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6. DC모터 RPM 측정

기계시스템공학실험- LabView를 이용한DC모터 회전수 제어 -담당교수 : 장호명,임혜수목78910기계시스템디자인공학과 3학년A917091신원대●실험 제목LabView를 이용한 DC모터 회전수 제어●실험 목적DC모터의 회전 수 측정원리를 이해하고, PC를 사용하여 데이터처리를 수행하는 실무를 익힌다.이를 위해 NI사의 LabView 프로그램과 ELVIS장비를 이용한다. 회전속도를 측정하기 위하여 모터출력 축에 엔코더가 설치된다. 모터 입력부와 엔코더 출력부를 ELVIS 장비에 연결 한 다음, LabView 프로그램을 이하여 DC모터 회전수를 제어한다.●실험을 위한 이론LabVIEW는 엔지니어들이 디자인부터 테스트까지 진행할 수 있고 소형 시스템에서 대형 시스템까지 확장할 수 있는 그래픽 기반의 프로그래밍 플랫폼으로, 우리는 교육용 프로그램인 NI ELVIS 하드웨어를 사용한다.NI-ElVIS 장비와 Labview 프로그램 기본원리는 아래와 같다.본 실험에서모터 입력부 구성은 위 그림에서 화살표의 방향만 반대방향인 과정이고,모터 출력 센서 구성은 위 그림과 같은 방향성을 지니고 과정이 이루어진다.device/Sensor에서 받은 데이터를 Bread board(DAQ board)로 보내면,하드웨어인 DAQ board에서 그 신호를 Labview로 보내게 된다.소프트웨어인 Labview 는 그 신호를 받아 PC에 나타내는 원리이다.이러한 방식은 역으로도 성립가능하기 때문에,애초 소프트웨어인 Labview에서 모든 가상 회로도를 구성한 후,하드웨어인 Bread board로 신호를 보내고, Bread board는 연결된 Device/Sensor를 작동시키는 것 역시 가능하다.본 실험은 DC 모터의 회전수를 측정하는 실험을 하므로Device/Sensor 가 DC모터가 된다.DC모터의 모든 코드 선은 Bread board에 연결하므로,소프트웨어(Labview) 내에서 가상 구동 회로도를 구성하여 작동시켜야 한다.작동하는 DC모터의 Sensor 출력 값을 측정하는 과정 역시가상 회로도를 구성하여 계측하여야 하는 실험이다.먼저 가상회로도에서 작업을 하나만 보는 것이 아니므로, 반복수행을 위한 VI가 필요하다.Block diagram에서< While Loop >컴퓨터 프로그래밍 언어에서 while 루프는 반복문의 일종으로, 주어진 Boolean 자료형 조건을 기반으로 코드가 반복적으로 수행할 수 있게 도와준다.Block diagram objects를 while 루프 안에 넣어서 원하는 결과를 얻을 때 까지 반복수행 하도록 하는 틀이다.다음으로 While Loop 안에 들어갈 실질적인 회로도를 구성할 차례다.Labview는 그래픽 아이콘으로 모든 Objects를 구성해 놓았기 때문에 쉽게 사용 할 수 있다.이 실험에 사용되는 Block diagram Object들을 살펴보면,Object는 terminal과 nodes 로 구성되어 있으며,선(wire) 연결을 통해 Object와 연결 할 수 있다.Constants 는 고정된 data values 값을 block diagram에 전달한다.Block diagram Object를 구성하면 Front Panel에 Object들이 형성되는데,Front panel 의 object는 block diagram 에 있는 object와 연결되어 서로 정보를 주고 받는다.먼저 모터 입력부 구성에 필요한 Objects들은 다음과 같다.이 Objects를 Loop 안에 올바르게 구성한 결과는 다음과 같다.- 모터 입력부 -VPS는 Virtual Private Server의 약자로, 개인 가상서버를 뜻한다.VPS - initialize :프로그램 내 가상 전원 공급 장치를 만들어 모터에 전원을 공급하는 object로,입력 값을 초기화하여 입력해주는 역할을 한다.VPS - Update :Loop 안에서 반복수행 할 code가 되는 object로,본 실험에서 입력 Volt 값을 새롭게 갱신해주는 역할을 한다.Voltage UV - control ( )을 연결하여Front Panel 에서 원하는 Volt 값 입력이 가능하다.VPS - Close :회로도에서 공급한 전원을 Loop를 통과한 입력 값을 받아주는 역할을 하며, 가상 입력 장치를 종료하는 object이다.Breadboard에서 Ground 역할을 한다.위와 같은 가상 프로그래밍 통해Bread board에 전원을 공급하고,모터에 입력되는 Volt 값을 조정하며Ground 로 이어지게 된다.다음으로 모터 출력부에 필요한 Block diagram objects를 보면,이 Objects 로 실험을 위한 회로도를 구성하면 다음과 같다.- 모터 출력 센싱부 -본 회로도의 구성을 순서대로 살펴보면,먼저 While Loop 구성을 통해입력 Volt 값에 따른 센서부의 출력을 반복적으로 살펴보게 된다.측정에 사용되는 objects는 NI-DAQmx 소프트웨어를 활용한다.DAQmx 란 다기능 데이터 수집기능을 수행 할 수 있는 측정 서비스 소프트웨어로,소프트웨어 안에 있는 Objects 을 활용해 센서부의 출력 값들을 수집하게 된다.AI Voltage :Analog Input Voltage의 약어로, Analog Input 을 Voltage level로 관리하는 가상 채널을 형성한다.본 실험에서는 최소 -5V에서 최대 +5V 로 측정 범위를 설정한다.또한 채널을 원하는 채널로 설정 할 수 있다.본 조는 ai.4 으로 채널을 설정하였다.DAQmx Start Task :Clear Task와 같이 사용하며, 계측을 시작시키는 VI이다.이 VI가 없으면 작업은 Loop안에서 어떠한 명령 없이도계속해서 반복 수행하게 된다.DAQmx Clear Task :Start Task 가 있다면 반드시 Stop Task가 있어야 한다.본 실험에서 활용된 Clear Task VI는 시작된 Task를 종결시키는 역할을 할 뿐 아니라, 삭제하는 역할을 수행한다.Analog Wfm 1Chan NSAMP :이 Vi 는 DAQmx Read VI 로써, 입력한 Task로부터 오는 신호를 측정하는 output VI이다.쉽게 표현하면, 얼마만큼의 작업량을 읽어낼 것인가를 보는 VI 라고 볼 수 있다.Sample Clock : "with Continous SampleSample Clock Vi는 Control object 로, 수행하고자 하는 task의 Input이 된다.쉽게 표현하면, 얼마만큼의 작업량을 수행 할 것인가를 control 하는 VI다.본 실험에서는 Continous Sample를 활용, 지속적으로 Sampling 할 것을 뜻한다.Waveform Graph :Tone measurements에서 출력되는 값을 Waveform 그래프로 나타내는 VI이다.Tone Measurements :최대 Amplitude에서의 single tone 혹은 특정 주파수를 찾아내는 VI이다.이 프로그램을 통해 주파수와 상(Phase)을 찾을 수 있다.Input을 Signal에 연결하면,출력되는 Amplitude 와 Frequency 끝 단자에 wire 연결을 통해 Waveform Graph로 표현하거나, Values 값으로 표현 할 수 있다.RPM 계측은 Frequency로부터 출력되는 Values값에 x60 을 해주어야 RPM단위로 측정 할 수 있다.●실험 방법●실험 결과⇒ Front Panel에서 모터-입력부와 출력 센싱부- Front Panel -⇒ Input : 3V , 5V●고찰본 실험은 1학기 계측 실험에서 보았던 NI EVLIS 장비와 LABView 프로그램을 이용하여DC모터의 입력/출력을 관리하는 실험을 수행하였다.VI구성은 강의록을 따라서 만들어내는 것이었기 때문에 문제없이 실험 구성을 완료 할 수 있었으나,Bread Board에서 code를 연결 할 때 잘 연결되지 않아 올바른 그래프를 그리지 못했다. 또한 본인이 Block diagram object를 구성하면서,Output Loop 안에 Analog Wfm VI를 사용하여야 하는데Analog DBL VI를 사용하여 얻는 출력값에 오류가 있어 실험이 다소 늦어졌다.

