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[아주대 기계기초실험] 결과보고서6 (증폭기(Amplifier)실험)

5. 실험 결과저항 R_{ 1}=1k OMEGA, R _{ 2}=10k OMEGA 입력 전압 12V(1) 반전증폭기 실험실험 시 설계한 반전증폭기 회로이다.오실로스코프에서 확인한 입력 전압의 파형이다.(VOLTS/DIV 는 0.5V로 설정하였다.)오실로스코프에서 확인한 출력 전압의 파형이다.(VOLTS/DIV 는 5V로 설정하였다.)오실로스코프에서 확인한 입력, 출력 전압의 파형이다.(VOLTS/DIV는 입력의 경우 0.5V, 출력의 경우 5V로 설정하였다.)(2) 비 반전증폭기 실험 (옆 조의 결과)오실로스코프에서 확인한 입력, 출력 전압의 파형이다.(진폭이 작은 파형(최대 진폭이 1.5칸)이 입력 전압이며, 진폭이 큰 파형(최대 진폭이 15칸)이 출력 전압이다.)(3) 차동증폭기 실험실험 X(4) 주파수 특성 실험실험 X(5) 반전증폭기 증폭비 증명반전 연산증폭기 증폭회로반전 증폭기의 이득을 구하기 위해 회로에서 방정식을 세우면V_{ out}=A _{ OL}(V _{ +}-V _{ -}) 전압 V_{ -}는 V_{ out}과 V_{ i n}사이의 R_{ f}과R_{ i n}에 의한 전압 분배 형태이다. 따라서 V_{ -}전압 형태로 방정식을 세우면 V _{-} = {1} over {R _{f} +R _{i n}} (R _{f} V _{i n} +R _{i n}V _{ out)} 이득 방정식 V_{ out}을 구하기 위해 V_{ -}을 치환하면 V_{ out}=-V _{ i n} { A _{ OL} R _{ f} } over { R _{ f} +R _{ i n}+A _{ OL} R _{ i n} } 여기서 A_{ OL}가 매우 크면 (이상적 연산 증폭기는 무한대) 다음과 같이 근사화 시킬 수 있다.V_{ out}=-V _{ i n} { R _{ f} } over { R _{ i n} }(6) 비 반전 증폭기 증폭비 증명비반전 연산증폭기 증폭회로연산 증폭기의 특징인 입력 단자 V_{ +}와 V_{ -}에 흘러 들어가는 입력 전류는 0이고 V_{ +}와 V_{ -}의 전압은 같다. 따라서 회로에서 V _{i n } =V _{+}=V _{ -}같고, 저항 R_{ g}와 R_{ f}에 흐르는 전류는 같다. 저항 R_{ g}에 흐르는 전류는 i라고 할 때, R_{ g}에 흐르는 전류에 옴의 법칙을 적용해서 방정식을 세우면 V_{ i n}=i*R _{ g} 위 방정식에서 전류 i는 i= { V _{ i n} } over {R _{ g} } V_{ out}에서 R_{ f}에 흐르는 전류 i에 대해 옴의 법칙을 적용해서 방정식을 세우면V_{ out}=V _{ i n}+i*R _{ f}=V _{ i n}+( { V _{ i n} } over { R _{ g} }*R _{ f})= V _{ i n}(1+ {R _{ f} } over {R _{ g} }) 이다.(7) 차동 증폭기 증폭비 증명쌍대칭 차동 증폭회로이상적인 차등 증폭기 출력은 다음과 같다. V_{ out}=A _{ d}(V _{ i n } ^{ +}-V _{ i n} ^{ -}) 여기서 V_{ i n} ^{ +}와 V _{ i n} ^{ -}는 입력 전압이고 A_{ d}는 차등이득이다. 실제로 2개의 입력 전압에 대한 이득이 완전히 같지 않다. V_{ i n} ^{ +}와 V _{ i n} ^{ -}가 같더라도, 출력은 완전히 0이 아닐 것이다. 이것은 이상적인 상태에서만 가능한 일이다. 