 눈금은 물체의 정확한 길이를 나타낼 것이다. 그러나 척도를 설치한 대(臺)가 조금이라도 기울어져 있다면 척도의 눈금은 물체의 길이를 정확하게 나타낼 수 없게 된다.그림에서 알 수 있듯이,(A-L'+B tan θ)×cos θ = A-L이다. 기울기는 작으므로으로 나타낼 수 있다. 이때 측정오차는이 된다. 정밀한 공작기술에 따르면 θ<1×10^3 rad로 하기는 쉽다. 따라서 오차의 제2항 ·제3항은 무시할 수 있을 정도로 작다. 제1항은 무시할 수는 없으나 측정기가 아베의 정리에 따르고 있다고 하면, B는 0으로서 제1항은 없어지게 되며, 측정기의 제작기술상의 결함에 수반되는 측정오차는 무시할 수 있게 된다.측정 지점이 실제 측정 지점과 측면으로 분리될 때 Abbe 오류가 발생한다. 측정 척도 위치 및 각도 오류 움직임 위치 고정 시스템에 존재한다. Abbe 오류로 인해 측정된 변위가 더 길어지거나 각운동 방향에 따라 실제 변위보다 짧아진다. 이때 공간 측정 지점과 기준선 사이의 분리를 Abbe 오프셋이라고 한다.② 아베의 원리와 준하는 측정증명하는 그림이다.위 그림은 마이크로 미터가 아베의 원리에 준한다는 측정기 라는 것을 보여주는 그림이다.그러나 내측 마이크로 미터는 아베의 원리에 준하지 않는다.하이트게이지 또한 아베의 원리에 맞지 않는 구조로 스크라이버를 필요이상으로 길게 하여 사용하면 안된다.③ 버니어 캘리퍼스의 분해능버니어 캘리퍼스의 최소 눈금을 분해능이라고 부른다. 고등학교 지구과학 시간에 망원경의 분해능을 배운적이 있는데 비슷한 개념인 것 같다. 이것으로 인해 정밀함의 정도가 결정된다. 즉 같은 버니어 캘리퍼스를 사용하더라도 눈의 위치, 사용하는 방법에 따라 눈금이 다르게 표시되기도 한다. 만약 재료가 무르면 버니어 캘리퍼스에 가하는 힘의 크기에 따라 측정값이 달라질 수도 있다. 그러니 인간이 만든 아무리 정밀한 자라고 하더라도 분해능이 완벽하다고 볼 수 없다.어미자의 눈금아들자의 눈금 매김분해능 (mm)19mm를 10등분0.119mm를 10등분19mm를 20등분0.0539mm를 20등분49mm를 50등분0.023. 실험장치♣ 자자는 사전적 의미로 공간적 길이를 재는 ‘계량기‘이다. 물건의 길이를 재는 것을 도(度)라고 하며, 그 도기(度器)를 척도 또는 자라고 한다.자는 크게 눈금자 ·단면자 ·회전자로 나눈다. 눈금자는 곧은자 ·끼움자 ·줄자가 있고, 곧은자는 미터원기(原器)나 표준자와 같이 정밀한 것으로부터 문방구에서 판매하는 것까지 여러 가지가 있다. 또 용도에 따라서 신장계(身長計), 측량용 목제상자 속에 다른 상자가 접어 넣어진 상자자, 여러 조각의 재료를 금속으로 접속한 접자, 끌어당겨 사용하는 스태디어자, 재봉용의 산출자(算出尺), 주물의 목형용으로 눈금을 신축할 수 있는 주물자 등이 있다. 단면자는 양끝이 평면 또는 구면(球面)으로 되어 있고, 양끝 사이의 길이가 정밀하게 나와 있다. 