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화공실험-[Final]열풍온도제어

1. ON-OFF Control1-1. 서 론이 실험은 on-off 제어 시스템에 대해 이해하기 위함이다.1-2. 이 론가정용 가열시스템이나 냉장고의 온도조절기 등으로 사용되는 간편하고 값싼 Feedback Control이다. 이들은 몇몇 액위제어루프나 가열시스템과 같은 정밀하지 않은 산업적 응용에 사용되기도 한다. 그러나 PID Control보다 성능과 유연성이 떨어지기 때문에 산업계에서는 널리 사용되지 않는다.이상형 ON-OFF Control은 단지 두 가지의 제어출력값을 갖는다.여기서와은 각각 on과 off일 때의 값을 나타낸다. 예를 들어, 공기압 제어기에 대하여,이고,라고 정할 수 있다. ON-OFF Control은 측정잡음에 대한 민감도를 줄이기 위해 오차신호에 대한 불감영역(dead band)을 포함하도록 수정될 수 있다. 또한 ON-OFF Control 매우 큰 제어기이득을 갖는 비례제어의 한 특수한 경우로 간주할 수 있다.on-off Controll의 단점은 피제어변수에 지속적인 진동을 일으키며, 최종제어요소의 움직임을 과다하게 하여 많은 마모를 유발할 수 있다는 것이다. 뒤에 거론된 단점은 최종제어요소로 솔레노이드 밸브나 솔레노이드 스위치가 사용될 때에는 사실 큰 문제가 되지 않는다.1차 공정이라 할 때전달함수는이다. 또한 간단한 측정기구의 전달함수는이다.1-3. 실험방법1) 실험장치2) 실험방법① 위 그림과 같이 회로를 연결한다.② 초기값을 설정한다.?fan speed(upper potentiometer) : 2V?chamber temp. set point(lower potentiometer) : 5V (50˚C 기준)③의 출력 값을 기록계로 기록하기 위하여과 기록계의 ＋선을 연결하고, 기록계의 －선을 Earth와 연결한다.④ Data Sheet 1 에 heater cycle time과 extreme temperature를 기록한다.⑤ fan의 입력 값을 10V로 바꾸어서 실험을 반복한다.⑥ 회로도의 점선과 같이로 회로를 연결하고 위 실험을주기는 공정지연시간과 관계가 있음을 알게 되었다.fan speed가 높을수록 온도 가열하는데 필요한 시간이 많이 소요되므로 느려지고 반대로 온도냉각은 더욱 빨라졌다. 또한 격막이 제어정밀도에 영향을 미쳐 진동주기를 길게 함을 알 수 있었다.1-6. Data Sheet실내온도: 22 ℃‘on-off' temperature control results(sensor T1)set-point(V)fan input(V)heater cycle time (sec)extreme temperature(℃)ONOFFMINMAX525.2616.4350.251.65108.139.8149.951.4실내온도: 22 ℃‘on-off' control T2set-point(V)fan input(V)heater cycle time (sec)extreme temperature(。C)ONOFFMINMAX5225.3374.3649.255.351040.0740.3547.953.32. ON-OFF Control with Hysteresis2-1. 서 론reply amplifier를 사용하여 hysteresis를 갖는 on-off 제어특성의 이해하기 위함이다.2-2. 이 론히스테리시스라고도 하며, 줄여서 이력이라 한다. 이것이 뚜렷하게 나타나는 것에는 강자성체(强磁性體)의 자화(磁化), 탄성의 변형이 있는데, 이들을 각각 자기이력(磁氣履歷:자기히스테리시스) ?탄성이력(彈性履歷:탄성히스테리시스)이라고 한다. 이력현상이 나타나는 상태변화에 대해서는 상태변화와 이것을 일으키는 원인이 되는 물리량, 예를 들면 자화의 세기와 외부자기장, 변형과 외력과의 관계를 나타내는 곡선은 루프(loop)가 된다. 이것을 히스테리시스곡선이라 한다.2-3. 실험방법1) 실험장치그림2. ON-OFF Control with Hysteresis2) 실험방법① 그림과 같이 회로를 연결한다.② 초기값을 설정한다.?fan speed(upper potentiometer) : 1V?chamber temp. set point(lower pote비례제어기준신호와 되먹임신호 사이의 차인 오차신호에 적당한 비례상수 이득을 곱해서 제어신호를 만들어내는 제어기법. 이 기법에 의한 제어기를 비례제어기(proportional controller), 또는 영문약자를 써서 P제어기라 부름.2) 비례제어 되먹임 제어시스템의 일반적인 형태 :비례제어기 이득그림3-1. 비례제어기에 의한 되먹임 시스템3) 장단점구성이 간단하여 구현하기가 쉽다. 그러나 이득의 조정만으로는 시스템의 성능을 여러 가지 면에서 함께 개선시키기는 어렵다.예) 스프링-댐퍼 시스템 제어문제 : 스프링과 댐퍼가 달려있는 질량의 변위를 기준입력을 사용하여 조절그림3-2. 스프링-댐퍼 시스템4) 개로전달함수여기서,댐퍼 점성마찰계수,스프링 탄성계수이다.5) 폐로 특성방정식6) 비례제어의 효과시스템의 탄성계수를에서로 증가시키는 역할☞ 탄성계수가인 스프링을 시스템에 병렬로 더 연결한 것과 같은 효과7) 개로 계단응답인 경우그림3-3. 