따라서 실제 차등 증폭기의 출력에 표현에서 2개의 항목이 있다.V_{ out}=A _{ d}(V _{ i n} ^{ +}-V _{ i n} ^{ -})+A _{ c}( { V _{ i n} ^{ +}+V _{ i n} ^{ -} } over {2 }) 여기서 A_{ c}는 공통 모드 이득이라고 한다. 이 때, A_{ d}는 차동 신호 이득, A_{ c}는 동상 신호 이득을 뜻한다.공통 모드 제거비는 차등 모드 이득과 공동모드 이득 비로 차동 신호 이득과 동상 신호 이득의 비율이다. 이것은 입력된 공동 모드 전압의 억제 능력을 나타낸다.CMRR=10log( { A _{ d} } over { A _{ cm} }) ^{ 2}=20log({ A _{ d} } over { A _{ cm} }) 완전한 대칭형 차등 증폭기는 A_{ c}가 0이고 CMRR은 무한대이다. 만약 A_{ c}=0 이면, 완벽한 대칭성을 가진 차동 증폭기로, 출력 전압은 V_{ out}=A _{ d}(V _{ i n} ^{ +}-V _{ i n} ^{ -})이다.6. 실험 고찰이번 실험은 반전, 비반전증폭기 및 차동증폭기 실험을 통해 입력 신호가 출력 신호로 변경 시 증폭되는 것을 보는 실험이었고, 주파수 특성 실험이 있었다.우선, 반전 증폭기 실험을 살펴보면, 이번 실험에서는 입력 전압 12V와 저항 R_{ 1}=1k OMEGA, R _{ 2}=10k OMEGA을 이용하였다. 입력 전압의 출력되는 VOLTS/DIV 는 0.5V로 설정하였고, 출력 전압의 출력되는 VOLTS/DIV 는 5V로 설정하였을 때, 결과로 나오는 사진을 보면 두 파형은 위상은 다르고 사진 상의 진폭은 서로 같음을 볼 수 있다. 허나, VOLTS/DIV를 고려하여 살펴보면 출력전압의 경우가 입력전압의 10배가 측정됨을 알 수 있다. (정확한 출력전압의 경우, 멀티미터의 재고 부족으로 확인 할 수 없었다.)반전 증폭기란 입력에 대해 출력의 위상이 변경되어 증폭되는 증폭기이다. 따라서 위상의 경우 실험의 결과가 잘 나옴을 알 수 있다. 또한 실험결과 (5)에서 증명하였듯이, 증폭비는 { 10k OMEGA } over {1k OMEGA }=10으로 역시 10배로 전압이 증폭되어 나옴을 알 수 있었다.비 반전 증폭기 실험의 경우, 우리 조는 실험을 시행하지 못하였다. 그 원인에는 실험 시간의 부족함이 원인이었으며, 시간이 좀 더 있었더라면 이를 실험할 수 있었을 것이다. 허나, 옆 조의 실험 결과를 바탕으로 이를 분석하여 보면 실험 결과의 경우 위상이 같은 파형이 최대 진폭(정확한 출력전압의 경우, 멀티미터의 재고 부족으로 확인 할 수 없었다.)이 { 15} over { 1.5}=10배가 증폭되어 나타남을 살펴 볼 수 있다. 비 반전 증폭기란 입력에 대해 출력의 위상이 변경되지 않고 증폭되는 증폭기이다. 따라서 위상의 경우 실험의 결과가 잘 나옴을 알 수 있다. 또한 실험결과 (6)에서 증명하였듯이, 증폭비는 (1k OMEGA+10k OMEGA)/1k OMEGA=11 으로 11배이다. 이는 약간의 오차는 있었지만, 상당히 만족하는 결과 값을 얻어 내었다.허나, 그 후의 차동증폭기 실험과, 주파수 특성의 실험의 경우 실험시간의 부족으로 실험을 끝마치지는 못하였다. 실험시간의 부족의 원인으로는, 처음 사용하여 회로를 구성하는데 어려움을 느낀 브레드보드와 미숙한 오실로스코프의 사용 방법에 있다. 허나, 이론적으로 차동증폭기의 경우, V_{ out}=(V2-V1)*R2/R1 임으로 저항비를 적절히 선정함으로써 V2와 V1의 차이를 원하는 증폭비로 출력하는 차동증폭기를 만들 수 있다. 또한, 주파수 특성 실험의 경우 입력 사인파의 주파수를 10Hz에서 1MHz까지 변화시키더라도 출력비의 경우, 주파수의 영향을 받지 않기 때문에 전 주파수 영역에서 고른 출력비를 만들고 있음을 확인할 수 있었을 것이다.

