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15장_예비보고서

- 예비 보고서 -15장 - 회전속도 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (2)제출일: 2011년 5월 15일실험일자: 2011년 5월 16일실 험 조 명 :월(10,11) 반 2조제 출 자 :200621649, 정은창채 점 기 준 ( 담당실험 조교 )형 식/ 2이 론/ 3장 치 및 방 법/ 5합 계/ 10비 고아주대학교 기계공학부1. 실험목적회전속도 측정방법의 종류와 원리를 알고 회전주기, 주파수, 회전속도 사이의 관계를 이해한 뒤 스트로보스코프와 타코 발전기를 이용하여 모터의 회전 속도를 측정할 수 있다. 그리고 측정값의 오차에 대해 생각해 보자.2. 실험이론1)신호(signals)신호란 데이터를 한곳에서 다른 곳으로 옮기는데 사용되는 전류 또는 전자기장을 의미한다. 회전속도의 측정 방법은 여러 가지가 있지만 원리는 크게 두 가지로 나눠진다. 첫 번째는 회전하는 물체의 한 표식을 기준삼아 일정 시간동안 회전수를 측정하는 원리이고, 두 번째는 회전체에 의해 발생하는 신호의 간격 사이의 시간을 측정하여 회전속도를 측정한다.여기에서 단위시간당 회전수인 주파수(f)와, 같은 회전이 반복되는 시간인 주기(T)의 개념이 나오며 이들은 역수관계이다.2) 회전속도측정기의 원리? 기계식 계수기전기식 측정 장치를 이용하지 않고 간단하게 회전속도를 측정할 수 있는 장점이 있다.? 자력식 계수기비접촉식 방식의 계수기로 회전체에 기어형상의 원반을 부착한 후 기어이빨에 가깝게 전자석 코일을 설치하면 거리에 따른 변화를 신호로 변환하여 기어이빨이 전자석 코일 앞을 몇 개 통과하였는지 세어서 일정시간으로 나누어주면 회전속도를 측정할 수 있다.? 타코 발전기(Tacho Generator)기본원리는 교류발전기의 원리와 같고, 회전자에 영구자석을 설치하고 고정자에 전자석을 설치하면 회전자의 회전에 따라 고정자의 전자석 코일에는 전자기유도 현상에 의해 정현파의 기전력이 발생하게 되고, 회전속도가 증가함에 따라 기전력도 증가하며 정현파의 주파수도 증가한다..? 스트로보스코프 (Stroboscope)스트로보스코프는 주기적으로 발광하는 빛을 이용하여 회전속도를 측정하는 방법으로 회전판에 뚫어진 구멍으로 들어오는 빛은 주기적으로 발광하는 빛과 동일한 효과를 만들어내는 것을 이용한 것으로써 발광주파수를 충분히 변화하여 정지영상이 나타나는 상태를 검사하여 정확한 회전속도를 측정할 수 있다.? 디지털 인코더디지털 인코더는 회전원반에 만들어진 격자에 빛을 반사하도록 하거나 투과하도록 하여 신호를 발생하도록 되어있으며, 발생된 신호를 일정 시간동안 세어서 회전속도를 측정하는 원리는 동일하지만 발생되는 신호가 디지털 신호처리에 알맞도록 사각파의 형태를 말한다.3. 실험장치 및 방법1) 실험장치 : 회전속도 측정장치, 오실로스코프, 스트로보스코프2) 실험방법(1) 스트로보스코프를 이용한 회전속도 측정 실습① 스트로보스코프와 모터 속도조절기의 전원을 연결한다.② 모터 속도 조절기의 회전 속도를 적절하게 고정시킨다.③ 스트로보스코프의 주파수를 조절하여 원판 회전수의 2배, 4배, 8배 이상에서도 정지 영상이 얻어지는지 확인한다.④ 스트로보스코프의 발광 주파수를 조절하여 정지 영상을 얻는 것만으로 원판의 회전 속도를 계산한다.