스프링-댐퍼 시스템의 개로 계단응답정상상태오차 = 0, 상승시간 = 20초로서 반응이 상당히 느린 특성.8) 비례제어 되먹임시스템의 성능분석 : 근궤적 조사그림3-4. P제어기 되먹임시스템의 근궤적근이 실수축을 벗어나는 경계점에 해당하는 이득의 값일 때에는 폐로극점이 모두 실수축 위에 있으며의 값이 커짐에 따라 한 개의 근은 원점에서 멀어지고, 다른 한 개의 근은 원점 쪽으로 다가온다.9) 폐로 계단응답그림3-5. P제어기의 이득변화에 따른 계단응답 특성3-3. 실험방법1) 실험장치그림3.6 Proportional Control2) 실험방법① 그림과 같이 회로를 연결한다.② 초기값을 설정한다.?fan speed(upper potentiometer) : 5V?chamber temp. set point(lower potentiometer) : 5V③ signal generator는 d, c에 놓고 Offset은 0V로 level은 0V로 맞춘다. Proportional controller gain는 10으로 한다.④의 출력 값을 기록roller gain(kp)set-point(。C)measured T1steady state error(set point - T1)105047355044.45.61503416실내온도: 22℃controller gain(kp)set-point(。C)measured T1shutter openshutter closed1050474855044.4461503436.64. Proportional Plus Integral Control4-1. 서 론비례동작 온도제어기에 integral action을 더하였을 때의 특성을 이해하기 위함이다.4-2. 이 론1) 비례적분 제어오차신호를 적분하여 제어신호를 만들어내는 적분제어를 비례제어와 병렬로 연결하여 사용하는 제어기법. 을 가리킨다. 이 기법에 의한 제어기를 비례적분 제어기(proportional-integral controller), PI제어기라 부름.2) 비례적분 되먹임 제어시스템 구성그림4-1. PI제어기에 의한 되먹임시스템3) PI제어기 전달함수는 비례계수,는 적분계수.4) 제어신호 시간영역 표시예) 제어대상 플랜트 : 2차시스템여기서,와는 상수 (단위되먹임의 경우, 즉일 때 폐로시스템의 감쇠비와 고유진동수)5) PI제어기 개로전달함수☞에 있는 영점과 원점에 있는 극점을 개로전달함수에 첨가함.6) PI제어의 효과 : 시스템의 형(type)이 1차 증가하여 정상상태 오차가 개선됨.7) PI제어기 설계문제 : 만족할 만한 과도응답을 얻을 수 있도록의 적절한 조합을 선택하는 일.8)으로 할 때의 근궤적그림4-2.이고가 변할 때 근궤적9) PI제어기 성능 확인 : 단위되먹임과 비교PI제어기를 쓰면 적절히 감쇠가 걸리면서 초과가 10% 정도로 크게 줄어들지만, 상승시간과 정착시간을 길게 하기 때문에 응답속도가 늦어짐.그림4-3. PI제어를 포함하는 시스템의 단위계단응답4-3. 실험방법1) 실험장치그림4-4. Proportional Plus Integral Control2) 실험방법① 그림4와 같이 회로를 연결한다.② 초기값을 설P제어와 PI제어 공정제어의 내용을 실험을 통해 배우니 더욱더 쉽게 이해할 수 있었다.4-5. 결 론비례동작제어의 추가는가 증가하면 빠른 응답을 가져오고 적분동작제어의 추가는 응답차수를 증가시키므로값이 증가는 offset을 제거시키지만 매우 큰 overshoot와 쇠퇴비을 발생시켜 큰 진폭을 지닌 system으로 안정성을 낮춘다. P제어와 PI제어 에러 값을 비교해 보면 PI제어가 정확하고 에러값이 적음을 알 수 있다.4-6. Data Sheet실내온도: 22℃set-point( ℃ )shutter positionintegrator block output50fully open (0)4.59 V(50.1℃)50fully closed (5)3.16 V(50℃)P제어 Kp = 2 T1 = 35.6℃ E = 14.4PI제어 KI=0.05 T1 = 50.1℃ E = 0.1Kp=3 KI=0.05 → 50 ℃Kp=3 KI=0.5 → 50 ℃Kp=10 KI=0.5 → 50.4 ℃5. Feedforward Control5-1. 서 론shutter가 열리는 변화에 의한 외란을 보상하기 위하여, 더해진 Feedforward Control Action을 이해하기 위함이다.5-2. 이 론1) 귀환제어(Feedback Control)의 문제점귀환제어는 설정치와 실제치 간에 존재하는 오차신호에 근거하여 제어기의 출력을 수정하고 조정하므로 제어기의 출력을 얻기 위해서는 반드시 오차신호가 존재하여야 한다. 그러나, 플랜트의 응답이 다소 늦은 시스템일 경우에는 외란이 발생한 후에 어느 정도 시간이 경과되어야만 비로소 제어기 출력이 변화하고, 그 만큼 늦은 응답을 얻는다.2) 피드포워드 제어(Feed Forward Control)의 개념Feed Back 제어의 단점과 문제점을 개선하고자, 피드 포워드 제어는 공정 시스템의 외란(출력변화를 일으키는 공정변수)을 제어기의 입력으로 미리 보내어 출력이 변하기 전에 미리 제어기를 동작시켜 시스템의 빠른 응답을 얻는데 목적이 있다.3) 피드포워드 보상기가진다.