공학/기술| 2014.11.12| 12페이지| 1,000원| 조회(819)

DC모터 RPM 측정, NI instrument, DAQmx

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5. 생활 소음 실험

기계시스템공학실험-생활 소음 실험-담당교수 : 장호명,임혜수목78910기계시스템디자인공학과 3학년A917091신원대●실험 제목생활 소음 실험●실험 목적소음(도로, 항공기 소음등)을 계측기를 통해 측정과 분석을 해봄으로써 소리의 이해 폭을 넓힘●실험 이론▶소리물체의 진동이나 기체의 흐름에 의하여 발생하는 파동의 일종이다. 물체의 진동에 의한 소리를 고체음이라고 하며, 진동하는 물체의 모양과 종류에 따라 다른 소리가 난다. 공기의 흐름에 의한 소리를 기류음이라고 하며, 기류의 빠르기와 형태에 따라 다른 소리가 나다. 세기(강약), 높이(고저), 맵시를 소리의 3요소라고 하는데, 이 중 소리의 세기는 소리의 진폭에 따라 결정된다. 진폭이 클수록 큰 소리이고 진폭이 작을수록 낮은 소리이다. 소리의 세기는 dB로 나타내며 0dB은 사람이 들을 수 있는 가장 낮은 세기의 소리로 1cm^2당1W over 1억의 소리이다. 소리의 높낮이의 경우, 진동수가 클수록 높은 소리이다. 사람이 들을 수 있는 소리의 진동수는 20~20000Hz정도의 영역의 소리를 들을 수 있고 소음에 자주 노출되다 보면 너무 높거나 낮은 주파수의 음역대를 듣지 못하는 난청이 올 수 도 있다. 마지막으로 소리의 맵시의 경우 음파의 파형에 따라 다르며, 같은 진동수, 같은 진폭의 소리라도 악기마다 소리가 다른 것은 소리의 맵시가 다르기 때문이다. 이런 음파는 진행방향과 진동방향이 일치하는 종파로 진행방향을 따라 매질이 밀한 부분과 소한 부분이 교대로 나타나서 소밀파라고도 하나다. 일반적인 파동의 경우에서와 같이 세기를 나타내는 부분과 주기를 나타내는 부분의 곱으로 이루어지며 1초당 나타나는 밀(소)한 영역의 수가 진동수가 된다. 음파의 속도는 상온의 대기에서 약 340m/s이고 온도에 비례하는 값을 가진다. 매질의 종류에 따라서도 큰 차이를 보이며 물속에서는 약 1500m/s, 철 등의 고체에서는 약 5000m/s의 값을 갖는다.▶SPL(Sound Pressure Level), 음압레벨SPL은 음의 강도인R_ref의 경우는 1000Hz의 순음의 가청최소 음압인 0.0002mubar(2times 10^-5Pa)이다. dB은 로그를 사용하기 때문에 10dB은 0dB보다 10배 크고 20dB의 경우 100크다.▶암소음(배경소음)어떤 장소에서 하나의 음을 측정할 때 측정하고자 하는 음 이외의 모든 음이다. 즉 측정 장소에 있어서 특정의 음을 대상으로 생각할 때, 대상소음이 없을 때 그 장소의 소음을 의미한다. 예를 들어 공지 조화 기계실에서 보일러 탁음을 측정하고자 할 때, 보일러를 일시 정지시켜 다름 설비로부터 발생되는 음을 전부 측정한 값을 보일러의 탁음에 대해 암소음이라 한다.▶등가 소음도(L_eq)측정 시간 동안의 소음의 평균값을 의미하는 등가 소음도는 소음의 장기 추세를 파악하기 위하여 소음 변화를 정의할 수 있는 단일 숫자의 평가 척도중 하나이다. 즉 음압 레벨이 항상 변동하는 소음의 표시 방법이다. 소음도가 변동하지 않는 소음으로 바뀌었을 때의 소음도를 말하며, 변동 소음과 에너지량이 같다. 결국, 소음도의 파워 평균이다. 측정 시간 내에서 이것과 같은 평균 2승 음압을 주는 정상음의 A특성 음압레벨, 평가소음레벨L_Aeq, 측정 시간 T(t_1 - t_2), 시간 t에 있어서 소음 레벨을 사용하여 다음의 식으로 나타낼 수 있다.L_Aeq,T =10 log _10 int ( 1overT )10^{L_A(t) } dt로 나타 낼 수 있고 이 양은 변동 소음에 대한 인간의 생리, 심리적 반응과도 비교적 잘 대응하는 것으로부터, 환경소음의 평가 값으로서 국제적으로 널리 사용되고 있다.▶Weighting인간의 청각 주파수 특성을 반영시킨 형태로 음압레벨을 특정 평가하기 위해 사용되는 주파수 하중 특성(A,B,C,D 특성이 있음)에서 보정하는 것을 말한다. 소음의 크기를 측정, 평가하는 경우에는 일반적으로 음압에 A특성을 사용한 A 특성 음압 레벨이 사용된다. 청능은 소리를 들으면서 음질의 좋고 나쁨을 평가할 수 있는 능력과 그리고 문제점을 찾아서 마이킹이나 음ve band어떤 소리를 표현하는 방법으로는 정량적인 방법과 정성적인 방법이 있다. 정성적인 방법은 주로 심리음향에 관련된 것이고, 정량적인 방법으로는 음압레벨, 음의 크기 및 주파수 등을 분석하는 방법이다.가장 일반적인 소리의 정량법은 소음계를 이용하여 음압레벨을 분석하는 방법이며, FFT 분석 필터를 장착한 소음계는 주파수도 정량화 할 수 있는 장비이다.사실상 자연계에 존재하는 소리는 여러 가지 주파수를 포함하고 있기 때문에, 그 소리를 정의하기 위해서 '어느 어느 주파수가 두드러진다' 라고 말하게 된다. 아무리 정밀한 주파수 분석 소음계라 할지라도 그 중심주파수에서 일정 범위의 음압들을 로그 합산하여 나타내게 되는데, 그 주파수의 대역을 표현할 때 Octave Band라는 용어가 사용되고 있다.Octave Band(이하 옥타브 밴드)는 2배 관계를 나타내는 말로서 피아노에서는 A3와 A4가 한 옥타브 차이이며, 주파수로는 각각 220Hz, 440Hz로 두 배의 관계를 갖는다.1Hz에서 시작하여 그 배수가 되는 주파수들을 중심주파수로 하는 것을 1/1 옥타브 밴드라 하며, 이는 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 …(Hz) 를 그 중심 주파수로 갖는다.