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기계공학실험2 - 길이 측정 (예비보고서)

1. 이론 설명1) 전위차계(Potentionmeter)를 이용한 길이 측정R=저항(ohm), L=도체의 길이(㎝), A=도체의 단면적(㎠), ρ=재료의 고유저항(ohm ? ㎝): 고유저항이 균일하고 단면적이 일정한 도체의 길이를 변화하면 도체의 전기 저항을 선 형적으로 변화하게 할 수 있다는 원리를 길이 측정에 이용한 것2) LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 이용한 길이 측정: LVDT는 입력 전압이 가해지는 입력코일과 자장의 변화를 검출하는 출력코일로 구성되 며 내부에 자성코어가 들어있다. 이는 가변 변압기의 구조와 동일하다.내부의 자성코어는 외부 코일과 접촉할 필요는 없고 민감한 검출을 위해 코일과의 거 리가 가까울수록 바람직하다. 입력코일에는 일정한 주파수를 가진 전압이 공급되면서 자장을 발생한다. 입력코일에 의해 발생한 자장은 내부의 자성코어를 지나서 출력코일 에 전자기유도 현상에 의한 전압이 발생한다. 자성코어는 자력선을 끌어 모으는 역할을 하므로 자성코어가 출력코일 근처로 갈수록 해당 코일에 강한 전압이 유도된다. 즉, 자 성 코어의 위치에 따라 양쪽 출력 코일에 유도되는 전압이 달라진다. 이를 통해 길 이 측정을 할 수 있다.2. 실험 장치1) 전위차계 : 전위차계는 구성이 매우 간단하고 사용이 간편한 장점을 가지고 있고 선 형 전위차계와 회전 전위차계 등이 있는데 모든 것의 원리는 비슷하다.2) 엔빌 : 전위차계가 장착된 맞은편에 엔빌 이라는 것이 장착되어 있는데 엔빌의 역할 은 기준점을 결정하며 길이를 측정할 때 한쪽 끝의 기준이 되는 것이다.3) 높이 조절용 V-블록 : 길이 측정 대상물을 엔빌과 전위차계의 중심 봉 끝 사이에 정 확하고 안정되게 위치하기 위해 위치를 조절할 수 있으며, 높이를 조절할 수 있도록 설 계 제작되어 있는 것이 높이 조절용 V-블록 이다. 길이 측정을 할 때, 측정 대상 물체 가 안정된 위치에서 한쪽 끝이 엔빌에 닿도록 조절해야 측정 오차를 최소화 할 수 있 다.

공학/기술| 2009.09.17| 2페이지| 1,000원| 조회(820)

기계공학실험, 길이, 기계공학실험2, 길이 측정

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기계공학실험2 - 압력 측정 (예비보고서)