공학/기술| 2009.01.13| 26페이지| 1,500원| 조회(228)

이상형, 성능, 유연성, 냉장, 온도조절

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인간과 윤리

오늘날 우리 사회에서 성적 일탈에 관한 소식은 더 이상 놀랄 만한 뉴스가 아니다. 우리는 청소년 성 매매, 각종 음란물의 유통, 인신 매매, 성폭력, 성 희롱, 성을 대상으로 한 향락 산업의 번창, 사이버 섹스, 사이버 불륜, 미혼모와 낙태의 급증 등에 관한 보도를 연일 접하고 있다. 우리 사회에서 성은 이제 마치 하나의 상품처럼 되어버렸다. 우리 사회의 성적 문란 현상은 그 위험 수위가 사회 전체를 도덕적으로 병들게 할 만큼 심각한 수준에 이르고 있다.이러한 성 문란 현상에 대한 반응은 다양하다. 전통적 성윤리를 내세우는 사람들은 이러한 성문란의 원인으로 무분별한 성 개방 풍조와 서구의 성 혁명의 영향을 지적하면서, 전통적 성 도덕을 강화할 것을 주장한다. 이에 반해 자유주의자들은 자유로운 성을 통해 보다 많은 성적 즐거움을 향유할 것을 주장한다. 나아가 일부 극단적인 급진주의자들은 성은 사적인 문제이기 때문에 도덕적 규범의 제재를 받을 필요가 없다는 것이다. 그러나 성을 혼인의 틀 안에 묶어 두려는 규제 중심의 전통적 성윤리는 과도한 규제로 부당하게 성적 자유를 억압할 위험이 있으며, 또 소극적이고 폐쇄적인 성 관념으로 인해 성 개방의 시대적 흐름에 적절히 대응하지 못하는 문제를 안고 있다. 다른 한편으로 성을 순전히 개인의 사적인 문제로 간주하여 도덕적 치외법권 지대로 설정하는 급진적 성 해방론 역시 성적 무질서와 방종을 조장하는 문제를 안고 있다. 게다가 자유주의 성 윤리도 아직 우리의 현실에 제대로 뿌리를 내리지 못하고 있는 실정이다. 그래서 자유주의 성 윤리는 우리 사회에서 아직까지 지배적인 공식적 성 윤리의 위치를 차지 하지 못하고, 단지 우리의 실제적 성 관행을 지도하는 비공식적, 개인적 차원의 성 관념에 머무르고 있다. 설상가상으로 전통적 성 윤리의 구속력 감소와 자유주의 성 윤리의 미성숙에 인터넷 성 혁명의 여파가 더해지면서, 우리 사회는 급속히 성 도덕의 무규범 상태로 빠져들고 있다. 이것은 우리 사회의 성 문제가 단순히 개인적 차원의 도덕가치에 대해 요구되는 규범들(각각의 성의 가치에 상응하는 덕과 의무)을 준수하는 한에서만 성의 가치들을 실현하고자 하는 다양한 시도들은 성과를 기대할 수 있다. 성행위는 그 자연적 결과로서 생식이라는 생물학적 가치를 가진다. 성의 생물학적 가치가 성행위의 결과와 관계되는 가치라는 점에서 성의 생물학적 가치의 실현은 책임의 규범과 밀접한 관계가 있다. 왜냐하면 일반적으로 바람직한 결과를 낳고 나쁜 결과를 방지하는 것과 관계되는 규범은 책임이기 때문이다. 따라서 다양한 성적 활동은 책임의 규범에 의해 규제될 때 비로소 바람직한 결과를 기대할 수 있고, 성의 생물학적 가치를 파괴하지 않고 실현할 수 있다. 성적 활동은 쾌락을 동반하는 전형적인 경험이다. 쾌락은 적극적으로 직접적으로 추구하면 추구할수록 쾌락의 만족에서 멀어지는 역설적 성격을 지니고 있다. 쾌락의 이러한 현상을 쾌락주의의 역설이라고 한다. 우리가 성적활동을 통해 성적 쾌감에 뒤따르는 불쾌감을 느끼지 않고 쾌락주의의 역설에 빠지지 않기 위해서는 무엇보다도 절제의 덕이 필요하다. 성적 쾌락을 비롯한 모든 쾌락은 그 자체로 가치 있는 것이지만, 쾌락의 추구에는 절제가 있어야 한다. 절제 있는 쾌락의 추구를 통해서만 우리는 성적 쾌락의 흥분이 사라진 뒤에도 허탈감에 빠지지 않고 지속적인 충족감을 느낄 수 있게 된다. 따라서 성적 쾌락을 추구하는 구체적 방법이 아무리 다양하다고 할지라도, 그것은 절제의 덕에 의해 규제 될 때 비로소 쾌락 가치를 온전히 실현할 수 있다. 인간의 성은 사랑과 밀접히 관련되어 있다. 인간의 성은 사랑 있는 성을 통해서 인간다운 성, 즉 성의 인격 가치를 실현 할 수 있다. 사랑은 타 인격의 가치를 긍정하고 존중하는 데서 시작해서, 타 인격을 위해 헌신하는 데서 완성되는 것이다. 따라서 사랑 있는 성을 실현하기 위해서는 인격 존중의 의무와 자기 헌신 및 희생의 덕이 필요하다. 성 관계에서 상대를 사랑하기 위한 최소한의 조건은 상대방을 나와 마찬가지의 인격으로 존중하는 것이다. 사랑 있무엇인지에 대한 포괄적인 가치관에 대한 합의가 이루어져야만 하기 때문이다. 그러나 이 같은 포괄적인 가치관에 대한 보편적 합의는 사실상 거의 불가능하다. 그러므로 이상적 성에 대해서는 보편적 합의를 추구하기보다는 다양성을 관용하고 개인의 자유로운 선택에 맡기는 것이, 성의 사적인 성격을 인정하고 개인의 자유를 존중한다는 점에서 그리고 다원주의라는 시대의 흐름에 부합한다는 점에서 보다 바람직하다고 할 수 있다. 이상적 성에 관한 담론은 성적 활동과 관련된 선과 덕을 강조하고, 우리의 성적 활동을 선하고 유덕하게 만들기 위한 지침을 제공한다는 점에서 큰 의의를 가진다. 그러나 이상적 성 중심의 성 윤리는 성적 활동의 이상적 모범을 정립하고 그것을 따를 것을 요구하기 때문에 보통사람이 준수하기에는 너무 과도한 요구를 담고 있는 경우가 많다. 