소음계로 음압 레벨을 측정할 때, FFT 분석을 수행하여 1/1 옥타브 밴드별로 결과를 출력할 경우 그 옥타브밴드의 중심주파수만의 음압 레벨을 출력하는 것이 아니라 하단주파수와 상단주파수 사이의 음압 레벨을 로그 합산한 값을 출력하게 된다. 예를 들어 1/1 옥타브 밴드에서 63Hz가 70dB이라면, 45Hz~90Hz까지의 음압 레벨을 로그 합한 값이 70dB이라는 의미이다.1/1옥타브 밴드 외에 더 정밀한 주파수분석을 위해 2, 3 또는 그 이상으로 옥타브밴드를 나누어 2, 3 또는 그 이상의 중심주파수를 갖도록 하는 경우가 있는데, 이를 1/2, 1/3, 1/n 옥타브 밴드라 한다. 만일 8개의 중심주파수로 갖으면 사장에서 발생되는 소음은 점음원으로 볼 수 있고 도로변이나 철도변의 교통소음은 선음원으로 불 수 있다. 그러나 때로는 도로위의 자동차를 본다면 점음원으로도 볼 수 있다.●실험 장치≫ Oscilloscope오실로스코프는 전자장비를 보수하거나 디자인할 때 필요한 필수적인 계측기로 전기적 신호(전압의 파형)를 시각적으로 화면상에 나타내 주는 것이다. 물리적인 세계에서는 에너지, 입자의 진동, 그 밖의 보이지 않는 힘들이 어디에서나 존재하며, 이러한 힘들을 전기적인 신호로 바꿔주는 것이 센서이고, 바뀐 전기적 신호를 연구하고 관찰할 수 있는 것이 오실로스코프이다. 오실로스코프에는 크게 아날로그형과 디지털형으로 분류된다. 오실로스코프는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 하나는 바로 아날로그 오실로 스코프이다. 아날로그 오실로스코프는 인가된 전압이 화면상의 전자빔을 움직여서 파형을 바로 나타낼 수 있다. 전압에 비례하여 빔을 위 아래로 편향시켜 화면에 파형을 주사하기 때문에 곧바로 파형을 그리게 되는 것이다.그 반면에 또다른 하나인 디지털 오실로스코프는 디지털 오실로스코프는 파형을 샘플링한 후 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 측정한 전압을 디지털로 변환시킨다. 이 변환시킨 디지털 정보를 파형으로 재구성해서 화면에 나타내는 것이다.오실로 스코프는 크게 전자빔을 발생시키는 전자층(음극선관 CRT), 전자층에서 집속된 전자빔의 흐름을 바꾸어 주는 편향판, 전자빔의 충돌로 빛을 발산하게 하는 형광체를 도포한 스크린 이 세부분으로 나눌 수 있다.≫ Multimeter멀티미터 (멀티테스터, 볼트/옴 미터 혹은 VOM)는 여러가지의 측정 기능을 결합한 전자 계측기이다.전형적인 멀티미터는 전압, 전류, 전기저항을 측정하는 능력과 같은 특징을 포함한다.멀티미터는 기본적인 결점을 찾기 위하여 손으로 쓰는 유용한 장치이자 분야 업무작업 혹은 매우 높은 정확도로 측정할 수 있는 벤치 기구가 될 수 있다.≫ 소음계(SPL Measurement)소음계는 소리를 인간의 청감에 대해서 보정을 하여 이다. 눈금은 [dB]이고, 직접 읽을 수 있으며 또한 기록할 수 있다.●실험 방법1. Calibrator를 이용하여 녹음기에 94dB의 음을 녹음한다.2. 3가지 소리를 oscilloscope와 multi-meter를 이용하여 전압값 을 측정한다.3. 소음기를 이용하여 dB 값을 측정한다.4. Level Recorder를 이용하여 결과를 기록한다.5. 각각의 값을 비교 분석한다.6. 소음계를 이용하여 학교 주변 소음을 측정한다.●실험 결과?94dB 오실로스코프V_peak = 0.32mV ,f=1kHz94dB 를 녹음한 소리의V_{r m s }값은 기기문제로 제대로 측정되지 않았다. 오차 원인은 추후에 다루도록 하겠다.?94dB 핸드폰90dBV_{r m s }= 19.7mV - level recorder -94dB 핸드폰 녹음의 오실로스코프는 확인 하지 못했다.?믹서기V_{r m s} = 9.3mV( Volt Div : 0.5V Time Div : 0.5ms )위 기록표를 보면,믹서기는 90dB 정도의 소음이 발생하는 것을 알 수 있다.?전자레인지V _{r m s} =6.0mV( Volt Div : 0.1V Time Div : 0.5ms )위 기록지를 보면,전자레인지는 82~84dB의 소음이 발생하는 것을 확인 할 수 있다.?세탁기V _{r m s} =2.1mV( Volt Div : 0.1V Time Div : 0.5ms )위 기록지를 보면,세탁기는 77dB 정도의 소음이 발생하는 것을 알 수 있다.▶생활소음 3가지 측정 암소음(배경소음) :1. 글라인더- 소음 분석기 결과 -- Level Recorder 결과 -기록지를 살펴보면, 소음이 66~67dB임을 확인 할 수 있다.2. 에어건- 소음 분석기 결과 -- Level Recorder 결과 -기록지를 보면, 에어건은 87dB에서 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 에어건의 압력이 점차 떨어지는 것이 원인이다.3. 드릴- 소음 분석기 결과 -- level recorder 결과 -위 기록지를 보면, 드릴은다.