단면이 평면인 것을 볼록게이지라고 하며, 그 단면이 강(鋼) 또는 수정(水晶)의 판으로 비치게 다듬질되어 빛의 파(波)를 사용하여 치수가 측정되며, 또 이 면에서 몇 개의 볼록게이지를 밀착굴려서 회전수에 원둘레의 길이를 곱하여 구하려는 길이를 측정하는 것으로, 전선이나 직물의 계량에 사용되며, 택시미터도 그 일종이라고 할 수 있다. 자는 보통 피측정물에 직접 대고 눈금을 읽으며, 한 눈금을 다시 미세하게 읽기 위해 버니어캘리퍼스와 같이 버니어를 부착하거나, 마이크로미터와 같이 나사의 진행을 회전각으로 바꾸거나, 표준자와 같이 현미경을 사용한다. 자는 저울 ·됫말과 함께 도량형 기구검사를 하며, 사용할 때에는 온도에 의한 팽창이나 줄자와 같이 당기는 힘도 감안하여 측정결과를 보정한다. 줄자검사를 할 때의 당기는 힘은 2kg이다.♣ 버니어 캘리퍼스버니어가 달린 캘리퍼를 버니어 캘리퍼스라고 한다. 이 버니어는 부척이라고도 하는데 실험에서는 ’어미자‘라고 칭하였다. 자의 최소 눈금을 1/10까지 또는 그 이상의 정밀도까지 읽을 수 있도록 고안된 장치이다. 버니어 캘리퍼의 구조는 다음의 그림과 같으며, 고정된 주척과 주척을 따라 움직일 수 있는 부척이 달려있다. 부척은 실험에서 ’아들자‘라고 칭하였다.어미자의 눈금 사이의 길이는 1mm이며, 부척의 눈금의 10개 혹은 20개정도로 되어 있다. 아들자의 0이 가리키는 어미자의 눈금을 읽고, 어미자와 아들자의 눈금이 일치하는 아들자의 눈금 수에 0.1을 곱한 뒤 더하여서 치수를 읽는다.주척의 17과 18사이에 부척의 0이 가리키므로 주척의 눈금 17. 주척과 부척의 눈금이 일치하는 부분의 부척은 5.따라서 17+(5?0.1)=17.5mm(a)는 주척의 최소 9눈금을 10등분 하여 만든 부척이다. (b)는 이 부척으로 물체의 길이를 측정할 경우 ↑표가 나타낸 곳이 부척과 주척의 눈금이 일치했으므로 3.7이라고 읽으면 된다. (c)는 주척의 11눈금을 10등분한 것이고 (d)는 이것을 측정한 것이다. 역시 3.7이 됨을 알 수 있다.그 외에 더 정밀히 읽기 위하여 19눈금을 20등분한 버니어 캘리퍼스도 있는데 이 캘리퍼는 0.05mm까지 측정할 수 있다. 주척의 39눈금을 20등분한 것은 역시 0.05mm까지 에 대해 실제로 측정한 값을 읽는 법이다.♣ 마이크로 미터마이크로미터는 다음 그림과 같이 피치가 매우 작은 나사 주위에 눈금을 그려놓아 나사를 한 바퀴 회전할 때마다 길이가 0.005mm씩 이동하도록 되어있다. 회전 나사의 둘레에는 같은 간격으로 50개의 눈금이 그려져 있기 때문에 1 눈금 회전할 때마다 나사는 1/100mm 이동한다. 따라서 마이크로미터 몸통(슬리브)에 그려진 눈금사이의 간격은 회전 나사(덤블)의 눈금이 회전한 수로부터 계산할 수 있다.① 마이크로미터 사용법1) 앤빌과 스핀들에 측정부분에 이물질 제거한다.2) 측정물을 앤빌에 축 직각으로 정확히 맞춘다.3) 래칫 스톱을 클릭 소리가 날 때까지 정확히 돌리되 천천히 돌려 관성에 의해 스핀들이 돌아가지 않도록 한다.4) 눈금을 읽을 때는 슬리브의 어미자의 눈금을 먼저 읽고 아들자의 눈금을 추가로 읽어 더한다.