또한, 이상적 성 중심의 성 윤리는 칭찬과 권장의 기준으로는 적절하게 사용될 수 있을 것이다. 그러나 그것은 허용과 금지의 보편적 기준으로는 적합하지 않다. 이상적 성은 의무라기보다는 초과의무라고 할 수 있다, 따라서 그것은 성과 관련된 보편적인 도덕적 의무를 결정하는 데는 한계가 있다. 성과 관련된 의무의 범위를 정하기 위해서는 현실을 고려하여 요구의 수준을 낮출 필요가 있다. 그리고 이것은 도덕적 성에 관한 담론의 중심 주제이다. 비록 이상적 성에 대해서 다양성을 관용한다고 할지라도 이상적 성에 대한 모든 모델이 허용될 수 있는 것은 아니다. 자유로운 성적 이상의 추구도 최소한의 도덕적 조건을 만족시키는 한계 내에서 이루어져야 한다. 이같이 성적인 이상의 추구의 토대가 되는 최소한의 도덕적 조건을 만족시키는 성을 도덕적 성이라고 부를 수 있다. 여기서 말하는 도덕적 성은 좋은 성 또는 유덕한 성이 아니라, 성과 관계된 도덕적 의무를 충족시키는 성, 즉 도덕적으로 허용 가능한 성을 말한다. 즉 도덕적 성은 단지 성적 활동이 도덕적으로 허용될 수 있기 위한 최소한의 조건 또는 기준을 제시한다. 이상적 성, 좋은 성이 권장과 칭찬와 같은 온건한 입장을 취한다. 보수주의 성 윤리는 책임 있는 성을 강조하고, 성의 안정성을 중시한다는 점에서 의의가 있다. 특히 성행위의 결과에 대한 인간의 통제력이 미미한 상황에서는, 즉 임신에서 출산에 이르는 과정에 대한 과학적 이해가 부족하고, 효과적인 피임 수단이 없는 상황에서는 도덕적 성의 조건으로 결혼을 강조하는 보수적 성 윤리가 우리의 성생활을 지도하는 데 큰 유용성을 가진다. 이런 상황에서는 도덕적 성을 혼인의 틀 내로 한정하는 보수적 태도를 취할 경우에만 우리는 성행위의 자연적 결과인 출산에 대해서 안정적으로 온전히 책임을 질 수 있다. 그러나 이러한 특징은 오늘날 보수주의 성 윤리가 도전을 받고 구속력을 점차 상실하는 이유가 되고 있다. 오늘날 우리는 성행위의 결과를 인위적으로 통제할 수 있는 상당한 능력을 지니고 있다. 비록 완벽하지는 않지만 상당한 정도의 효과적인 피임수단이 존재한다. 달리 말해 오늘날은 피임에 의해 성과 생식의 분리가 가능한 시대가 되었다. 이런 여건에서는 출산의 부담으로부터 그러므로 양육 책임의 부담으로부터 상당히 자유로운 성이 가능해진다. 무책임 하지 않은 자유로운 성의 가능성이 열린 것이다. 성의 다양한 측면을 무시하고 오직 출산의 가치만을 강조하는 것은 특정한 가치를 부당하게 확대 포장하고 다른 가치들을 부당하게 격하시키는 것이다. 이 같은 생식 이데올로기는 성에 대한 포괄적 이해와 보편적 성윤리의 정립을 방해할 뿐만 아니라, 다양한 성적 이상들이 갈등하고 있는 현대 사회의 다원주의적 경향과 조화되기 어렵다.쾌락과 계약 중심의 성윤리는 성의 중심 가치를 쾌락으로 본다. 성적 쾌락을 생식이나 사랑과 같은 보다 고차적 가치를 실현하기 위한 수단으로만 보는 것은 성적 쾌락의 고유한 가치를 부당하게 무시하는 것이다. 따라서 쾌락 중심의 성 윤리는 성적 쾌락의 추구는 그 자체로 좋은 것이고, 정당한 이유 없이 자유로운 성적 쾌락 추구를 방해하는 것은 옳지 않다고 본다. 이 입장은 성적 쾌락 추구의 자유를 강조한다는 점에서 지적 취약함을 이용하여 성 관계를 가지는 것은 상대방을 수단으로 이용하는 것이기 때문에 충분한 정보에 근거한 자발적 동의라고 볼 수 없다는 것이다. 자유주의 성 윤리는 한마디로 우리는 성적활동을 통해 타인에게 해를 주어서는 안되며, 성관계에서 상대방의 자율성을 존중해야 한다는 것이다. 이 두 가지 요구를 위반하지 않는 한, 즉 성과 관련된 행위가 기만이나 착취 또는 강제가 없는 한, 그리고 타인에게 어떠한 해악(물리적, 정신적, 사적, 공적 해악)도 가하지 않는 한, 어떠한 성적 관행도 도덕적으로 허용된다. 따라서 자유주의 성 윤리는 혼인과 출산 또는 사랑을 도덕적 성의 기준에서 배제한다. 그렇다고 자유주의자들이 성에 대한 도덕적 무책임을 주장하는 것은 아니다. 자유주의도 보수주의와 마찬가지로 성에 대한 도덕적 책임을 강조한다. 다만 보수주의가 최대한의 책임과 최소의 성적 자유를 주장하는 데 비해서, 자유주의 성 윤리는 최소한의 책임과 최대한의 성적자유를 내세운다. 자유주의 성 윤리는 성적 쾌락의 고유한 가치를 긍정하고, 성적 자유를 주장하는 점에서 긍정적인 면을 찾을 수 있다. 그리고 기본적으로 개방적이고 다원적인 현대 사회와 조화될 수 있는 면이 많다. 어떤 의미에서 자유주의 성 윤리는 책임 부담이 없는 자유로운 성을 즐길 수 있게 된 현대적 상황의 성 윤리적 반영이라고 할 수 있다. 하지만 자유주의 성 윤리는 성행위의 도덕적 책임 범위를 타인에게 해악을 주지 않는 범위로 한정함으로써 성적 책임의 범위를 너무 축소시키는 문제가 있다. 자유주의 성 도덕의 해악 금지의 원리를 따를 경우, 타인에게 해악을 주지는 않지만 자기 자신에게 해를 주는 성적 활동이나 또는 타인을 존중하지 않는 성적 활동은 비도덕적인 것이 아니다. 우리는 그러한 행위에 대해서는 도덕적 책임을 지지 않아도 된다. 그러나 우리가 이런 행위들에 대해 법적 책임은 없을지 몰라도, 도덕적 책임이 없다고 하기는 어려운 것처럼 보인다. 자유주의 성 윤리의 책임 범위는 책임에 대한 우리의 상식적 직관다.