공학/기술| 2014.11.12| 22페이지| 1,000원| 조회(176)

생활 소음, 기계시스템공학실험, 생활 소음 실험

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4. 음압 및 소음도 측정

기계시스템공학실험-음압 및 소음도 측정-담당교수 : 장호명,임혜수목78910 4조기계시스템디자인공학과 3학년A917091신원대●실험 제목음압 및 소음도 측정●실험 목적▶ Oscilloscope, 소음계 등 실험기자재 다루기▶ Calibrator tone을 통하여 음압비와 전압비의 상관관계를 알 아보기▶ 소음도 SPL의 크기를 귀로 느끼고, SPL 차이에 대한 청감특성 이해하기●실험 이론▶ 소리탄성체를 매질로 전파되는 파동을 가리키며 음, 음파라고도 한다.인간의 청각 기관이 감지할 수 있는 매질(공기)내에서의 압력변화이며 우리가 주관적으로 느끼는 감성이다.사람이 아닌 동물들도 청각기관을 갖고 있으므로 이들도 소리를 감지할 수 있으나 각각의 종에 따라 사람이 듣는 소리와 주파수 영역이 다르다.▶ 마이크로 폰 (음압 측정기)음파 또는 초음파를 받아서 그 진동에 따른 전기신호를 발생하는 장치, 곧 음원에서 야기된 매질의 압력변화를 전기적 신호로 바꾸는 장치이다.▶ SPL(Sound Pressure Level), 음압레벨SPL은 음의 강도에 대한 척도이다. 귀에 보정시키는 방법으로 도출된 단위이며, 음파는 정상 공기압 상하로 변하는 압력파이기 때문에 음의 진폭 또는 강도의 측정은 공기압의 변화와 관계된다. 보통 음에 대한 공기압 값의 범위가 너무 넓기 때문에 음의 강도에 대한 척도로서 대수척도인 데시벨(dB)을 사용한다.SPL(dB) = 10TIMES `log( {P _{rms}} over {P _{ref}} ) ^{2} =20 TIMES log {P _{rms}} over {P _{ref}}음압의 기준치인R _{ref} 는1000Hz의 순음의 가청최소 음압인 0.0002mubar(2times 10^-5Pa)이다.dB은 로그를 사용하기 때문에 10dB은 0dB보다 10배 크고 20dB의 경우 100 크다.▶ Calibration어떤 신호를 녹음 분석하는 데 있어서 그와 연결된 분석기를 보정하여 정확한 데이터를 얻을 수 있도록 하는 실험을 의미한다.특정조건에서 측정기기,어서 시간당 면적을 구하는 것인데 이렇게 하면 사인파와 같이 +신호와 ? 신호가 반복되면 평균값은 0이 되면서 의미가 없어지게 된다. 따라서 이러한 것을 없애기 위하여 RMS 값을 사용한다.RMS(Root Mean Square)는 평균평방근으로서 진동의 진폭의 크기를 나타내는 방법중 하나이다.RMS는 파형 상의 시시각각 변화하는 값을 제곱을 한 뒤 합하여 평균을 낸 값으로 평방근을 나타낸다.1) 사인파f(x) = sin xV_{R MS} = root{ 1over 2piint _{0} ^{2pi} sin^2 (x)dx} = root {1over 2piint _0 ^ 2pi {1-cos2x} over 2 dx}root { 1over 2pi [pi- 1over 4 sin 4pi -0 - 1over 4 sin0 ] } = root { 1 over 2pi ( pi)=root {1 over 2THEREFORE V _{r m s } ={V _{peak}} over {sqrt {2}}2) 삼각파f(x) =2V_Peak over pi x ``````` [ 0 LEQ x LEQ pi over 2 ]{-2 V_peak} over pi (x- pi)````` [ piover2 LE x LE 3pi over 2 ]2V_peak over pi (x - 2pi) ````[ 3pi over 2 LE x LE 2pi ]V_{R MS} = root{ 1over 2pi f^2 (x)를 계산,4*root {2 over pi int_0 ^{pi over 2} ({2V over pi x)^2 dx})= root { 2over pi [{4 over 3 V_peak over pi^2 ({piover 2})^3 ]= sqrt {{V ^{2 _{peak}}} over {3}}= {1} over {sqrt {3}} V _{peak}즉 삼각파의 경우V_{ r m s} = V_peak over root 33) 사각파사각파의 경우 같은 값이 부호만 급격히 바뀌기 때문에 (-)값을제곱하여 모두 더한 후 평균을 내어 감소하고 큰 경우에는 증가하게 된다. 따라서 출력 신호의 진폭을 정확히 알기 위해서는 부하저항이 주어진 경우 오실로스코프나 멀티미터를 사용하여 그 값을 측정해야 한다.≫ Oscilloscope오실로스코프는 전자장비를 보수하거나 디자인할 때 필요한 필수적인 계측기로 전기적 신호(전압의 파형)를 시각적으로 화면상에 나타내 주는 것이다. 물리적인 세계에서는 에너지, 입자의 진동, 그 밖의 보이지 않는 힘들이 어디에서나 존재하며, 이러한 힘들을 전기적인 신호로 바꿔주는 것이 센서이고, 바뀐 전기적 신호를 연구하고 관찰할 수 있는 것이 오실로스코프이다. 오실로스코프에는 크게 아날로그형과 디지털형으로 분류된다. 오실로스코프는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 하나는 바로 아날로그 오실로 스코프이다. 아날로그 오실로스코프는 인가된 전압이 화면상의 전자빔을 움직여서 파형을 바로 나타낼 수 있다. 