공학/기술| 2016.03.19| 6페이지| 3,000원| 조회(139)

결과보고서, 기계기초실험, 아주대 기계공학 기초실험

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[아주대 기계기초실험] 결과보고서5 (Labview 프로그래밍 실습)

5. 실험 결과(교재에서는 아날로그 입출력 실습의 DAQ AO 사용, DAQ AI 사용, DAQ AO low-pass filter 사용과 디지털 입출력 실습의 DAQ DO 사용, DAQ DI 사용을 학습하나, 시간 관계상 아날로그 입출력 실습의 DAQ AO 사용, DAQ AI 사용 실험을 진행하였다.)아날로그 입출력 실습(1) DAQ AO 사용 (부록 자료)그림의 오른쪽은 블록다이어그램을 나타낸 것이다.블록다이어그램에는 DAQ 어시스턴트를 While 루프 속에 배치하였다.그림의 오른쪽은 블록다이어그램을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에는 DAQ 어시스턴트와, 사인파의 모양을 갖으며 주파수가 5 진폭이 1로 설정된 신호 시뮬레이션, 웨이브폼 차트, While 루프로 구성되어있다.)그림의 왼쪽은 프론트패널을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에서 제작한 프로그램을 실행 버튼을 통해 실행시켰다.)구성된 프로그램을 실행 시켰을 때, 관찰되는 사인파이다.진폭값은 1이며 즉, 최대 진폭값은 2 이다. 또한 사인파의 주기는 0.2s를 갖는 즉, 주파수가 5Hz인 파형이다.(2) DAQ AI 사용 (부록 자료)실험을 진행함에 있어 DAQ 어시스턴트를 설정하는 과정이다.전압 출력 설정을 최대 5, 최소 0, 터미널 설정을 RSE, 생성 모드를 1 샘플(요청할 때)로 설정하였다. *보정 전 사진이다.그림의 오른쪽은 블록다이어그램을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에서 위쪽의 While 루프는 실험 1과 동일 하며, DAQ 어시스턴트와, 사인파의 모양을 갖으며 주파수가 5 진폭이 1로 설정된 신호 시뮬레이션, 웨이브폼 차트, While 루프로 구성되어있다. 아래쪽의 While 루프는 DAQ 어시스턴트와 웨이브폼, 측정 파일에 쓰기 함수, While 루프로 구성되어 있다.)그림의 왼쪽은 프론트패널을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에서 제작한 프로그램을 실행 버튼을 통해 실행시켰다.위쪽의 그래프는 실험1에서와 마찬가지로 위쪽의 While 루프에서 실행한 사인파형이다. 진폭값은 1이며 즉, 최대 진폭값은 2 이다. 또한 사인파의 주기는 0.2s를 갖는 즉, 주파수가 5Hz인 파형이다. 아래쪽의 그래프는 출력된 값을 입력으로 생각하여 다시 출력 시켜낸 보정 전의 사인파형이다.)결과그림 2.2의 블록다이어그램의 아래쪽 사진을 확대한 것이다.DAQ 어시스턴트에서 출력되는 다이나믹 데이터를 txt 형식의 파일로 저장시켜주는 ‘측정 파일에 쓰기 함수‘를 통하여 바탕화면에 저장할 수 있게 구성하였다. (부록 자료)결과그림 2.2의 아래에 있는 While 루프에서 DAQ 어시스턴트에서 출력되는 다이나믹 데이터를 txt 형식의 파일로 저장시켜주는 ‘측정 파일에 쓰기 함수‘를 통하여 얻어낸 텍스트 파일의 일부이다.또한 밑의 엑셀 그림은 txt 파일에서 얻어진 702개의 데이터를 통계처리한 결과이다. 통계 처리 값들은 그림에서 보이는 바와 같다. *보정 후 사진이다.그림의 오른쪽은 블록다이어그램을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에서 위쪽의 While 루프는 실험 1과 동일 하며, DAQ 어시스턴트와, 사인파의 모양을 갖으며 주파수가 5 진폭이 1로 설정된 신호 시뮬레이션, 웨이브폼 차트, While 루프로 구성되어있다. 아래쪽의 While 루프는 DAQ 어시스턴트와 웨이브폼, 측정 파일에 쓰기 함수, While 루프로 구성되어 있다.)그림의 왼쪽은 프론트패널을 나타낸 것이다.(블록다이어그램에서 제작한 프로그램을 실행 버튼을 통해 실행시켰다.위쪽의 그래프는 실험1에서와 마찬가지로 위쪽의 While 루프에서 실행한 사인파형이다. 진폭값은 1이며 즉, 최대 진폭값은 2 이다. 또한 사인파의 주기는 0.2s를 갖는 즉, 주파수가 5Hz인 파형이다. 아래쪽의 그래프는 출력된 값을 입력으로 생각하여 다시 출력 시켜낸 보정 후의 사인파형이다.)결과그림 2.5의 프런트패널의 아래쪽 그림을 확대시킨 것이다. 이는 결과그림 2.2의 프런트패널의 아래쪽 그림을 보정한 사진과도 같다. 결과그림 2.2의 그림에서 최대 진폭은 알 수 있으나, 최저 진폭은 그림을 통하여 알아 볼 수 없으므로 보정하였다.6. 