공학/기술| 2011.10.10| 4페이지| 1,000원| 조회(84)

아주대 기계공학실험

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15장_결과보고서

- 결과 보고서 -15장 - 회전 속도 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (2)제출일: 2011년 5월 30일실험일자: 2011년 5월 16, 23일실 험 조 명 :월(10,11) 반 2조제 출 자 :200621649, 정은창채 점 기 준 ( 담당실험조교 용)형 식/ 10이 론/ 10장 치 및 방 법/ 5결 과 및 토 의/ 25결 론/ 10합 계/ 60비 고아주대학교 기계공학부1. 실험목적회전속도 측정방법의 종류와 원리를 알고 회전주기, 주파수, 회전속도 사이의 관계를 이해한 뒤 스트로보스코프와 타코 발전기를 이용하여 모터의 회전 속도를 측정할 수 있다. 그리고 측정값의 오차에 대해 생각해 보자.2. 실험이론1)신호(signals)신호란 데이터를 한곳에서 다른 곳으로 옮기는데 사용되는 전류 또는 전자기장을 의미한다. 회전속도의 측정 방법은 여러 가지가 있지만 원리는 크게 두 가지로 나눠진다. 첫 번째는 회전하는 물체의 한 표식을 기준삼아 일정 시간동안 회전수를 측정하는 원리이고, 두 번째는 회전체에 의해 발생하는 신호의 간격 사이의 시간을 측정하여 회전속도를 측정한다.여기에서 단위시간당 회전수인 주파수(f)와, 같은 회전이 반복되는 시간인 주기(T)의 개념이 나오며 이들은 역수관계이다.2) 회전속도측정기의 원리? 기계식 계수기전기식 측정 장치를 이용하지 않고 간단하게 회전속도를 측정할 수 있는 장점이 있다.? 자력식 계수기비접촉식 방식의 계수기로 회전체에 기어형상의 원반을 부착한 후 기어이빨에 가깝게 전자석 코일을 설치하면 거리에 따른 변화를 신호로 변환하여 기어이빨이 전자석 코일 앞을 몇 개 통과하였는지 세어서 일정시간으로 나누어주면 회전속도를 측정할 수 있다.? 타코 발전기(Tacho Generator)기본원리는 교류발전기의 원리와 같고, 회전자에 영구자석을 설치하고 고정자에 전자석을 설치하면 회전자의 회전에 따라 고정자의 전자석 코일에는 전자기유도 현상에 의해 정현파의 기전력이 발생하게 되고, 회전속도가 증가함에 따라 기전력도 증가하며 정현파의 주파수도 증가한다..? 스트로보스코프 (Stroboscope)스트로보스코프는 주기적으로 발광하는 빛을 이용하여 회전속도를 측정하는 방법으로 회전판에 뚫어진 구멍으로 들어오는 빛은 주기적으로 발광하는 빛과 동일한 효과를 만들어내는 것을 이용한 것으로써 발광주파수를 충분히 변화하여 정지영상이 나타나는 상태를 검사하여 정확한 회전속도를 측정할 수 있다.? 디지털 인코더디지털 인코더는 회전원반에 만들어진 격자에 빛을 반사하도록 하거나 투과하도록 하여 신호를 발생하도록 되어있으며, 발생된 신호를 일정 시간동안 세어서 회전속도를 측정하는 원리는 동일하지만 발생되는 신호가 디지털 신호처리에 알맞도록 사각파의 형태를 말한다.3. 실험장치 및 방법1) 실험장치 : 회전속도 측정장치, 오실로스코프, 스트로보스코프2) 실험방법(1) 스트로보스코프를 이용한 회전속도 측정 실습① 스트로보스코프와 모터 속도조절기의 전원을 연결한다.② 모터 속도 조절기의 회전 속도를 적절하게 고정시킨다.③ 스트로보스코프의 주파수를 조절하여 원판 회전수의 2배, 4배, 8배 이상에서도 정지 영상이 얻어지는지 확인한다.④ 스트로보스코프의 발광 주파수를 조절하여 정지 영상을 얻는 것만으로 원판의 회전 속도를 계산한다.⑤ 실제 회전 속도와 비교한다.⑥ 서로 다른 데이터로 3회 이상 시행한다.(2) 타코 발전기를 이용한 측정 실습① 오실로스코프를 보정하고 실험 장비를 연결한다.② 모터 속도 조절기를 적절한 속도로 회전시킨 후 오실로스코프 에서 정현파 신호를 잡는다.③ 주기와 진폭을 읽고 이를 이용하여 주파수를 계산한다.④ 주파수-회전속도, 진폭-회전속도의 관계 그래프를 그린다.