인문/어학| 2009.01.13| 7페이지| 1,500원| 조회(137)

사회, 전통적, 성적, 현상, 도덕적

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화공실험-[Pre]탱크의액위실험

1. 1차계의 동력학적 현상 및 전달함수1-1. 서 론아래의 그림과 같이 액체가 유량으로 유입되어 밸브를 통하여으로 유출되는 경우의 동력학적 현상을 조사한다.그림1-1. 탱크 액위계Level hA = Cross sectional area(constant overwhole tank)Flow resistanceall due to valveIn flow,Out flow탱크에서 유출되는 유량과 액위와의 관계는 제곱근의 법칙(square root law)에 의하여(1-1): 액위,: 유량법칙 상수로 나타낼 수 있고,그림1-2. 유량과 액위 관계Operation PointLevelFlow로 도식된다.① 밀도의 변화가 없다고 가정하면 이 계의 질량수지(mass balance)는(1-2): 액위에서 탱크의 단면적,: 시간탱크 단면적이 일정하다고 가정하면 식(1-1)을 식(1-2)에 대입하면- 비선형 미분방정식 (1-3)위의 식을 Tayler급수 전개하면(1-4): 조작점에서의 액위: 조작점에서의 유출량: 조작점에서의 유량곡선의 기울기유입량과 액위를 위의 식과 같은 형으로 표시하면(1-5)‘￣’ 표시 : 조작점에서 변차량(deviation)위의 식들을 종합하면(1-6)② 조작점에서 유량곡선의 기울기를 1/R이라 하면(1-7): 저항인자 (resistance factor)그러므로 식(1-6)은(1-8)③ 식(1-8)식은 선형미분방정식이므로 Laplace 변환하면 쉽게 풀리므로 변환을 하면(1-9)만일이라면(1-10)이며 시간상수식(1-10)을 정리하면(1-11)④ 식 (1-11)을 전달함수라 하며, 입력과 출력의 Laplace 변환 값의 비로 표시한다.전달함수가형으로 나타나는 시스템을 1차계(1st order system)라 한다.여기서는 공정게인이다.1-2. 과도응답1) 계단입력에 과도응답(Transient Response by Step Input Change)동력학적 현상을 조사하는 방법 중 널리 쓰이는 것의 하나인 계단입력 (Step input)에 대한 응답(Respons날 것이다. 만일 계가 안정된다면, 진동폭은 점차 감소할 것이고 불안정한 계에서는 진폭이 점차 증가할 것이다.그림1-3. Step InputFlow, Final, Initial (may be zeroInput그림1-1과 같은 탱크계에서는 밸브를 재빨리 여는 것으로써 계단입력을 줄 수 있다.(1-12)1차계에서의 계단 응답은 다음과 같이 얻을 수 있다.(1-13)이 식을 식(1-11)에 대입하면,(1-14)입력함수와 출력응답을 그림으로 나타내면 그림1-4와 같으며 보편화하면 그림1-5로 나타난다.그림1-4. Response of Tank Level System to a Step Input0LevelTimeOutput그림1-5. Non-Dimensional Response Curve of Tank Level System0LevelTime1.0Output1.00.6322) 충격입력에 과도응답(Transient Response by Impulse Input Change)모든 입력에 대한 계의 응답을 계산하는 데 필요한 정보를 제공하고, 어떤 계의 동력학적 현상을 조사하는데 가장 이상적인 충격이력에 대한 응답을 알아본다.실제에 있어서 완전한 충격입력은 만들 수 없으므로 계에 만족하는 충격입력으로 간주할 수 있는 입력을 선택한다.① 이론충격함수는 Delta 함수 또는 Dirac 함수라고 부른다.충격응답은 계의 출력변수(output variable)가 화학조성일 경우 보통 RTD (Residence Time Distribution)라고 부른다.충격함수(1-15)식(1-15)는 a점을 제외한 모든 점에서 충격함수 값은 0인 것을 표시하며 a점에서는 단위면적(unit area)을 갖는 것을 나타내며 그림1-6은 충격함수를 나타낸 것이다.충격함수는 “b"가 0에 가까워야 하므로 높이는 무한대며 넓이는 1.0이다.충격함수의 Laplace변환은(1-16)입력함수와 출력함수인 계의 전달함수는 식(1-17)로 표시된다.(1-17)그림1-6. The Impulse FunctionTime를 Lalpace 역변환시키면(1-20)(1-21)식(1-20)과 (1-21)로부터즉, 충격입력에 대한 응답은 식(1-22)로 부터 얻을 수 있다.(1-22)는 Laplace 변환의 정의에 따라(1-23)(1-24)(1-24A)윗 식에서가보다 크면의 값은 0 이며 식(1-24)의 적분값도 0 이 된다.값이 0 보다 크면 식(1-24)는(1-25)(1-25A)그림1-1의 계에서 전달함수는(1-11)이 계의 충격응답은(1-26)이것은 그림1-7이 된다.식(1-26)의 충격응답으로부터, 이 계에 그림1-8과 같은 단위제곱추적(unit square pulse)이 입력으로 도입될 때 그 응답은 어떠한가 알아보자그림1-8에서(1-27)식(1-27)을 단위계단함수(unit step function)으로 표시하면(1-28)그림1-7. Impulse Response of Tank Leve SystemTime식(1-28)을 Laplace 변환시키면(1-29)이 계의 응답은 식(1-25)에 식(1-29)를 대입하여 구할 수 있다.