1. 이론(1) 압력- 면 전체에 걸리는 힘을 전압력, 그 면의 단위면적당 작용하는 힘을 압력의 세기.- 압력의 크기만을 말할 경우에는 압력의 세기로 나타내는 것이 보통.- 지표상에 있는 물체는 모두 대기압 아래 있으므로 압력의 크기를 나타낼 때는 대기압 도 포함해서 말하는 경우와 대기압을 기준점 즉 0으로 하고 대기압 이외의 압력의 크 기를 말하는 경우를 구별할 필요가 있다.대기압을 포함할 경우를 절대압력대기압을 기준점으로 하는 경우를 보통압력 또는 게이지압력(공업 방면에서는 보통압력을 사용)- CGS단위계로는 dyn/cm2MKS단위계로는 N/m2(=Pa:파스칼)기상학에서는 hPa(헥토파스칼)·bar(바)·mbar(밀리바)공업상으로는 기압 단위 또는 kgW/cm2액체를 지정(수은·물·알코올 등)해서 액주의 높이로 압력의 크기를 나타내어 mHg(수 은주 미터)·mmHg(수은주 밀리미터) 등으로 표시하기도 함.(2) 압력계의 종류① 마노미터 : 관에 채워진 액체의 높이 차이로서 압력을 측정하는 액주형 압력계U자관 마노미터용기형 마노미터경사 마노미터미압계② 탄성압력계 : 탄성체에 압력을 가하면 변형이나 휨이 생기는데, 이러한 탄성변형량과 압력 사이의 관계를 이용해 압력을 측정하는 것.부르돈관, 다이어프램, 벨로스, 아네로이드 등을 이용한 압력계③ 진공계 : 매우 낮은 압력 측정맥로드 압력계, 피라니 진공계 등(3) 압력 보정- 압력 보정을 위한 가장 간단한 방법은 분동식 보정방법이다. 정압의 경우 압력은 방향 에 상관없이 모든 방향에 대해 동일한 원리를 이용하여 피스톤에 분동을 올려 놓아 발 생하는 압력을 측정함으로써 이미 알고 있는 압력에 대해 측정되는 압력을 보정할 수 있다. 피스톤에서 발생하는 압력은 분동의 무게를 피스톤의 유효 단면적으로 나누어주 면 된다.분동식 압력장치2. 실험장치 (부르돈관 압력계)- 부르돈관(Bourdon Tube)은 타원형 형상을 갖는 튜브를 한쪽은 고정시키고 다른 쪽은 자유 롭게 변형할 수 있도록 만들었으며 탄력성(彈力性)이 있는 금속판으로 만든 중공(中空)의 편평한 관을 원호형(圓弧形)으로 구부려 끝을 밀폐한 것.① 장점- 구조가 간단함- 광범위한 압력범위- 가격이 저렴함- 전기저항, 전기용량 등 다른 전기적인 시스템으로도 사용이 가능함② 단점- 다른 센서에 비해 크기 때문에 설치 공간이 제한적임- 기계적 마찰에 의한 오차가 발생함- 느린 응답속도 / 히스테리시스 오차3. 실험방법① 공기를 압력매체로 사용하는 경우 여러 가지 요인으로 인해 압력 보정작업을 하기 어렵다. 그래서 이번 실험에서는 압력 보정작업은 생략.② 압력 측정 장치는 스트레인 게이지를 격막에 부착한 방식으로 되어 있고, 외부에서 영 점 조절과 스팬 조절을 할 수 없으므로 보정작업에서 정확한 보정 그래프를 작성하여 사용하여야 한다.③ 공기 압력을 조절할 수 있는 레귤레이터가 설치되어 있고, 공기압을 조절하는 밸브가 있다. 이 밸브를 시계방향으로 돌리면 압력이 높아지고, 반시계 방향으로 돌리면 낮아진 다. 밸브를 반시계 방향으로 완전히 풀어 놓으면 압력을 0 으로 만든다. 밸브를 다룰 때는 위로 뽑아 돌리면서 압력을 조절하여야 한다는 것이다. 그렇지 않고 무리하게 조 절하게 되면 레귤레이터가 파손될 우려가 있다.

공학/기술| 2009.09.17| 4페이지| 1,000원| 조회(272)

기계공학실험, 압력, 압력측정, 기계공학실험2

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기계공학실험2 - 압력 측정 (결과 보고서)