실험 고찰이번 실험에서는 익스프레스 VI로 간단한 설정을 통해 DAQ 디바이스를 이용한 데이터 입/출력을 가능하게 한 함수블록인 DAQ 어시스턴트를 이용한 아날로그 입출력 실습의 DAQ AO 사용과, DAQ AI 사용 실습인 두 가지 실험이 존재하였다.첫 번째 실험에서는 우리가 직접 사인파형을 갖는 주파수가 5Hz이고 진폭이 1인 파형을 신호 시뮬레이션을 발생시키고 이를 DAQ 어시스턴트에서 입력 받아 이를 웨이브폼 차트로 나타내었다. 블록다이어그램은 결과그림1.2와 같이 구성하였으며, 웨이브폼 차트에 나온 사인파는 결과 그림 1.3과 같았다. 이 실험에서는 주기와 진폭을 보다 편리 관찰하기 위해 그래프의 X축의 최솟값을 0, 최댓값을 0.2라 놓는 과정이 필요하였다. 그 과정을 마무리한 사진파일이 사라진 관계로 이전의 사진을 첨부하였다. 결과 그림 1.3을 보면 파형이 시작되는 처음 시간은 15.807071s였으며 이가 끝난 시간은 16.007071s였다. 따라서 파형이 한 번 진동하는데 걸린 시간은 0.2s으로 주파수는 5Hz이다. 이는 우리가 입력한 사인파의 주파수값 5Hz와 일치하였다. 또한 파형이 중심을 지나는 시간은 15.9s이며 파형이 골을 지나는 시간은 15.95s이다 이를 통하여 진폭값이 1인 것과 최대 진폭값이 2인 것을 확인할 수 있다. 이도 역시 우리가 입력한 사인파의 진폭값 1과 일치하였다.두 번째 실험에서는 앞서 나온 파형을 DAQ 디바이스(USB-6008)를 함께 이용하여, 출력된 것을 입력으로 변경하여 다시 한 번 출력 시키는 과정을 하였다. 과정을 시행하면서 우선, 교재 p148의 모양과는 다른 결과그림 2.2의 모양이 나왔다. 이는 다른 조에서 역시 교재와는 다른 모양을 가졌으며, 전압이 일정한 조도 존재 하였고, 아무리 파형의 모양이 불규칙하나, 엇비슷한 주기를 가진 모양이었다. 이러한 원인에는 지난 시간의 실험에서 배운 컴퓨터 계측의 주의점에서 존재하였다. 컴퓨터 계측에서는 신호를 숫자로서 받아들이기 위해 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환 하는 것 만 아니라 시간적으로 연속적인 아날로그 신호도 불연속적으로 구분하여 처리하여야 한다. 이때, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 처리하기 위해서 시간이 소요된다. 그 후, 컴퓨터가 변환된 자료를 읽어 들여가고 나서 다시 다음 신호를 처리하는 과정을 반복하게 된다. 이러한 이유 때문에 각 조의 컴퓨터 계측을 함에 있어서 생성된 파형이 다른 것을 생각할 수 있었다. 또한 그래프를 살펴보면 잡음이 많이 생성된 것을 볼 수 있다. 이는 전압이 인가되면서 정상적인 신호가 방해를 받은 이유에 있을 것이다. 아날로그/디지털 변환기는 높은 임피던스를 가지고 있기 때문에 순간적인 전압으로 생기는 적은 전력량으로도 전압을 측정할 수 있어 이러한 잡음이 생기는 것을 방지하기 어려웠다. 이러한 오차들이 존재하였지만, 실험을 통하여 결과그림 2.2를 얻어 낼 수 있었다. 웨이브폼 차트의 시간을 지정할 수 없는 환경에서 짧은 시간동안 많은 파장을 출력해 내기 때문에, 교재에서 나오는 결과 예시와 같은 모양의 그래프가 나오기 위해서는 짧은 시간동안 실험을 시행시킬 필요가 있었다. 허나, 실험 기구의 미숙한 점으로 인해 많은 파장이 나옴을 확인 할 수 있을 것이다. 또한 결과의 그래프를 보게 되면 진폭의 최댓값이 1.410427임을 확인 할 수는 있으나, 최솟값은 정확히 확인 할 수 없었다. 이러한 그래프의 보정을 위해서는 데이터 파일을 만드는 과정이 필수적 이었다. DAQ 어시스턴트에서 출력되는 다이나믹 데이터를 쉽게 txt 파일로 저장시켜주는 익스프레스 함수인 ‘측정 파일에 쓰기 함수’를 이용하여 실험에서 나온 시간에 따른 진폭값을 실험결과 2.4와 같이 저장할 수 있었다. 얻어낸 702개의 자료를 첫 번째 실험 통계처리와 측정 오차 보정에서 배운 방법을 이용하여 엑셀을 이용하여 자료를 통계처리 하였다. 이를 통해 진폭의 평균은 1.40294였으며, 표준오차는 0.000164, 최댓값은 1.410427, 최솟값은 1.400242임을 알아 낼 수 있었다. 평균인 1.402694를 중심으로 하여 눈에 볼 수 있는 최대 진폭을 1.412694, 최소 진폭을 1.392694로 지정하여 출력 파형의 최댓값 1.410427, 최솟값 1.400242를 확인 할 수 있는 보정한 결과그림 2.6을 얻을 수 있었다. 텍스트 파일 혹은 엑셀 자료를 살펴보면 상당히 많은 양이 진폭 1.400242임을 확인 할 수 있는데, 그렇기 때문에 보다 많은 자료들이 진폭 1.400242에 있음을 그래프를 통해서도 살펴 볼 수 있다.