전압에 비례하여 빔을 위 아래로 편향시켜 화면에 파형을 주사하기 때문에 곧바로 파형을 그리게 되는 것이다.그 반면에 또다른 하나인 디지털 오실로스코프는 디지털 오실로스코프는 파형을 샘플링한 후 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 측정한 전압을 디지털로 변환시킨다. 이 변환시킨 디지털 정보를 파형으로 재구성해서 화면에 나타내는 것이다.오실로 스코프는 크게 전자빔을 발생시키는 전자층(음극선관 CRT), 전자층에서 집속된 전자빔의 흐름을 바꾸어 주는 편향판, 전자빔의 충돌로 빛을 발산하게 하는 형광체를 도포한 스크린 이 세부분으로 나눌 수 있다.≫ Multimeter멀티미터 (멀티테스터, 볼트/옴 미터 혹은 VOM)는 여러가지의 측정 기능을 결합한전자 계측기이다. 전형적인 멀티미터는전압, 전류, 전기저항을 측정하는 능력과 같은 특징을 포함한다.멀티미터는 기본적인 결점을 찾기 위하여 손으로 쓰는 유용한 장치이자 분야 업무작업 혹은 매우 높은 정확도로 측정할 수 있는 벤치 기구가 될 수 있다.≫ 소음계(SPL Measurement)소음계는 소리를 인간의 청감에 대해서 보정을 하여 인간이 느끼는한다.≫ 실험 - 2- 음향 측정 데이터 분석1. 94dB 일 때, 전압 값을 측정한다.2. 114dB 일 때, 전압 값을 측정한다.3. 소리굽쇠를 진동시켰을 때, 전압 값의 변화를 측정한다.4. 위의 두 경우에서 20dB차가 날 때, 전압 값의 차가 몇 배인지 알아본다.5. Peak 값이 100mV, 500Hz 일 때 몇 dB인가 계산Peak 값이 150mV, 700Hz 일 때 몇 dB인가를 계산한다.≫ 실험 ?3- 오디오 기기를 이용한 청감특성 실험1. 스피커의 volume을 고정한 뒤 dB을 측정한다.2. 기준점의 소리의 2배가 되는 지점을 귀로 듣고 그 지점의 dB을 측정한다.3. 반대로 기준점 소리의 1/2배가 되는 지점을 귀를 통해 찾고 그 지점의 dB을 측정한다.●실험 결과[1]- Function GeneratorInput : 1kHz- OscilloscopeVolts division : 0.5V Time division : 0.5 ms1) Sin파≫ 측정 주파수= 1 / ( 0.5 * 2 ) ms= 1 / 1ms = 1000Hz= 1kHz≫ Multimeter이론V _{r m s } =1/ sqrt {2} =0.707V측정V _{r m s } =0.687V2) Saw 파≫ 측정 주파수= 1 / ( 0.5 * 2 ) ms= 1 / 1ms = 1000Hz= 1kHz≫ Multimeter이론V _{r m s} =1/ sqrt {3} =0.577V측정V _{r m s } =0.574V3) Square 파≫ 측정 주파수= 1 / ( 0.5 * 2 ) ms= 1 / 1ms = 1000Hz= 1kHz≫ Multimeter이론V_{r m s } = 1V측정V_{r m s}= 0.985V위 결과를 표로 정리하면이런 오차의 원인으로는¹Multimeter 값이 측정 전부터 값을 지니고 있던 점(공기 중에서)²BNC Cable 의 저항³Oscilloscope 기기 내부에서의 저항⁴접지 불량 등이 있을 수 있다.●실험 결과[2]- 소음기 Calibration- Case)#그리고(1)`-`(2)` =DELTA 20dB=20*log {V _{r`ms,114}} over {V _{r`ms,94}}#log {V _{r`ms,114}} over {V _{r`ms,94}} =1#{V _{r`ms,114}} over {V _{r`ms,94}} =10- 20 dB 차이가 날 때 전압 차94 dB : 114 dB = 0.085V : 0.849V→ 10배 차이임을 알 수 있다.즉, 소리가 100배 (20dB) 차이 날 때 전압은 10배 차이¹- Peak 값이 100mV, 500Hz 일 때 몇 dB인가 계산²- Peak 값이 150mV, 700Hz 일 때 몇 dB인가를 계산94dB=20*log {V _{r`ms,94}} over {V _{ref}} =20*log {0.085V} over {V _{ref}}##V _{ref} =1.696*10 ^{-6`} V```#`````````````#V _{r`ms} =V _{Peak} / sqrt {2} =0.707V _{Peak} `#``````````````````````````````````````````````````````````#THEREFORE N``dB=20*log {0.707V _{Peak}} over {1.696*10 ^{-6} V} =20*log(416863.2*V _{Peak} )```````````````결과적으로,¹- 100mV :20*log(416863.2*0.1)`=`92.4 dB²- 150mV :20*log(416863.2*0.15)`= 95.9 dBHz는 소리의 높이에 관련된 물리량으로써 소리의 세기와는 관련이 없다.위 수치는 약간의 오차를 동반 할 수 있는데,이유는 애초 Calibration을 1kHz, 94dB 기준으로 측정해서 유도해낸V_{r m s},V_ref 값을 기준으로 계산하였고,실험결과[1]에서 이미 오차가 있는 것을 감안하여야 하며,다른 주파수 값을 측정하는 것인데,소음기를 믿고 측정해야 한다는 것을 인지해야한다.●실험 결과[3]- 오디오 기기를 94dB를.