(1-30)식(1-30)을 다시 쓰면(1-31)식(1-31)을 적분하면(1-32)윗 식은 단위 제곱충격에 대한 이 계의 응답이다.식(1-32)를 그림으로 도식하면 그림1-8과 같다.또 다른 방법은 Laplace 역변환법으로 직접 구할 수 있다.식(1-31)에 식(1-32)를 대입하면(1-33)식(1-33)을 Laplace 역변환하면 식(1-32)가 얻어진다. 그림으로부터 단위제곱충격에 대한 응답을 찾는 방법은 다음과 같다.탱크 액위계에서의 응답은 식(1-30)으로 나타난다. 이것을 다시 쓰면(1-34)함수를축에 따라만큼 이동시킨 것은이고 이것을에 대하여 대칭시킨 것이이다. 이것을 도식하면 그림1-9가 된다.식(1-33)의 적분값은 단위제곱충격응답의값을 나타낸다. 이 적분값은 주어진값에서 곡선 밑의 줄친 면적과 같다. 이 면적을값에 대하여 도식한 것이 응답이다.그림1-8. Response of Tank Leve System to a Unit Sqaure PPositive Unit StepSummation of theseTwo FunctionsNegative Unit StepDelayed One Unit1.00.0-1.00.01.02.03.0Responseto NegativeStep InputResponse to PositiveUnit Step Input3.01.00.0-1.00.01.02.03.0System Response3.0(a)(b)그림1-9. Graphical ConvolutionTank 2Tank 1Tank 1Tank 21-3. 실험방법① 우선 공급수 저장탱크 액위가 일정수위를 유지하여 일정한 유량이 공급되도록 수도관에 연결된 밸브를 열어 overflow시킨다.② 유입 밸브를 조절하여 정상상태의 액위가 탱크높이의 1/3이 되도록 한다.③ 탱크액위가 정상상태에 도달한 후 유입량()을 측정한 후, 유입밸브를 약간 더 열어 유입량을 순간적으로 증가시킨다.④ 일정한 시간 간격(5초 또는 10초)으로 액위를 측정한다. 새로운 정상상태에 도달하면 다시 유입량을 측정하여 유입량의 계단입력 변차량를 계산한다.⑤ 액위의 변차량를 시간 (t)에 대하여 도시한다.⑥ 유입량의 변차량을 증가시키며 ④까지의 실험을 2회 반복한다.2. 2차계의 동력학적 현상 및 전달함수2-1. 서 론단일 용량을 통하여 물질이나 에너지가 흐를 때 1차계가 얻어진다. 그러나 만일 직렬인 2차계의 용량을 통하여 물질이나 에너지가 흐른다면, 2개의 거동을 2차 동특성으로 묘사될 것이다. 2차계로서 다용량 공정의 동력학적 현상 및 전달함수가 어떠한가를, 비상관 용량과 상관용량의 경우 각각에 대하여 알아보자.2-2. 이 론1) 비상관 용량그림1-9(a)에서, 탱크1과 탱크2에 대한 물질수지를 취하면(2-1)(2-2)즉,,(2-3)식(2-3)을 식(2-1),(2-2)에 대입한 수 각각의 편차변수를 사용하여 Laplace 변환시켜 각 탱크의 전달함수를 구하면: Tank 1 (2-4): Tank 2 (2-5),이다.그러므로, 총괄계의 전달함수 (overall 2) 상관 용량그림1-9(b)에서 각 탱크에 대한 물질수지를 취하면: Tank 1 (2-8): Tank 2 (2-9)흐름이 valve 저항에 반비례한다고 하면,(2-10)이고, 따라서 식(2-8), (2-9)는(2-11)(2-12)이 된다. 이 식들을 모두과항을 포함하고 있으므로 연립하여 풀어야 하며, 두 탱크 액위가 서로 영향을 미치는 상관관계가 있음을 나타내고 있다.식(2-10), (2-11)을 편차변수를 사용하고, Laplace 변환시켜 정리하면, 각각(2-11A)(2-12A)이고,로서 각 Tank의 시간상수이다.이 식(2-12)와 비상관계의 식(2-6)을 비교해 보면, 단지 분모에 있는의 계수항만이 다르다는 것을 알 수 있는데, 이 항은 상관인자(interaction factor)로 생각 될 수 있으며, 두 Tank 사이의 상호작용 정도를 말해주는데 이 값이 클수록 상호작용이 큼을 의미한다.식(2-12)로부터, 이 전달함수의 극점을 구해보면 이 상관용량등의 응답은 항상 과도 감쇠임을 알 수 있으며, 또한 두 Tank의 상호작용으로 인하여 그림2-1과 같이 응답이 보다 완만하게 됨을 알 수 있다.그림2-1. 입력계단변화에 대한 응답에 있어서 상호작용의 효과First-order response(single tank)Two noninteracting tanksTwo interacting tanksFour noninteracting tanks그리고 탱크 2의 전달함수는 식(2-12A)로부터 다음과 같이 되는데(2-13)만일 크기가 B인 계단 입력이 계에 주어졌을 때의 응답을 구하면(2-14)가 된다.2-3. 실험방법액체가 저장되어 흐르고 있는 두 개의 탱크가 연결되어 있는 그림 1-9(b)와 같은 계에 계단입력이 작용하였을 때의 계의 동특성을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험을 수행한다.① Overhead tank의 valve를 적당히 열어서 Tank 1이 높이의 1/3정도로 액위가 유지되도록 한다.② 정상상태에 도달하면,과를 기록하고 유입유량을 측정한다.③ .