공학/기술| 2016.03.19| 11페이지| 3,000원| 조회(254)

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[아주대 기계기초실험] 예비보고서8 (온도 측정)

[아주대 기계기초실험] 예비보고서8 (온도 측정).hwp4- 예비 보고서 -온도 측정과목명 : 기계 공학 실험 (1)제출일 :실험일자 :실 험 조 명책임 수행자공동 수행자형식/2이론/3장치 및 방법/5합계/10비고아주대학교 기계공학부1. 실험 목적온도를 측정하는데 널리 사용되고 있는 대표적인 측정 방법에 대해 그 원리와 측정의 주의점에 대해 알아 본 후 열전대를 이용하여 온도측정 실습을 해본다.2. 실험 이론(1) 온도 측정 방법의 종류와 원리1. 유리관 온도계가는 유리관 속에 온도에 따라 큰 체적 변화를 보이는 물질을 넣고 체적 변화를 측정하여 온도를 측정하는 방법이다. 유리관 온도계에는 보통 액체 상태의 물질이 사용되므로 액체가 채우지 못한 관내의 공간에는 진공으로 하거나 불활성 기체를 넣어 사용한다. 또한 정확한 체적 측정을 위해 관 내부의 물질은 관 벽에 쉽게 달라붙지 않아야 한다.2. 압력식 온도계온도 변화에 따라 압력이 변화하는 성질을 이용한 온도계로서 밀폐된 관내에 미리 압축된 액체나 기체를 채우고 한쪽 끝에 압력계를 설치하여 온도 변화에 따라 압력 변화가 발생하면 이를 압력계로 읽어 온도를 측정한다.3. 열저항식 온도계온도가 변하면 전도체의 전기저항이 변화하는 특성을 이용하는 것이 열저항식 온도계(RTD)이다. 열저항식 온도계에는 대표적으로 저항 온도계, 더미스터가 있다.3.1. 저항 온도계저항 온도계는 백금이나 니켈, 은으로 만든 가는 선을 이용하여 온도 변화에 따른 도선의 전기저항을 측정하여 온도를 측정한다. 시간 응답 특성을 향상하기 위해 매우 가는 도선을 사용하며 이 도선은 넓은 온도 범위에서 선형적인 저항 변화 특성을 보여야 한다.3.2. 더미스터더미스터에 사용되는 반도체는 저항 온도계에 사용되는 금속보다 온도에 따른 저항의 변화가 급격하다. 금속과는 달리 온도가 상승하면서 저항이 낮아지는 음의 저항계수를 보이는 특징이 있다. 어느 쪽으로 변화하던 온도에 따른 변화 폭이 크면 민감한 온도 센서를 만드는것이 유리하다. 더미스터는 도선 형태가 아닌 다양한 형태를 지닌다.4. 열전대식 온도계두 가지 금속을 접합하게 되면 접점 사이에 기전력이 발생하고, 접점 사이의 전위가 단순한 금속 접점에서 발생하기도 하고 또한 도체 사이의 온도 차이에 의해서도 발생하는 원리에 의해 온도를 측정하는 센서를 열전대라고 한다. 열전대는 이종 금속선을 접합시키고 한쪽 접점을 온도를 측정하고자 하는 곳에 위치하고 다른 쪽 접점 사이에 전위계를 설치하여 열접점과 냉접점 사이의 온도 차이에 의해 발생하는 전위차를 측정한다. 열전대를 다룰 때 적용되는 중요한 기본적인 법칙에는 중간금속의 법칙, 중간온도 법칙이 있다. 이론적으로 어떤 종류의 금속도 열전대로 구성하여 사용될 수 있다. 그러나 온도 센서로서 조건을 충족하려면 온도 변화에 따른 기전력이 클수록 좋고 넓은 온도 범위에서 선형성을 유지하는 것이 바람직하다. 열전대에 의해서 발생하는 기전력은 다른 센서들에 비해 매우 작다. 측정된 기전력으로 온도를 알아내기 위해서는 미국 국립표준국에서 열전대의 기전력을 측정하여 표준으로 제정한 자료를 이용한다.(2) 온도 보정과 냉법점 온도보상온도측정에 어떤 방법을 사용하더라도 오랜 동안 변함없이 특성을 유지하는 온도 센서는 없다. 온도 보정 작업은 정확한 온도 측정을 위해 반드시 필요한 작업이다. 열전대의 경우 비교적 오랜 시간 동안 금속 재질의 변화가 크지는 않지만 사용 도중 발생하는 불순물과 접점의 상태 변화 등에 의해 측정 오류가 발생할 여지가 있다. 온도 보정은 물질에 따라 변하지 않는 고유 온도를 이용한다. 열전대를 통해 온도 측정을 위해서는 열접점, 냉접점 중 어느 한 곳의 온도를 알고 있어야만 다른 곳의 온도를 알 수 있다. 냉접점에 대한 온도 보상을 냉접점 온도보상이라고 하는데 다음과 같은 방법들이 사용된다.① 냉접점의 온도를 고유온도가 되도록 한다. 냉접점을 물의 빙점이 되도록 하는 방법이 일반적이다.② 냉접점의 온도를 측정하여 사용하는 열전대의 기전력 자료에서 냉접점 온도에 해당하는 기전력 값을 더해 준다.③ 사용하는 열전대가 냉접점 온도와 기준 온도 차이에서 발생하는 기전력만큼의 전위를 발 생하는 보상회로를 열전대 회로에 포함시켜 측정기에는 자동적으로 냉접점 온도가 보상된 전위가 측정되도록 한다.(3) 시간에 따른 물체의 온도변화컵에 담긴 물의 온도가 위치에 따라 다르지 않다고 가정하고, 시간에 다라 변하는 온도를T 라고 하며, 주위의 온도를T_{ INF }라 한다. 또한 물의 초기온도를T_{ 0}라고 한다면 컵의 물에서 주위로 전달되어 나가는 열량은 다음과 같이 표현된다.q=hA(T-T _{ INF })=- rho CV { dT} over {dt } 위의 식에서h는 열전도도,A는 열전달이 일어나는 단면적,rho는 물의 밀도,C는 물의 비열,V는 물의 체적이다. 이의 해를 구하면 다음과 같아진다.{T-T _{INF }} over {T _{ 0}-T _{ INF } }=e ^{ -(hA/ rhoCV)t } 위의 식으로 컵에 담긴 물의 온도변화는 시간에 따라 단순한 지수함수 형태를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 시정수는 현재 열 시스템의 전체 열저항에 대한 열용량의 비를 나타낸다. 시정수가 크면 열저항이 작거나 열용량이 큰 것을 의미한다.(4) 온도 신호의 잡음 방지 대책컴퓨터를 이용하여 열전대 전위 측정 시, 주의할 점은 잡음에 대한 대책이다. 열전대에서 발생하는 신호는 매우 작은 신호이다. 열전대가 마치 안테나 역할을 하면서 열전대 주위를 지나는 전자기선에 의해 유도되는 신호는 미약한 열전대의 기전력에 무시하지 못할 정도의 잡음을 낸다. 이런 상태로 측정하면 매우 큰 실험 오차를 발생한다. 열전대 측정에서 가장 큰 영향력을 주는 잡음은 전원선에서 발생되어 열전대에 유도기전력을 발생하는 전원 잡음이다. 또한 그 외의 많은 잡음원들은 열전대에서 측정되는 전압에 무수히 많은 잡음이 섞이게 한다. 전기적인 잡음의 특징은 순간적으로 매우 높은 전압을 나타내지만 전류값이 거의 0에 가까워 전력값은 극히 낮으며 높은 주파수 값을 가지고 있다.