공학/기술| 2014.11.12| 20페이지| 1,000원| 조회(645)

음압 및 소음도 측정, 소음도 측정, 기계시스템공학실험

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3. 마찰 계수 측정

기계시스템공학실험-마찰 계수 측정-담당교수 : 장호명,임혜수목78910기계시스템디자인공학과 3학년A917091신원대●실험 제목마찰 계수 측정 실험●실험 목적원관 내 유체유동의 마찰계수를 Reynolds 수(Re)의 함수로 측정●실험 이론▶ 베르누이 방정식 (Bernouill Equation)유체가 유선을 그리며 흐를 때, 두 점 A와 B의 높이 그리고 두 점에서의 압력과 흐르는 속도 사이의 관계를 두 점에서 역학적 에너지가 보존됨을 바탕으로 수식으로 나타낸 것을 가리킨다.{p} over {rho g} + {V ^{2}} over {2g} +z=Constant 그러나 베르누이의 방정식은 비압축성 유동에 대해서만 유효하다. 대부분의 경우 액체는 그 밀도가 일정하다고 생각할 수 있다. 따라서 이런 경우 액체는 비압축성이고, 그 유동은 비압축성 유동으로 생각할 수 있다. 기체의 경우는, 그 유동 속도가 매우 낮아 유선에 따른 기체의 밀도 변화가 무시할 만큼 작은 경우에 비압축성으로 간주할 수 있다.베르누이 방정식을 적용하기 위해서는 다음과 같은 가정이 만족되어야 한다.?유체는 비압축성이어야 한다. 압력이 변하는 경우에도 밀도는 변하지 않아야 한다.?유선이 경계층(boundary layer)을 통과하여서는 안 된다.?점성력(viscous force)이 존재하지 않아야 한다.?시간에 대한 변화가 없어야 한다(정상상태, steady state)▶ Navier-Stokes 방정식점성을 가진 유체에 대한 일반적인 운동방정식이다. 이 방정식을 이용하여 점성이 전혀 없는 완전유체와 관련된 문제부터 경계층의 난류 발생 현상까지 다룰 수 있다.▶ 레이놀즈 수 (Re _{})1883년에 영국 맨체스터대학교 교수인 Reynolds가 창안한 수로서 유체의 입자가 서로 층을 이루면서 선적으로 미끄러지는 층류와 서로의 유체입자가 불규칙 운동을 하면서 상호간에 격렬한 운동을 일으키는 난류를 구분하는 무차원수이다.▶ 층류(Laminar)관을 흐르는 유속이 비교적 작을 때(레이놀즈수가 작을 때)에는모세관에서 분출된 물감의 유맥선은 분자확산 없이 선명한 선을그대로 유지하면서 관 축에 평행하게 흐르는 것이 관측( 원형 관 내에서 일반적으로Re _{D} < 2000 )▶ 천이(Trasition)밸브를 열어 유량을 증대시켜 가면 어느 레이놀즈수 부근에서물감의 유맥선이 불안정하게 되어 순간순간 흐트러졌다 다시이어졌다 하는 불안정유동이 발생(2000