1. 실험 목적- 압력측정의 원리를 이해하고 이러한 원리를 사용한 계측기의 측정값과 컴퓨터를 사용 한 측정값을 비교하여 본다.2. 이론(1) 압력- 면 전체에 걸리는 힘을 전압력, 그 면의 단위면적당 작용하는 힘을 압력의 세기.- 압력의 크기만을 말할 경우에는 압력의 세기로 나타내는 것이 보통.- 지표상에 있는 물체는 모두 대기압 아래 있으므로 압력의 크기를 나타낼 때는 대기압 도 포함해서 말하는 경우와 대기압을 기준점 즉 0으로 하고 대기압 이외의 압력의 크 기를 말하는 경우를 구별할 필요가 있다.대기압을 포함할 경우를 절대압력대기압을 기준점으로 하는 경우를 보통압력 또는 게이지압력(공업 방면에서는 보통압력을 사용)- CGS단위계로는 dyn/cm2MKS단위계로는 N/m2(=Pa:파스칼)기상학에서는 hPa(헥토파스칼)·bar(바)·mbar(밀리바)공업상으로는 기압 단위 또는 kgW/cm2액체를 지정(수은·물·알코올 등)해서 액주의 높이로 압력의 크기를 나타내어 mHg(수 은주 미터)·mmHg(수은주 밀리미터) 등으로 표시하기도 함.(2) 압력계의 종류① 마노미터 : 관에 채워진 액체의 높이 차이로서 압력을 측정하는 액주형 압력계U자관 마노미터용기형 마노미터경사 마노미터미압계② 탄성압력계 : 탄성체에 압력을 가하면 변형이나 휨이 생기는데, 이러한 탄성변형량과 압력 사이의 관계를 이용해 압력을 측정하는 것.부르돈관, 다이어프램, 벨로스, 아네로이드 등을 이용한 압력계③ 진공계 : 매우 낮은 압력 측정맥로드 압력계, 피라니 진공계 등(3) 압력 보정- 압력 보정을 위한 가장 간단한 방법은 분동식 보정방법이다. 정압의 경우 압력은 방향 에 상관없이 모든 방향에 대해 동일한 원리를 이용하여 피스톤에 분동을 올려 놓아 발 생하는 압력을 측정함으로써 이미 알고 있는 압력에 대해 측정되는 압력을 보정할 수 있다. 피스톤에서 발생하는 압력은 분동의 무게를 피스톤의 유효 단면적으로 나누어주 면 된다.분동식 압력 보정 장치3. 실험장치① 부르돈 압력계부르돈관의 형태② 레귤레이터, 수동 밸브③ 압력센서 (다음과 같은 사양을 가지고 있다.)공급전압+12 ~ 36 VDC압력측정범위0 ~ 10 kgf/㎠출력전압범위0 ~ 10 VDC선형성±0.5% of Full Span4. 실험방법① 압력 센서의 공급 전원선과 출력 신호선을 연결한다.② 레귤레이터를 조절하여 압력을 변경하면서 압력 센서의 출력 신호를 읽어 기록한다.③ 이때의 부르돈관 압력계를 읽어 값을 기록 (유효숫자까지만)④ 보정 그래프로부터 실제 압력을 계산한다.⑤ 레귤레이터를 조절하여 다양한 압력을 만들고 측정하여 기록.⑥ 임의로 조절된 압력에 대해 압력 센서와 부르돈관 압력계를 이용하여 측정한 값을 기록 하여 통계 처리.5. 결과1) 실험 DATA레귤레이터MPa출력 전압V0.021.450.051.600.102.170.152.630.203.160.253.680.304.180.354.610.405.110.455.312) 보정 DATA기준 출력실제 출력00.0112.52.52655.0247.57.5161010.0212525.098- 앞 페이지의 그래프를 통해서 실제DATA와 보정DATA과의 관계를 알 수 있다.6. 고찰 및 토의- 본 실험은 보정 그래프를 작성하여 압력 센서에서 출력된 전압값을 압력값으로 변환하여 부르돈관 압력계의 압력과 비교하는 실험이었다. 관찰한 전앖값은 일정한 값이 아니고, 계 속 변하는 값이므로 소수 셋째자리까지 읽은 후 반올림한 값을 이용하였다. 부르돈 압력 계의 게이지는 소수 둘째자리까지 읽었다.- 측정 오차 : 일정하지 않은 전압값을 읽는데서 발생하는 오차.부르돈관 압력계의 게이지를 눈으로 읽을 때의 오차.부르돈관 압력계에서 압력센서까지의 압력강하에 의한 오차.부르돈관 압력계의 보관 상태에 따른 변질이나 변형에 의한 오차.압력이 커지면서 발생하는 공기 유출에 따른 오차.7. 결론- 이번 실험은 Elastic Pressure Gauge인 부르돈관을 사용하여 탄성체에 발생하는 변형량 과 압력 변화의 관계를 통하여 압력을 측정하고 학습할 수 있었다.