공학/기술| 2016.03.19| 4페이지| 2,000원| 조회(206)

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[아주대 기계기초실험] 결과보고서8 (온도 측정)

5. 실험 결과(1) 영점조절 (실내온도 측정)영점조절웨이브폼 차트출력 전압값 : -0.0013V평균 전압값 : -0.02471V(2) 얼음물의 빙점을 이용한 실험얼음물웨이브폼 차트출력 전압값 : -0.0802V평균 전압값 : -0.08057V(3) 라이터 온도 측정 실험라이터웨이브폼 차트출력 전압값 : 2.31508V최고 전압값 : 2.210711V실험값(단, 100배 증폭하였으므로 1/100배, 1V=1000mV 적용)상온얼음물라이터-0.013mV-0.802mV23.1508mV0.789mV0mV (0으로 생각)23.9528mV상온 온도 : 19.889539387622°C=약 19.89°C라이터 온도 : 577.6262°C=약 577.63°C6. 실험 고찰이번 실험은 열전대를 통한 영점조절(실내온도 측정), 얼음물의 빙점을 이용한 실험, 라이터의 온도를 측정하는 3가지 실험이었다.영점조절의 실험의 경우, 우선 DAQ 보드와 증폭기, 열전대를 앞에 제시한 실험 방법에 맞게 전선을 이용하여 연결하여야했다. 주의했어야 하는 부분은 스팬 조절을 손대지 않고, 전원 연결 시 정해진 위치에 정해진 색깔의 선을 연결하고, 닿지 않게 하여야 했다. 결과값을 보면 잡음으로 인해 ZERO 나사를 돌려가며 영점을 보정한 부분이 완벽하지 않아 -0.013mV를 얻을 수 있었다. 요약통계처리를 하여 얻은 평균은 -0.02471V가 나왔지만, 상온의 온도가 안정화 되었다는 가정하에 출력된 결과값을 사용하였다. 얼음물의 빙점을 이용한 실험의 경우, 열전대의 끝부분을 얼음물에 담가 -0.0802V인 출력 전압을 얻을 수 있었다. 이 역시, 요약통계처리를 하여 얻은 평균은 -0.08057V였지만, 얼음물이 안정화 되었다는 가정 하에 출력된 결과값을 사용하였다. 라이터의 온도 측정 실험의 경우 역시, 열전대의 끝부분을 라이터에 가까이 하여 2.31508V인 출력 전압을 얻을 수 있었다. 여기서 의아하였던 부분은 실험 시, 저장한 데이터를 요약 통계 처리하여 구한 부분의 최고 전압값은 2.210711V였는데, 출력된 전압값이 2.31508V로 더 큰 전압이 출력된 것이다. 이 부분은 자료를 저장할 때, 실험자의 실수로 인하여 다른 자료를 저장한 것으로 생각된다.이렇게 얻은 출력 전압을 이용하여 실제 온도 값을 구하는 것이 이번 실험의 목적이었다. 그렇기 때문에 증폭기의 100배를 고려하였고, 얼음물의 온도를 0도로 생각하여 위의 결과 값 상온 0.789mV, 얼음물 0mV, 라이터 23.9528mV를 구할 수 있었다. K방식 열전대 변환식(T=a _{0} +a _{1} X+a _{2} X ^{2} +...+a _{n} X ^{n} T : 온도 (°C) X : mV) 에 실험값의 전압을 대입하였다. 이때, 상온은 0.789mV으로 0-20.644mV 범위에 있으므로 0~500도 식에 대입하고, 라이터는 23.9528mV으로 20.644-54.886mV 범위에 있으므로 500~1372도 식에 대입하였다. 이를 통해 얻은 상온의 온도의 경우, 약 19.89°C 라이터의 온도의 경우, 약 577.63°C를 얻을 수 있었다. 상온의 경우 약 15~20도를 나타내므로 굉장히 만족할 만한 결과값을 얻을 수 있었고, 불의 온도는 일반적으로 1000℃ ( 위키백과 참조, 검색어: '불의 온도' ) 라는 점을 바탕으로 오차가 상당히 크게 나옴을 비교할 수 있었다.7. 결 론이번 실험은 열전대를 이용하여 대표적인 상온의 온도와 라이터의 온도를 구하는 실습을 해보았다. 열전대의 사용법과 그로부터 얻은 출력전압을 이용하여 K방식 열전대 변환식에 보정한 출력전압을 대입하여 온도를 구할 수 있었다. 실내온도와 얼음물 온도는 안정되어 특정한 값을 대입하기 쉬었지만, 라이터 온도의 경우 안정화 되지 않고 변하기 때문에 특정 온도값을 대입하기 어려운 점이 있었다. 진행이 미비하여 교재의 다른 실험을 진행하지 못한 부분도 역시 아쉽다.8. 부 록K방식 열전대 변환식[X: 밀리볼트, T: 온도 (섭씨)]