⑤ 모터 속도 조절기의 속도를 적절하게 변화시킨 후, 오실로스코프의 정현파 신호의 주기와 주파수만으로 모터의 회전 속도를 계산한다.⑥ 또한 스트로보스코프를 이용하여 모터의 회전 속도를 계산하고 오실로스코프를 이용하여 얻은 결과값과 실제 모터의 회전 속도와 비교한다.⑦ 임의의 회전 속도에 대하여 서로 다른 데이터로 3회 시행한다.4. 실험 결과1) 스트로보스코프를 이용한 회전속도 측정 실습① 이론rpm→fpm 으로의 변환fpm→rpm 으로의 변환처음 정지영상을 얻은 주파수를다음 정지영상을 얻은 주파수를->->,1회전 하는데 소용되는 시간 :회전속도 =②배의 정지영상원판배율스트로보 스코프내각외각원판 각속도 (250rpm)4881616내각의 경우 x8과 x16에서 개수의 변화가 있는 것으로 관찰.-외각의 경우 x16에서 개수의 변화가 있는 것으로 관찰.③ 스트로보 스코프를 이용하여 모터의 각속도를 계산스트로보 스코프원의 갯수원판742.8 일 때내각 4개외각 8개992.7 일 때내각 4개외각 8개모터컨트롤러의 속도를 가리고 측정한바퀴의 회전을 측정한 값이 아님을 알수 있다. 이를이용 rpm을 재측정하면,,로거의 측정값과 이론값이 같음을 알 수 있다.(2)타코 발전기를 이용한 측정 실습frequency : 0.1 Hz(1)오실로 스코프 제원rpm오실로스코프rpm오실로스코프*************94(2) 오실로스코프를 이용한 측정값의 계산값과 실제 타코발생기 값의 비교(오차)계산식 (비교공식) :대략적으로 비슷하게 나와야함.결론적으로 오차가이내로 비슷한 값을 계산해 낸 것을 알수 있다.(3)그래프 도출결과적으로 회전속도-주파수, 회전속도-진폭 그래프를 작성한 모습이다. 선형적 그래프를 구성하고 있음을 알수 있다.(4) 오실로 스코프의 값 추정을 통해 rpm 추적오실로스코프 제원데이터를 통해 rpm 산출표와 같이 추정값이 약간 큰값을 갖지만 2% 이내의 오차로 비교적 정확하게 추정하였다.6.고찰이번 실험은 오실로스코프와 타코발전기를 이용하여 모터의 회전속도를 측정해 보았다. 실험과정에서의 어려움은 오실로스코프의 사용법에 대해 숙지하고 있었으나 숙달되지 않아 어려움이 있었다. 또한 스트로보스코프에 관련한 어려움들이 조금 있었는데 모터의 rpm이 안정될 때 까지 기다려야 하는 것이라던가, rpm이 증가할수록 원하는 값을 맞추기가 힘들었다는 것, 또한 정지영상의 움직임들이 이에 속했다.첫 실험에서 각각의 배수에서 정지영상을 구했을 때 내각의 원의 개수와 외각의 원의 개수가 특정 배수 이상에서 변하게 된다. 위의 표에서도 볼 수 있듯이 내각의 원의 경우 8배부터 정지영상의 개수가 변했고 외각의 원의 경우 16배에 가서야 정지영상의 개수가 바뀌었다. 이것은 우리 눈의 잔상효과 때문이라고 생각되어 지는데 이 현상은 rpm과는 관계가 없이 스트로보스코프의 발광 주기와 관련이 있는 듯 했다. 발광 주기가 빠르게 되면 그 주기가 빨라지면 우리 눈에는 원판의 작은 원들이 한번 더 보이는 것으로 인식이 되기 때문인 것이다. 모터의 회전 속도를 보지 않고 실험한 경우 740과 737.67로 오차가 매우 적게 발생하는 것을 확인 할 수 있다. 비록 많이 오차가 적었다고는 하지만 그러한 오차는 우리의 시각적으로 발생할 수 있는 오차이기에 넘어가도록 한다.다음 실험인 오실로스코프를 이용한 실험에서는 오실로스코프로 측정한 그래프를 값으로 표현하고 그것을 진동수로 환산한 값을 모터의 rpm을 초당회전수로 환산한 값과 비교해 보았다. 위의 표에서도 알 수 있듯이 그 오차는 모두 3% 이내에 들어 그리 큰 오차가 발생하지 않음을 볼 수 있다. 그래도 작긴하지만 이런 오차가 발생한 이유는 오실로스코프를 읽음에 있어서 정확도에서 차이가 있을 수 있기 때문이다.◎ 오차의 원인- 이번 실험에서 오차의 가장 큰 영향은 측정자라 할 수 있다. 정지 영상을 얻어야 하는데 정지영상 자체가 사람의 눈에 의해 판단되기 때문이다. 원이 고정된 영상 부근에 가면 쉽게 맞출 수 없는데 그로 인하여 오차가 많이 생긴다. 이것은 높은 rpm의 범위로 올라갈수록 더 심해진다.