공학/기술| 2009.01.13| 12페이지| 1,000원| 조회(175)

응답, 입력, 부족, 진폭, 계열

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화공실험-[Pre]미지물질정량분석

1. 서론물질의 구성성분과 함량을 분석하기 위해서는 여러 가지 기기(NMR, MS, IR, Raman, 열 분석기, Chromatograph, X-ray,...)가 이용되는데 이중 UV/Vis Spectrophotomer는 물질의 농도를 분석하는데 간편하고 정확성이 우수하므로 오래 전부터 널리 이용되고 있다.1) 목적1. 분광분석기의 원리 이해2. 시료처리 기법 습득3. 물질의 화학구조와 빛의 흡수관계 이해 (정성분석법)4. 농도와 빛의 흡수량과의 상호작용 이해 (정량분석법)2) 준비1. 분광분석기자외선-가시광선 분광 광도계 (UV/VIS Spectrophotometer)분자는 UV/VIS을 흡수하면 결합성 전자와 비결합성 전자가 ground state에서 excited state로 전이된 다음, 여러 경로를 거쳐 다시 ground state로 되돌아 가면서 에너지를 방출하게 되는데 이러한 변화를 관찰함으로서분자의 전자구조적 성질을 파악.정성분석에서는 분자의 구조분석 (최대흡수파장, 흡광도, ε의 크기, band의 분리형태등을 종합적으로 해석)에 이용되며 순도확인 및 정량분석에도 널리 사용.2. 농도 조정이 가능한 유리기구 (Mass cylinder, Mass Pipette, Balance, ...)3. 용매 및 약품2. 이론1) 정성분석 원리정성분석 : 시료속에 함유되어 있는 미지성분의 종류를 알기 위한 화학분석.분자가 빛 Energy를 흡수하면 결합전자가 들뜨게 되는데 이는 결합형태와 깊은 관계가 있으므로 분자내의 작용기 확인에 유용하다. 단일 결합을 이루는 전자 (sigma 결합전자)를 들뜨게 하기 위해서는 대단히 높은 Energy를 필요하며 흡수파장은 185nm이하이다. 그리고 UV 및 Visible Spectrum은 IR이나 Raman Spectrum에 비해 넓은데 그 이유는 전자 전이에 진동 전이가 중첩되어 서로 합해진 Spectrum 선이 나오기 때문이다. 분자 전자의 Energy준위표는 다음과 같은데 Energy준위사이의 전자전이는 빛의 흡수에 의해 일어난다.①전이분자의 결합궤도 함수에 있는 전자는 복사선을 흡수하여 해당하는 반결합궤도함수로 들뜬다. 이때 필요한 Energy는C - H 결합 : 125 nmC - C 결합 : 135 nm②전이비공유 전자쌍을 갖는 분자에서 흡수가 일어나며 Energy는CH3OH : 184 nmCH3NH3 : 215 nmCH3Cl : 173 nm③전이π궤도함수를 갖는 불포화 작용기가 있는 화합물에서 전이가 일어나며 200 - 700 nm 영역에서 흡수되므로 UV/Vis은 주로 이러한 물질 분석에 이용된다. (표 참조)흡수파장은 치환기의 종류, 사용된 용매에 따라 변화되므로 주로 Reference 물질과 비교함으로서 성분을 확인할 수 있다. 그리고 사용된 용매는 측정 파장에서 빛의 흡수가 일어나지 않아야 한다.2) 정량분석 원리정량분석: 시료 속에 포함되어 있는 미지성분의 물질량을 구하기 위한 화학분석그림과 같이 두께가 b인 용기에 농도 c인 용액을 채운 후 빛 Po를 투과시키면 빛은 용액에 흡수되므로 P만큼만이 통과되어 나오게 된다.따라서 빛의 투광도 ( Transmittance), T는T= P/Po 로 나타낸다.그러나 농도분석에는 투광도 대신 흡광도 ( Absorbance) A를 이용하는데A= -log10T = log Po/P 로 표시된다.흡광도는 빛이 용액을 통과하는 두께와 흡광화학종의 농도에 정비례한다.A= abc ( Beer 법칙 )a : 흡광계수 ( Absorptivity )b : 용기의 두께, cmc : 용액의 농도 , mole/l보통 용기의 크기는 고정되어 있으므로 표준용액의 농도를 다양하게 (3 개 이상) 변화시켜 흡광도를 측정한 후 농도와 흡광도와의 관계 그래프를 작성하여 미지시료에 대한 농도를 구한다.흡광도 : 빛이 액체를 투과할 때 흡수되는 빛의 세기를 나타내는 양.투광도 : 투광도는 빛을 비췄을때 투과한 양/전체 빛의 양.※ 주의 : Beer법칙은 측정농도 범위에서만 성립하므로 Standard Curve 작성 및 시료 농도 선정에 신중을 기해야 한다. ( 보통 0.01 M - 10-6 M 범위가 적당)기기에 의한 편차를 줄이기 위해서는 빛을 완전 차단했을 때 검출된 빛의 양을 0 로, 용매만 담긴 용기를 장착한 후 빛을 통과시켰을 때 100 이 되게 조정한다.3. 실험방법1. 분광광도계의 전원을 넣고 장치를 안정화시킨다.2. 장치의 영점조정을 한다. (빛차단 :0, 용매가 담긴 시료 통과시 100으로 조정)3. 분석할 시료에 대한 최대 흡수 파장을 선정한다.(파장을 단계별로 조정하면서 흡광도를 구하여 그래프를 작성한다.)4. 농도를 변화시키면서 흡광도를 측정하여 흡광계수를 구하고 농도와 흡광도 관계 그래프를 작성한다.5. 미지시료에 대한 흡광도를 구하여 앞의 그래프를 이용하여 농도를 계산한다.