공학/기술| 2016.03.19| 6페이지| 3,000원| 조회(132)

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[아주대 기계기초실험] 예비보고서7 (진동학의 기초와 가속도 측정 실험)

[아주대 기계기초실험] 예비보고서7 (진동학의 기초와 가속도 측정 실험).hwp2- 예비 보고서 -진동학의 기초와 가속도 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (1)제출일 :실험일자 :실 험 조 명책임 수행자공동 수행자형식/2이론/3장치 및 방법/5합계/10비고아주대학교 기계공학부1. 실험 목적이번 실험을 통해 가속도 측정센서 사용법을 익히고, 이를 통해 단순진동상태의 가속도 변화를 측정하여 이론에 따라 분석함으로서 가속도에 관한 이해를 높인다.2. 실험 이론가속도가속도는 속도의 시간 변화량으로서 가속도를 측정함으로써 운동을 하고 있는 물체의 속도의 변화나 위치의 변화를 알아내는데 유용하게 사용된다. 질량을 가진 물체에 힘을 주어서 움지이면 힘의 방향으로 움직인다. 이렇게 움직인 거리를 변위라 한다. 변위를 시간에 대해 미분하면 속도가 된다. 이를 다시 시간에 대해 미분하면 가속도가 된다. 가속도를 질량에 곱하면 다시 처음에 주었던 힘과 같다. 허나, 가속도는 중력가속도 같은 고정 값만 있는 것이 아니라, 변화하는 값도 존재한다.진동학진동학이란 탄성력, 중력 및 기타 힘의 작용으로 일어나는 역학적 진동에 대하여 연구하는 학문이다. 물리학과 공업수학의 원리를 이용하여 반복적인 물체의 시간적 변위의 변화 즉, 진동을 공부하는 분야가 기계공학의 진동학이다.진동학에서 물체는 두 가지 중요한 외부의 힘을 받는다고 생각한다. 하나는 스프링의 의한 힘(F_{spring }=kx 비례상수가 스프링 상수(k))이고 다른 하나는 마찰에 의한 힘(F_{ damping}=c dot { x} 비례상수가 감쇠계수(c))이다.단순진동 모델단순진동 모델에서는 뉴턴의 제 2법칙에 의해 변위, 속도, 가속도에 관한 식인m ddot { x}+c dot { x}+kx=0을 얻을 수 있다. 이 식은 공업수학에서 배운 미분방정식 풀이를 통하여 풀 수 있다. 진동학에서 사용하는 방식에 따라omega _{ n}=sqrtk/m,zeta= { c} over {2m omega _{ n} },omega _{ d}= omega _{ n}sqrt(1- zeta ^{ 2})라 나타낼 수 있다. 이때,omega _{ n}은 각속도로 표시한 고유진동수로서 고유각속도,zeta는 한계 감쇠계수에 대한 비율로서 감쇠율 (감쇠율이 1보다 작은 경우는 Underdamped 진동이라 한다.) , 그리고omega _{ d}는 각속도로 표시한 감쇠진동수로서 감쇠각속도라고 한다.이번 실험에 주기는 각속도와 다음과 같은 관계를 가지며 실험 결과에서 구할 수 있다.T _{d} =2 PI / omega _{d} =t _{2}-t _{ 1} 주기와 함께 실험결과로부터 진폭이 한 주기 동안 감쇠된 감쇠 진폭비를 구할 수 있다.delta=ln( { ddot { x _{ 1} } } over { ddot { x _{ 2} } })= zeta omega _{ n}T _{ d}= zeta omega _{ n} { 2 PI } over { omega _{ n} sqrt { 1- zeta ^{ 2} } },delta을 이용하여 감쇠계수를 구할 수 있다.zeta= { delta } over { 2 PI }, 그리고 주기와의 관계에서 고유각속도omega _{ n}을 얻을 수 있다.T_{ d}= { 2 PI } over { omega _{ n} sqrt { 1- zeta ^{ 2} } }=> omega _{ n}= { 2 PI } over {T _{ d} sqrt { 1- zeta ^{ 2} } } 이처럼 실험 결과에서 시스템의 주요 특성인 고유각속도와 감쇠계수를 계산할 수 있다. 