공학/기술| 2011.10.10| 10페이지| 1,000원| 조회(111)

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14장_예비보고서

- 예비 보고서 -14장 - 가속도 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (2)제출일: 2011년 4월 9일실험일자: 2011년 4월 11일실 험 조 명 :월(10,11) 반 2조제 출 자 :200621649, 정은창채 점 기 준 ( 담당실험 조교 )형 식/ 2이 론/ 3장 치 및 방 법/ 5합 계/ 10비 고아주대학교 기계공학부1. 실험목적가속도를 측정할 수 있는 센서를 이용하여 단순한 운동 상태에서의 가속도 변화를 측정하고 이론에 따라 분석함으로써 가속도에 관한 이해를 높이며 가속도 측정을 이용한 기계적인 응용 분야에 대한 적응력을 기른다.2. 실험이론1) 가속도 : 운동하고 있는 물체의 속도 벡터가 시간적으로 변화해 가는 비율. 시간 t에 있어서의 물체의 속도가이며, 그때부터 짧은 시간 t후의 속도가고 했을 때t의 크기를 작게 잡은 극한에서의, 즉,를 시간 에 있어서의 가속도라고 한다. 가속도는 벡터이다. 속도의 방향이 바뀌지 않고 크기만이 변화하였을 때의 가속도는 그 방향이 속도의 방향과 일치한다. 또 속도의 방향이 바뀔 때에는 속도의 크기가 변화하지 않아도 가속도가 존재한다.2) 가속도 측정 원리- 가속도의 측정 원리는 가속도에 의해 발생되는 힘이 물체 운동의 변화를 일으키거나 물체의 변형을 발생하는 것을 측정함으로써 가속도를 측정- 진동질량 m이 센서 패키징안의 스프링에 의해 매달려 있는 구조로 모델링할 수 있다. 이 센서가 가속도 a에 의해 움직이게 되면, 관성력에 의해 진동 mass의 상대적 변위 x가 생기게 되고, 그것이 전기적 신호로 감지된다. 그 동작 방정식은 아래와 같이 주어진다.3) 진동- 진동은 일반적으로 복잡한 형태로 나타나지만 수학적으로 다루게 되면 몇 개의 단순한 진동, 즉 단진동으로 분해하여 생각할 수가 있다. 단진동에서 단위시간 내에 같은 상태가 되풀이되는 진동의 횟수를 그 진동의 진동수, 진동을 1회 하는 데 필요한 시간을 주기, 진동의 중심 값에서의 최대 변동 값을 진폭이라 한다.- 또 진동의 주기와 진폭은 강제진동에서는 외부에서 가해지는 작용에 의존하게 되는데 자유진동에서는 각각의 진동계에 고유한 주기가 있으며, 이 주기에 맞추어 강제진동을 일으키면 진동계의 진폭은 매우 커진다. 이때 나타나는 현상이 공명이다. 또 자유진동에서 에너지가 손실되면 감쇠진동이 되고, 손실되지 않으면 연속진동이 된다.4) 감쇠진동(Damped oscillation)- 진동계에서 진폭이 시간과 더불어 줄어드는 현상이다.- 예를 들면 단진동을 하는 질점에 그 속도에 비례하는 제동력이 작용하면, 이 단진동의 진폭은 지수 함수적으로 감쇠한다. 이와 같은 진동을 감쇠진동이라 한다. 탄성진동에서는 마찰이나 저항이 제동력이 되며, 전기진동에서는 줄 열이나 전파의 복사 등이 제동력이 되어 감쇠진동이 일어난다. 감쇠속도를 나타내기 위해서는 로그감쇠도가 사용된다. 이를 사용하면 어떤 시간에서의 진폭과 그보다 한 주기 후의 진폭의 비에 대한 자연로그로 구할 수 있다.3. 실험장치1) 반도체 가속도 센서(모델 번호 : MMA1270D)2) 컴퓨터 자료획득 장치와 신호 연결보드3) 가속도 측정 실험용 Labview 프로그램4) 엑셀5) M8 볼트와 도너츠 형상의 추6) 부가 질량을 측정할 수 있는 저울4. 실험 방법1)초기질량을 이용한 단순진동 실험① 가속도 측정 모듈을 수직으로 세워 놓고 가속도 센서의 출력 신호가 얼마인지 측정② 가속도 측정 모듈을 옆으로 뉘어놓고 가속도 센서의 출력신호가 어떤 값을 나타내는지 측정③ 가와 나의 측정값을 차이를 비교④ 이후 모든 실험은 중력과 수직방향이 되어 중력의 영향이 없도록 옆으로 뉘어 놓은 상태로 진행⑤ 가속도 센서가 밑쪽에 설치되고 스프링이 연결된 진동추를 손으로 잡고 스프링이 늘어나는 방향의 임의의 지점으로 옮겨 3초간 잡고 있음으로써 초기속도가 0이 되도록 한 후 측정용 프로그램에서 기록버튼을 누르고 1~2초이내에 추를 놓아 단순진동을 시작하도록 한다. 이 때 손과 붙어 있는 시간을 최소로 하여 초기 가속도가 왜곡되지 않도록 한다.⑥ 진동추의 상태를 보아 충분히 감쇠가 이루어져 원래의 위치에 멈추었다고 생각되었을 때 기록단추를 눌러 기록을 멈추고 자료를 저장⑦ 화면에 나타난 가속도 기록 상태를 살펴보고 실험이 오차가 없이 이루어졌다고 판단될 때 피크버튼을 눌러 기록된 가속도 자료에서 최대 진폭의 발생시점과 크기를 찾아 기록한 후 프로그램 실행을 중단