공학/기술| 2009.01.13| 5페이지| 1,000원| 조회(248)

목적, 이해, 농도, 기법, 흡수량

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화공실험-[Pre]건조

1. 서론- 고체 중에 함유되어 있는 액체(주로 물)를 제거하여 고형제품을 얻는 조작을 건조라 한다. 본 실험에서 성형된 점토시료를 일정건조 조건하에서 건조하여 시간에 따른 감량곡선을 작성하고, 이로부터 건조속도 곡선을 구하여 정속건조 기간과 감속건조 기간을 확인한다.2. 이론1) 용어 정의① 함수율 : 일반적으로 건량기준으로 나타내며 완전건조고체 단위 질량당 함유된 수분의 질량② 평형함수율(equilibrium moisture content) : 어떤 고체 시료를 일정조건(온도, 습도, 유속)의 공기로서 건조시킬 때 건조가 가능한 한계점에서의 함수율③ 자유함수율(free moisture content) : 평형함수율 이상으로 함유된 함수율(전체함수율과 평형함수율의 차이)④ 일정한 건조조건 : 깊이 50 내지 70mm(2 내지 3 in)이고, 공기가 그 위로 순환되는 젖은 고체층을 생각해 보면 온도, 습도 및 건조 표면을 가로지르는 공기의 유속과 방향이 일정하다고 가정하자. 이것을 일정한 건조조건 하의 건조라고 한다. 고체의 수분함량과 기타 인자들은 변하는데 반해, 공기흐름의 조건들만이 일정하다는 것을 유의해야 한다.2)건조시간에 따른 총 수분함량 및 건조속도의 전형적인 도시- 시간이 지남에 따라 수분함량 XT는 전형적으로 그래프 A처럼 떨어진다. 공급원료가 기화온도까지 가열되는 짧은 기간 후에 그래프는 직선이 되며 수평방향으로 곡선을 그리다가 평평해진다. 곡선 A의 미분인 건조속도는 그래프 B와 같다.3) 일정건조조건하 고체 시료를 건조한 후 시간에 따른 전체함수율의 변화(그림 1. a)- 건조감량곡선AB : 예비기간(preliminary period)BC : 정속건조기간(constant-rate period)CDE : 감속건조기간(falling-rate period)4) 그림 1의 a)에서 곡선의 기울기로부터 건조속도 구한후 자유함수율과의 관계(그림1. b)- 건조속도곡선(건조특성곡선)4) 계산식- 건조속도Ms : 완전건조 고체 질량A : 고체 시료의 건조면적(cm2)X : 건량기준의 함수율(g/g-solid)R : 건조속도(g/cm2·sec)식 (2) 를 식 (1)에 대입 차분 식으로 나타내면(건조시간에 대한 고체시료의 무게변화)(정속건조기간에서 건조속도와 열전달계수와 관계식)T : 공기의 건구온도Ti : 공기의 습구온도λi : Ti에서 물의 증발잠열5) 실험장치- 실험장치는 위 그림과 같다. 건조기 내을 일정온도로 유지할 수 있도록 온도조절기가 부착된 열풍식 건조기에 천칭과 건습구 온도계를 설치한다. 천칭은 고체 시료를 건조기 내의 천칭접시에 올려놓고 시간에 따른 시료의 무게 변화를 건조기 외부에서 측정할 수 있도록 설치한다. 시료 성형기와 초시계를 준비한다.① 열풍건조기 : 밀폐된 공간에 뜨거운 공기를 불어 넣어 물질의 수분을 증발시키는 기계.② 건습구온도계 : 습구온도란 상대습도를 측정하는 건습구온도계에서 물에 적신 무명천으로 감싼 온도계가 가리키는 온도이고, 건구온도란 건습구온도계에서 그대로 둔 보통의 온도계가 가리키는 온도이다. 따라서 건구온도와 기온은 같다.그러나 습구온도는 공기가 수증기로 포화된 정도(즉, 상대습도)에 따라서 건구온도와 차이가 난다. 이와 같은 차이가 나는 이유는 다음과 같다.일반적으로 습구온도는 건구온도보다 온도가 낮은데 그 이유는 무명천에서 수증기가 증발해 나가면서 증발열(기화열)을 빼앗아 가기 때문이다. 만약 공기의 상대습도가 낮으면 수증기의 증발이 왕성하여 증발열을 많이 빼앗아 가므로 습구온도는 많이 낮아지고 상대습도가 높으면 수증기의 증발이 약화되므로 증발열을 적게 빼앗기므로 습구온도는 덜 낮아지게 된다. 따라서 상대습도가 높을수록 건구온도와 습구온도의 차이는 크게 벌어지게 되고 상대습도가 낮을수록 차이가 줄어들게 된다. 건습구온도계는 이 원리를 응용하여 상대습도를 측정할 수 있도록 고안된 온도계(습도계)이다.

공학/기술| 2009.01.13| 5페이지| 1,000원| 조회(241)

질량, 고체, 수분, 건조, 단위

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