이때, 초기 변위는 고유각속도와 감쇠계수를 구하는데 관계가 없을을 알 수 있다. 또한 부가 질량을 이용하여 실험을 진행하면 스프링의 탄성계수(k`)와 초기질량(m_{ 1})도 계산할 수 있다.m_{ 1}= { DELTAm omega _{ n2} ^{ 2} } over { omega _{ n1} ^{ 2} - omega _{ n2} ^{ 2} } },k={ DELTAm omega _{ n2} ^{ 2} omega _{ n1} ^{ 2}} over { omega _{ n1} ^{ 2} - omega _{ n2} ^{ 2} } }이다.가속도 측정 원리와 센서가속도의 측정 원리는 가속도에 의해 발생되는 힘이 물체 운동을 변화 시키거나 물체의 변형을 발생하는 것을 측정하는 것이다.(1) 사이즈믹형 가속도 센서사이즈믹(Seismic)형 가속도 센서는 ‘사이즈믹 질량’의 움직임을 측정하여 가속도를 측정하는 센서이다. 사이즈믹 질량이란 스프링과 대쉬포트로 모델링 될 수 있는 탄성 지지구조에 의해 지지되는 질량이며, 케이스와 상대운동을 통해 발생한 미세한 움직임을 측정하고 사이즈믹 질량의 크기, 지지구조의 탄성계수와 감쇠계수를 이용하여 운동의 가속도를 계산한다.(2) 압전형 가속도 센서석영 결정을 포함하는 압전 재료의 양면에 전압을 결면 두께의 변화가 나타나며, 반대로 기계적인 변형을 가할 때 양면에서 전압이 발생하는 현상을 압전(Piezoelectric) 현상이라 한다. 일정 질량을 가진 추가 운동에 의해 가속도를 받아 발생하는 힘을 압전소자에 가하여 발생하는 압전 재료의 변형에 따른 전압의 크기를 측정하여 가속도를 측정한다.(3) 반도체형 가속도 센서동작원리는 기본적으로 사이즈믹 가속도 센서와 동일하지만, 사이즈믹 질량의 움직임을 정전용량의 변화로 측정한다는 점이 특징이다. 정전용량형 방식으로 사이즈믹 질량의 움직임을 측정하게 되면 전체적으로 센서의 크기가 매우 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있다. 반도체는 아니지만 반도체 제조 기술과 반도체 재료를 이용하여 제작한 극소형 센서라는 의미에서 반도체형 가속도 센서라고 부른다.3. 실험 장치반도체 제조 기술을 이용하여 제작한 정전용량형 가속도 센서. MEMS 기술을 이용하여 제작된 것으로서 제작사는 미국 모토로라사이며 모델 번호는 MMA1270D 이다공급전원+5V영점출력전압2.5V사용온도범위-40 to +125'C민감도750mV/g파괴시 최대가속도1500g측정주파수범위50Hz측정가속도 범위±2.5g교차축방향 민감도최대 5%가속도측정 방향z 방향 (센서 두께 방향)*사양Labview의 프로그램 중 하나이다. 이 프로그램은 단순진동 상태에서 발생하는 가속도를 측정하고 측정된 가속도에서 최대진폭과 최대진폭 발생 시각을 추출하는 기능과 측정된 가속도를 저장하는 기능을 가지고 있다.Labview의 프로그램 중 하나이다. 이 프로그램은 초기질량을 이용한 실험 결과와 부가질량을 이용한 실험결과를 이요하여 초기질량과 스프링의 탄성계수를 계산하는 프로그램이다.4. 실험 방법1.초기질량을 이용한 단순진동 실험1) 가속도 측정 장치를 옆으로 뉘어 놓은 상태로 진행한다. 가속도 센서가 밑쪽에 설치되고 스프링이 연결된 진동추를 손으로 잡고 스프링이 늘어나는 방향으로 이동하여 임의의 변위가 되는 지점으로 옮겨 잡고 있는다.

공학/기술| 2016.03.19| 4페이지| 2,000원| 조회(204)

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