공학/기술| 2011.10.10| 4페이지| 1,000원| 조회(82)

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14장_결과 보고서

- 결과 보고서 -14장 - 가속도 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (2)제출일: 2011년 5월 8일실험일자: 2011년 4월 11일실 험 조 명 :월(10,11) 반 2조제 출 자 :200621649, 정은창채 점 기 준 ( 담당실험조교 용)형 식/ 10이 론/ 10장 치 및 방 법/ 5결 과 및 토 의/ 25결 론/ 10합 계/ 60비 고아주대학교 기계공학부1. 실험목적가속도를 측정할 수 있는 센서를 이용하여 단순한 운동 상태에서의 가속도 변화를 측정하고 이론에 따라 분석함으로써 가속도에 관한 이해를 높이며 가속도 측정을 이용한 기계적인 응용 분야에 대한 적응력을 기른다.2. 실험이론1) 가속도 : 운동하고 있는 물체의 속도 벡터가 시간적으로 변화해 가는 비율. 시간 t에 있어서의 물체의 속도가이며, 그때부터 짧은 시간 t후의 속도가고 했을 때t의 크기를 작게 잡은 극한에서의, 즉,를 시간 에 있어서의 가속도라고 한다. 가속도는 벡터이다. 속도의 방향이 바뀌지 않고 크기만이 변화하였을 때의 가속도는 그 방향이 속도의 방향과 일치한다. 또 속도의 방향이 바뀔 때에는 속도의 크기가 변화하지 않아도 가속도가 존재한다.2) 가속도 측정 원리- 가속도의 측정 원리는 가속도에 의해 발생되는 힘이 물체 운동의 변화를 일으키거나 물체의 변형을 발생하는 것을 측정함으로써 가속도를 측정- 진동질량 m이 센서 패키징안의 스프링에 의해 매달려 있는 구조로 모델링할 수 있다. 이 센서가 가속도 a에 의해 움직이게 되면, 관성력에 의해 진동 mass의 상대적 변위 x가 생기게 되고, 그것이 전기적 신호로 감지된다. 그 동작 방정식은 아래와 같이 주어진다.3) 진동- 진동은 일반적으로 복잡한 형태로 나타나지만 수학적으로 다루게 되면 몇 개의 단순한 진동, 즉 단진동으로 분해하여 생각할 수가 있다. 단진동에서 단위시간 내에 같은 상태가 되풀이되는 진동의 횟수를 그 진동의 진동수, 진동을 1회 하는 데 필요한 시간을 주기, 진동의 중심 값에서의 최대 변동 값을 진폭이라 한다.- 또 진동의 주기와 진폭은 강제진동에서는 외부에서 가해지는 작용에 의존하게 되는데 자유진동에서는 각각의 진동계에 고유한 주기가 있으며, 이 주기에 맞추어 강제진동을 일으키면 진동계의 진폭은 매우 커진다. 이때 나타나는 현상이 공명이다. 또 자유진동에서 에너지가 손실되면 감쇠진동이 되고, 손실되지 않으면 연속진동이 된다.4) 감쇠진동(Damped oscillation)- 진동계에서 진폭이 시간과 더불어 줄어드는 현상이다.- 예를 들면 단진동을 하는 질점에 그 속도에 비례하는 제동력이 작용하면, 이 단진동의 진폭은 지수 함수적으로 감쇠한다. 이와 같은 진동을 감쇠진동이라 한다. 탄성진동에서는 마찰이나 저항이 제동력이 되며, 전기진동에서는 줄 열이나 전파의 복사 등이 제동력이 되어 감쇠진동이 일어난다. 감쇠속도를 나타내기 위해서는 로그감쇠도가 사용된다. 이를 사용하면 어떤 시간에서의 진폭과 그보다 한 주기 후의 진폭의 비에 대한 자연로그로 구할 수 있다.3. 실험장치1) 반도체 가속도 센서(모델 번호 : MMA1270D)2) 컴퓨터 자료획득 장치와 신호 연결보드3) 가속도 측정 실험용 Labview 프로그램4) 엑셀5) M8 볼트와 도너츠 형상의 추6) 부가 질량을 측정할 수 있는 저울4. 