공학/기술| 2014.11.12| 14페이지| 1,000원| 조회(201)

마찰 계수, 마찰 계수 측정, 기계시스템공학실험

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2. 이중관 열교환기 특성실험

기계시스템공학실험-이중관 열교환기 특성실험-담당교수 : 장호명,임혜수목78910기계시스템디자인공학과 3학년A917091신원대●실험 제목이중관 열교환기 특성실험●실험 목적≫ 대수평균온도차(Long Mean Temerature Difference : LMTD)법의 기본 개념 이해≫ 이중관 열교환기 특성실험을 수행함으로써 이중관 열교환기 설계와 작동에 대한 기본 능력 습득●실험 이론≫ 열교환기고온액체와 저온액체와의 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시하는 장치를 말하며, 화학공업이나 일반 빌딩의 난방, 급탕용 등 폭넓게 사용되고 있는 압력용기를 말한다.사용목적에 의한 분류로는→ 열교환기-폐열의 회수를 목적으로 한다.→ 냉각기(cooler)-고온측 유체의 냉각을 목적으로 한다.→ 가열기(heater)-저온측 유체의 가열을 목적으로 한다.→ 응축기(condenser)-증기의 응축을 목적으로 한다.→ 증발기-저온측 유체의 증발을 목적으로 한다.본 실험에서 이중관 열교환기는전형적으로 유동배열과 구조의 형식에 따라 분류된다.? 병류→ 동심관 구조에서 고온 유체와 저온 유체가 같은 방향으로 유동?향류→ 동심관 구조에서 고온과 저온의 유체가 반대로 흐르는 경우? 핀관(직교류) 열교환기→ 공기 또는 기체의 가열과 냉각에 사용 → 기체는 관군을 가로질러 흐르고,다른 유체는 가열 또는 냉각시키기 위 하여 관 내부를 흐름④ Shell-Tube 열교환기→ 하나의 유체가 튜브 안을 흐르며,다른 유체는 Shell 안을 두 유체 사이에 열을 전달하기 위해 흐른 다.이외에도 매우 큰 단위체적당 열전달 표면적을 얻기 위해 사용하는 고밀도 열교환기 등이 있다.≫ 총합 열전달계수모든 열교환기 해석에서 필수적이고 자주 가장 불확실한 부분은 총합 열전달 계수를 결정하는 것이다. 이 계수는 두 유체 사이의 열전달에 대한 전체 열저항으로 정의된다. 즉1 over {UA} = 1 over {U_c A_c } = 1over {U_h A_h} = 1 over {(eta _c hA)_c } + R_f,c^{ ''} over {(eta _c A)_c } +R_w + R_f,h^{''} over {(eta_0 A)_h } + 1over {(eta_0 hA)_h 로 표현 될 수 있다. 이 계수는 각각 복합 평면 벽과 복합 원통 벽에 의해 분리된 유체 사이의 전도저항과 대류저항을 고려함으로써 결정된다. 그리고 일반적인 열교환기 표면은 작동하는 동안 유체의 불순물, 녹의 생성, 또는 유체와 벽면 재료사이의 다른 반응에 의해 자주 오염되기 쉬우므로 표면에 막 또는 스케일이 지속적으로 침전되면 유체 사이의 열전달에 대한 저항은 크게 증가될 수 있다. 이러한 효과는 오염계수R_f라고 하는 부가적인 열 저항을 도입하여 다루어 질 수 있다. 이 계수 값은 작동온도, 유체속도, 그리고 교환기의 사용시간에 따라 달라진다.≫ 로그 평균 온도차열교환기를 설계하거나 성능을 예측하기 위해서는 총 열전달률을 입구 및 출구 유체 온도, 총합 열전달계수, 그리고 열전달을 위한 전체 표면적과 같은 양과 관련시키는 것이 필수 적이다. 만약 q가 고온유체와 저온 유체 총 연전달률이고 열교환기와 그 주위 사이의 열전달을 무시할 수 있으며 위치에너지와 운동에너지의 변화도 무시할 수 있다면, 정상유동 에너지 방정식q``=`` dot{m _{h}} (i _{h,i} -i _{h,o} ) 이고q``=` dot{m _{c}} (i _{c,o} -i _{c,i} )와 같이 된다. 유체가 상변화를 일으키지 않고 비열은 일정하다고 가정하면 이 식은q= dot{m _{h}} C _{p,h} (T _{h,i} -T _{h,o} ) 그리고q= dot{m _{c}} c _{p,h} (T _{h,i} -T _{h,o} )`가 된다. 여기서 식에 나타난 온도는 지정된 위치에서의 평균 유체온도를 뜻한다. 여기서 총 열전달률 q를 다음 식으로 주어진 고온 유체외 저온 유체 사이의 온도차TRIANGLE T == T _{h} -T _{c} 에 연관 시키면 단순한 대류 열전달 계수 h 대신에 총합 열전달 계수 U를 사용하는 뉴턴의 냉각법칙의 확장일 수 있다. 그러나TRIANGLE T는 열교환기의 위치에 따라 변화하므로 다음 형식의 비율 방정식으로 다룰 필요가 있다.q`=`UA TRIANGLE T _{m`}이라 표현 할 수 있는데 이 때triangle T_m은 적절한 평균 온도차이다. 