② 마이크로미터의 종류-외경 마이크로미터 : 외경치수 측정, 일반적인 두께 측정-내경 마이크로미터 : 내경치수 측정-포인트 마이크로미터 : 드릴의 골경 치수 측정-깊이 마이크로미터 : 깊이 측정-높이 마이크로미터 : 높이 측정-나사 마이크로미터 : 나사 유효경 측정* 측정값 읽기 예시1) 슬리브의 눈금을 읽는다. 0.5mm까지 읽는다 →7.5mm2) 슬리브의 기선과 일치하는 딤블의 눈금을 읽는다.→035mm3) 슬리브에서 읽은 눈금 값과 딤블에서 구한 눈금 값을 합한다.→7.85mm왼쪽 그림에 있는 그림도 위와 같은 방식으로 측정해보면8+(27?0.01)=8.27mm♣ 하이트 게이지하이트 게이지의 원리는 기본적으로 버니어 캘리퍼스와 같은 구조를 가지고 있으며 그 이름과 같이 대형 부품, 금형, 지그, 복잡한 형상의 부품 등을 정반위에 올려놓고, 정반 표면을 기준으로 하여 높이를 측정하거나 스크라이버(Scriber)을 끝으로 금긋기 작업을 하는 데 사용되고 있다.① 원리 및 구조하이트 게이지의 원리는 버니어 캘리퍼스와 같으므로 평면으로 연마된 베이스에 눈금이 표시된 어미자를 직각으로 세워 고정하크라이버 클램프를 이용하여 금긋기에 사용하는 스크라이버를 고정할 수 있게 되어 있다.② 하이트 게이지 종류-버니어식 하이트 게이지표준형으로 가장 많이 사용되고 있으며 이 형의 특징은 어미자가 이동 가능한 점이다. 틀 속에 어미자가 들어 있기 때문에 이동장치에 의해서 어미자를 이동시킬 수가 있다. 또한, 정확하게 눈금을 읽기 위해서 확대용 렌즈가 부착되어있다.-다이얼 하이트 게이지다이얼 게이지를 버니어 눈금대신 붙여서 눈금을 정확하게 읽기 쉽도록 한 것으로 최소눈금이 0.05mm, 0.02mm 의 두 종류가 있다. 슬라이더가 어미자를 따라 움직이면 어미자에 고정된 래크와 이에 맞물린 슬라이더의 기어에 의해 다이얼 게이지의 지침이 회전하게 된다. 어미자의 눈금은 보통 다이얼 게이지의 1회전량과 같도록 표시되어 있고, 영점조정이 간편하고 눈금을 쉽게 읽을 수 있는 장점이 있는 반면 버니어식에 비해 고장이 잦은 단점이 있다.-디지털 하이트 게이지디지털 하이트 게이지는 본척이 없고 디지털 카운터와 다이얼 게이지에 의해 치수를 해독하는 정밀도가 높은 측정기이다. 디지털 카운터에는 상, 하 각 방향의 이동량을 나타내는 상측용과 하측용이 있고 리셋버튼에 의해 임의의 위치에서 영점을 맞출 수가 있다.-리니어 하이트 게이지고정도 리니어 스케일에 의한 높은 정밀도와 에어플로팅 베이스에 의해 정반면에서의 원활한 이동이 가능하고 측정하는 방법은 로터리 S/W를 켜면 슬라이더는 일정 속도로 이동하고 프로브가 피 측정물에 접촉하면 자동적으로 일정한 측정력이 걸리고 측정이 행해진다. 비교 측정기가 필요 없고 구멍사이의 간격 측정에는 별도의 보조기구가 필요하지 않다. 측정 수치는 정면에 표시되는 디지털 숫자에 의해 직접 판독된다. 모든 측정 위치에서 영점 조정이나 임의의 치수를 조정할 수 있으며 데이터의 출력은 컴퓨터나 프린터를 연결하여 사용할 수 있다.③ 눈금 읽는 방법버니어식 하이트 게이지는 눈금 읽는 방법도 버니어 캘리퍼스와 같다. 최소 눈금은 0.05mm, 0.02mm의 두 종류가 었다.