실험 방법1)초기질량을 이용한 단순진동 실험① 가속도 측정 모듈을 수직으로 세워 놓고 가속도 센서의 출력 신호가 얼마인지 측정② 가속도 측정 모듈을 옆으로 뉘어놓고 가속도 센서의 출력신호가 어떤 값을 나타내는지 측정③ 가와 나의 측정값을 차이를 비교④ 이후 모든 실험은 중력과 수직방향이 되어 중력의 영향이 없도록 옆으로 뉘어 놓은 상태로 진행⑤ 가속도 센서가 밑쪽에 설치되고 스프링이 연결된 진동추를 손으로 잡고 스프링이 늘어나는 방향의 임의의 지점으로 옮겨 3초간 잡고 있음으로써 초기속도가 0이 되도록 한 후 측정용 프로그램에서 기록버튼을 누르고 1~2초이내에 추를 놓아 단순진동을 시작하도록 한다. 이 때 손과 붙어 있는 시간을 최소로 하여 초기 가속도가 왜곡되지 않도록 한다.⑥ 진동추의 상태를 보아 충분히 감쇠가 이루어져 원래의 위치에 멈추었다고 생각되었을 때 기록단추를 눌러 기록을 멈추고 자료를 저장⑦ 화면에 나타난 가속도 기록 상태를 살펴보고 실험이 오차가 없이 이루어졌다고 판단될 때 피크버튼을 눌러 기록된 가속도 자료에서 최대 진폭의 발생시점과 크기를 찾아 기록한 후 프로그램 실행을 중단⑧ 다시 측정용 프로그램을 실행해 초기화 시킨 후 ⑤~⑦과정을 반복한다. 각실험에서 초기 변위의 크기를 기록하고 실험을 최소 10회 이상 실행2) 부가 질량을 이용한 단순 진동실험① 부가질량을 정확히 측정 후 기록② 가속도 센서가 밑쪽에 설치되고 스프링이 연결된 진동추를 손으로 잡고 스프링이 늘어나는 방향의 임의의 지점으로 옮겨 3초간 잡고 있음으로써 초기속도가 0이 되도록 한 후 측정용 프로그램에서 기록버튼을 누르고 1~2초 이내에 추를 놓아 단순진동을 시작하도록 한다. 이 때 손과 붙어 있는 시간을 최소로 하여 초기 가속도가 왜곡되지 않도록 한다.③ 진동추의 상태를 보아 충분히 감쇠가 이루어져 원래의 위치에 멈추었다고 생각되었을 때 기록단추를 눌러 기록을 멈추고 자료를 저장④ 화면에 나타난 가속도 기록 상태를 살펴보고 실험이 오차가 없이 이루어졌다고 판단될 때 피크버튼을 눌러 기록된 가속도 자료에서 최대 진폭의 발생시점과 크기를 찾아 기록한 후 프로그램 실행을 중단⑤ 다시 측정용 프로그램을 실행해 초기화 시킨 후 ②~④과정을 반복한다. 각 실험에서 초기 변위의 크기를 기록하고 실험을 최소 10회 이상 실행5. 실험결과(1) 초기질량에 따른 단순 진동 실험초기 질량 :① 초기질량에 따른 단순 진동 실험 데이터 값횟수주기()피크1피크2감쇠진폭비()감쇠율()고유진동수()1375.213.0211.330.1390330.0221280.016752362.8712.5211.210.1105210.017590.0173183363.8313.6211.490.1700620.0270660.0172764374.114.8412.430.1772130.0282040.0168025363.6614.3811.980.18260.0290620.017285평균367.9320.1558860.024810.017086② 횟수 1~5회까지의 그래프와 엑셀값의 비교가. 1회나. 2회다. 3회라. 4회마. 5회(2) 부가질량에 따른 단순 진동 실험(부가 질량: 50g)① 데이터 값횟수주기()피크1피크2감쇠진폭비()감쇠율()고유진동수()1373.2312.179.330.2657390.0422940.016852388.8712.289.510.2556280.0406840.0161713388.4612.149.570.2378730.0378590.0161864394.5713.1210.350.2371510.0377440.0159355369.0612.129.640.2289360.0364360.017036평균382.8380.2450650.0390030.016436② 부가질량에 따른 단순 진동 실험 그래프와 엑셀값 비교가. 1회나. 2회다. 3회라. 