이triangle T_m을 구하기 위해 우선 평행 유동 열교환기를 살펴보면이와 같은 온도 분포를 가지게 된다.따라서 에너지 균형식을 쓰면 아래와 같고3번째 식을 4번 째 식의 대입을 해 정리를 하면이를 상태 1에서 2까지 적분을 해주면 다음과 같고위로 대입해 주면ln {T _{h2} -T _{c2}} over {T _{h1} -T _{c1}} =-UA( {T _{h1} -T _{h2}} over {dot{q}} + {T _{c2} -T _{c1}} over {dot{q}} )= {UA} over {dot{q}} (T _{h2} -T _{c2} -T _{h1} +T _{c1)}로 정리 할 수 있다.정리하면 이와 같고따라서 대수평균 온도차는 이와 같다.항류일 경우온도 분포와 위의 그림과 같고 대수평균 온도차를 구하는 방법은 병류일 때와 같은 방법으로 구하면 된다.≫ 유용도입구온도만 알고 있을 경우 LMTD법을 사용하려면 성가신 반복계산을 수행해야만 한다. 이러한 경우 유용도-NTU이라고 하는 다른 접근방법을 사용하는 것이 바람직하다.열교환기 유용도를 정의하기 위해서는 최대 가능한 열전달률q_max를 결정해야 한다. 원칙적으로 이 열전달률은 무한한 길이의 대항유동 열교환기에서 이루어질 수 있다. 이러한 열교환기에서 한 유체는 최대 가능한 온도차T_h,i -T_c,i를 가질 것이다. 이 점을 설명하기 위해서C_c < C_h인 경우를 고려하면| dT_c RIGHT |> | dT_H | 이다. 그러면 저온 유체는 더 큰 온도변화를 겼을것이고 길이가 무한대이므로 저온 유체는 고온 유체와의 입구온도 까지 가열될 것이다. 따라서C_c q_max = C_c (T_h,i -T_c,i ) 이다. 만약C_h 3으로 유동하면서점차 온도차가 줄어드는 것을 확인 할 수 있고,향류 방식은 온수는 1->3 으로, 냉수는 3->1 으로 유동하면서점차 온도차가 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.위 그래프를 보면 알 수 있듯,⇒ 일반적으로 향류가 병류보다 출력이 좋다는 것을 알 수 있다.이는 향류가 병류보다 열 교환이 활발히 일어난다는 것을 말한다.이러한 결과를 보이는 이유는 다음과 같다.병류의 경우 온수방향과 같은 방향으로 흐르는 찬물이 처음에는 큰 온도차를 보이기 때문에 열 교환을 활발히 하다가,점차 찬물의 온도가 상승하면서(온수의 온도는 낮아진다) 온수와의 온도차가 크지 않아 열 교환이 줄어들기 때문이다.반면 향류의 경우, 찬물이 온수의 입구부분을 향해 유동하면서계속해서 관 주변 온도가 점차 상승하는(온수의 입구부분) 유동을 하기 때문에, 보다 활발한 열 교환 구간이 길기 때문이다.⇒ 에너지손실 그래프에서 (-)값을 보이는 경우들이 있다.이는 실험시 각기 다른 유량을 설정하는 과정에서이전 실험에서 찬물이 열을 받으며 유동을 하였고, 그로인해 따뜻하게 데워진 찬물 관 속에 새로운 찬물이 흘러들어왔기 때문에¹향,병류 과정뿐만 아니라 ²온도가 상승한 관을 통한 열전달도 이루어져 에너지손실이 (-)값을 가지게 된 것이라 생각한다.⇒ 그래프가 다소 극적으로 나타났다.본 실험기기의 온도 측정 장치가 소수점을 버림으로 정수만 표시하면서 그래프가 격하게 된 원인이며,정상상태에서가 아닌, 온도가 소수점단위로 변화하는 과정에서 온도측정이 실행되었기 때문이라고 생각한다.아래 표에서처럼, 몇몇 구간들에 대해서 정수인 온도변화가 없는 경우혹은 온도변화가 과한 경우가 결과값 산출에 지대한 영향을 미쳤다.2) 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량의 차이를 줄이기 위한 방법을 고찰하시오.각 경우에 대해 에너지손실 그래프를 구하면 위와 같다.⇒ 열역학 1법칙에 위배되는 (-)값을 가지는 경우실험 보고서 고찰 (1)번에서 다루었기 때문에 생략하며,이 경우는 실험값으로 앞으로의 과정을 토의하는데 이용 불가하므로 생각하지 않기로 한다.⇒ 온수온도 50CENTIGRADE 향류,병류의 에너지 손실 비교를 통하여병류의 경우 전체적인 에너지손실은 적으나, 유량의 차이는 에너지손실에 큰 비중이 없는 것을 확인 할 수 있다.향류의 경우 찬물의 유량이 증가하면 에너지 손실이 급격히 감소하는 것을 확인 할 수 있다.⇒ 향류 온수온도 40CENTIGRADE ,50CENTIGRADE 에서의 에너지 손실 비교를 통하여향류에서 온도의 차이는 에너지 손실에 큰 차이가 없다는 것을 확인 할 수 있으며, 위 경우 모두 온수의 유량이 2인 경우로 찬물의 유량은

공학/기술| 2014.11.12| 20페이지| 1,000원| 조회(295)

이중관 열교환기, 기계시스템공학실험, 이중관 열교환기 특성실험

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