횟수 4마. 횟수 5(3) 프로그램을 이용한 탄성계수와 댐핑 계수의 계산탄성계수댐핑계수초기질량0.0001040.000301부가질량0.0001090.000517- 프로그램 이용 화면6. 결과 분석(1) 결과에 대한 근거실험 결과의 진폭 변화가 작기 때문에 주기 후의 최대 진폭을 측정하여 이용한다.계산결과 zeta 가 1보다 매우 작기 때문에 zeta^2 는 무시할 만큼 작아진다.실험결과에서 구한 delta를 이용하여 다음과 같이 감쇠계수와 고유 각속도를 구할 수 있다.(2) 결과 분석가. 초기질량에 따른 단순진동 실험감쇠 진폭비의 평균값 = 0.155886주기의 평균값 = 367.932감쇠 진폭비의 표준편차 = 0.030461주기의 표준편차 = 6.15565- 감쇠 진폭비와 주기가 모두 초기 값에 관계없이 평균값에 분포되어있는 것을 표준편차를 보면 확인 할 수 있다. 이것으로 보아서 단순 진동의 초기 변위가 감쇠 진폭비와 주기에 대해 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있었다.나. 부가 질량에 다른 단순진동 실험감쇠 진폭비의 평균값 = 0.245065주기의 평균값 = 382.838감쇠 진폭비의 표준편차 = 11.04286주기의 표준편차 = 0.015112? 부가 질량에 따른 경우에도 표준편차를 통해 감쇠 진폭비와 주기가 평균값에 가까이 분포해 초기질량에 경우 비슷한 결과를 가져 왔다고 볼 수 있다.? 부가 질량이 50g이며, 계산 값에 따른 부가질량은 46g이 나왔다. 이것은 오차율8%로 어느 정도 참값에 근사하지만 오차가 발생했음을 알 수 있었다.? 초기 질량에 따른 실험에서탄성계수 k는,댐핑계수 c는이 나왔으며부가 질량의 경우탄성계수 k는이며댐핑계수c는임을 알 수 있었다.각각의 계수는 원래 상수로써 장비가 바뀌지 않았기 때문에 같은 값을 가져야 하지만 작은 값이라도 다르게 나온 것을 보면 오차가 발생했음을 알 수 있었다.7. 고찰 및 결론이번 실험은 진동학을 기초로 하는 감쇠진동에 대한 실험이었는데, 초기 질량에 따른 단순진동과 부가질량에 따른 단순진동을 비교하여 탄성계수와 댐핑계수, 그리고 감쇠비와 고유진동수등을 계산해 보았다. 이번실험에서 진폭과 위치만 측정해주면 되었음에도 불구하고 측정값 자체가 워낙 미소해 반올림오차나 절단오차가 일어나기 쉬운 상태였다. 그러므로 오차가 발생한 값으로 계산을 함으로써 발생되는 유효숫자 손실이 결과에 큰 영향을 끼쳤다.우선 진동을 하는 물체의 그래프를 보았을 때 수식 값을 구한 것과 비교해 보았을 때 유사하게 나왔다. 감쇠진동의 시간에 대한 진폭 함수는함수와 sin함수의 곱으로 sin함수가 일정하게 감소하는 형태로 나와야 한다. 실험 그래프를 통해 확인해 본 결과 부족감쇠 그래프를 그리는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 그 값이 완벽한 그래프를 만들지 못하였다. 또한, 초기질량과 부가질량의 변화에 따른 탄성계수, 댐핑계수는 상수이므로 같은 값이 나와야 하지만 계산 결과 오차가 발생했음을 예상할 수 있었다. 이 같은 오차가 발생한 이유에 대해서 생각해 보면,

공학/기술| 2011.10.10| 14페이지| 1,000원| 조회(118)

아주대 기계공학실험

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13장_예비 보고서

- 예비 보고서 -13장 - 압력 측정 실험과목명 : 기계 공학 실험 (2)제출일: 2011년 5월 1일실험일자: 2011년 5월 2일실 험 조 명 :월(10,11) 반 2조제 출 자 :200621649, 정은창채 점 기 준 ( 담당실험 조교 )형 식/ 2이 론/ 3장 치 및 방 법/ 5합 계/ 10비 고아주대학교 기계공학부1. 실험목적다양한 압력계의 종류와 원리를 이해하고 부르돈관 방식의 압력계와 스트레인 게이지를 부착한 격막식 압력계의 이용방법을 익힐수 있다. 또한 압력계를 사용하여 압력 보정 작업과 측정실습을 할 줄 안다.2. 실험이론1) 압력의 정의압력은 면 전체에 걸리는 힘으로 전압력이라 하고, 그 면의 단위면적당 작용하는 힘을 압력의 세기라 한다. 압력의 크기만을 말할 경우에는 압력의 세기로 나타내는 것이 보통이다. 대기압을 포함할 경우를 구별할 필요가 있다. 대기압을 포함한 압력을 절대압력, 대기압을 기준점으로 하는 경우를 보통압력 또는 게이지압력이라 하며, 공업 방면에서는 보통압력을 사용한다. 압력의 단위는 기압 단위 또는 kgW/cm2가 주로 쓰인다. 액주의 높이로 압력의 크기를 나타내어 mHg(수은주 미터) ·mmHg(수은주 밀리미터) 등으로 표시하기도 한다2) 압력계의 종류 및 원리가. 마노미터(Manometer)가장 간단한 압력계로 유리관에 물·수은·알코올 등을 넣은 U자관 압력계가 그 대표적인 것이다. 관의 한쪽 끝을 측정하려는 압력부에 연결하면, 관의 양쪽 끝에 걸리는 압력차와 균형을 이루는 곳까지 액면이 오르내리는데, 이때 좌우의 관 속에 있는 액면의 고저차로부터 양쪽 관에 걸려 있는 압력의 차를 측정할 수 있다.? U자관 마노미터(Simple U-type manometer)유리관을 U자형을 굽혀 수은, 물 및 기름 등을 넣고 한 쪽 끝에 측정 압력을 도입하여 압력을 측정한다. 차압을 측정할 경우에는 양단에 각기의 압력을 가하여 압력 또는 압력차는 양 액면의 높이의 차를 읽음으로써 측정할 수 있다. 측정은 메니스커스, 모세관 현상 등의 영향을 받으므로 정밀한 측정을 위해서는 온도, 압력 및 모세관 현상에 대한 보정이 필요하다.? 용기형 마노미터(Well-type manometer)유체의 밀도에 관계가 있는 압력계로 측정시 온도에 대한 고려를 해야한다.? 경사 마노미터(Inclined-type manometer)유리관을 각도 θ만큼 경사지게 한 것으로, θ를 작게 하면 할수록, 단면적 비를 작게 하면 할수록 경사관 내의 액체의 이동량을 많게 할 수 있다나. 탄성압력계(Elastic Pressure Gauge)공업용으로 비교적 널리 사용되는 것인데, 금속 등으로 만든 수압체에 생기는 변형을 기계적으로 확대해서 압력을 측정한다. 부르동관식 압력계, 다이어프램식 압력계, 밸로식 압력계, 공합식 압력계(아네로이드 기압계도 그 일종) 등이 있다. 일반적으로 취급하기가 간편하고 측정범위도 넓으나, 변형이 압력에 대하여 일정하지 않다는 점, 장시간 압력을 걸어 두면 같은 압력 하에서 변형이 증가한다는 점 등 공통된 결점이 있다.? 부르동관 압력계일반적으로 가장 많이 쓰이는 압력계로 이번 실험에도 쓰이게 되는 압력계이다. 이 압력계에는 정압용, 부압용 및 정부 양 압을 측정할 수 있는 연성계가 있다. 부르돈관의 저압용은 청동이나 황동으로 만들어지며, 고압용은 강, 합금강으로 만들어진다.3) 분동식 압력 보정(Dead Weight Calibration)압력 보정을 위한 가장 간단한 방법은 분동식 보정방법이다. 분동에 의해서 압력을 측정하는 고압계의 일종이다.측정 방법은 압력계의 위치에 보정을 원하는 압력계나 센서를 설치하고 분동의 무게를 바꾸어 가면서 실험을 하고 분동의 무게와 피스톤의 단면적을 이용하여 실린더 내부의 압력을 계산한 후 이를 압력계나 센서에서 읽혀지는 값과 비교하여 보정 그래프를 작성하면 해당 압력계의 보정값을 구할 수 있다.액주압력계로는 측정할 수 없을 정도의 높은 압력을 측정할 뿐 아니라 다른 압력계의 눈금교정에도 사용된다.3. 실험장치부르돈관 압력계, 레귤레이터, 모듈, 외부의 펌프, 압력센서, DAQ보드부르돈관 압력계부르돈관은 타원형 형상을 갖는 튜브를 한쪽은 고정시키고 다른 쪽은 자유롭게 변형할 수 있도록 만들었으며 탄력성이 있는 금속판으로 만든 중공의 편평한 관을 원호형으로 구부려 끝을 밀폐한 것이다.

공학/기술| 2011.10.10| 4페이지| 1,000원| 조회(124)

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