공학/기술| 2009.09.17| 6페이지| 1,000원| 조회(345)

기계공학실험, 압력, 압력측정, 기계공학실험2

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기계공학실험2 - 길이 측정 (결과보고서)

1. 실험 목적- 전위차계를 이용하여 길이를 측정하는 방법을 실습하고 익힌다.2. 실험 이론- 전기적 도체의 저항은 다음 식과 같다.R : 저항(Ω)L : 도체의 길이(㎝)A : 도체의 단면적 (㎠)ρ : 재료의 고유저항 (Ω?㎝)- 저항이 일정하고 단면적이 일정한 도체의 길이가 변하면 그에 따라 측정 전기 저항이 선형적으로 변한다는 것을 원리를 이용하여 길이를 측정하는 것이 전위차계이다.3. 실험 장치1) LVDT (Linear Variable Differential Transformer): 내부 접촉자가 외부 실린더와 스프링으로 연결되어 있어 한쪽 끝 위치에 머물도록 되어 있고 변위 변화가 발생하였다가 외력이 제거되면 바로 원래의 위치로 복귀하도록 되어있다. 출력 전압은 공급 전압의 범위에 따라 결정된다. (단, 감도=0.939V/㎝, 측정범위는 ±25㎜, 1㎝에서 0.939V 출력)?증폭기2) 증폭기: 보통 앰프라고 하는 것이 바로 이 증폭기이다. 증폭기는 마이크로폰에서 얻어져서 입력 측에 들어가는 적은신호를 스피커와 같이 출력 측에 큰 신호로 변환시키는 장치를 말한다. 즉 입력 측에 가해진 신호의 전압,또는 전력 등을 확대하여 출력 측에 큰 에너지의 변화로 출력하는 장치이다.3) 엔빌: 기준점을 결정하며 길이를 측정할 때 한쪽 끝의 기준이 된다. 엔빌은 항상 고정되어 있다.길이를 측정할 때 물체의 한쪽 끝을 엔빌에 닿도록 하고, 다른 쪽 끝을 전위차계 중심봉의 끝이 닿도록 하여 길이를 측정하게 된다.4) 높이 조절용 V-블록: 측정하는 물체를 안정적으로 위치시키기 위한 고정 장치.[전위차계, 엔빌, 높이 조절용 V-블록]4. 실험 방법1) 보정 실습? 영점 조절과 스팬 조절? 영점 조절a. 증폭기 입력단자를 연결선을 이용하여 연결b. LabView 화면에 나타난 값이 0과 가까운 값을 가지도록 증폭기의 ZERO 가변 저항을 조절? 스팬 조절c. 전위차계와 증폭기 연결- 전위차계의 검은색 출력선 ? 증폭기의 SIG+- 증폭기의 GND ? 증폭기의 SIG-- 전위차계의 붉은색 출력선 ? 증폭기의 EXC+- 전위차계의 하얀색 출력선 ? 증폭기의 SIG+d. 전위차계를 수직판에 고정하고 수직판을 이동하면서 0점이 나타나는 위치를 찾아 고정e. 표준길이 측정 시편 중 길이가 25㎜ 정도 되는 것을 선택하여 마이크로미터를 이용하여 정확 한 길이를 측정하여 기록f. 시편을 한쪽 끝은 엔빌에 다른 쪽 끝은 전위차계의 중심봉의 한 끝에 닿도록 하고 V- 블록에 안정되게 놓는다.g. 이번에는 길이가 약 1㎜ 정도 되는 짧은 시편을 선택하여 위와 같이 스팬조절? 보정작업 : 영점 조절과 스팬 조절이 끝난 길이 측정 장치의 전위차계와 엔빌의 간격을 넓혀 0V가 되도록 한다.?0점 보정이 완료된 상태2) 일반 길이 측정실습: 보정 작업에서 실시한대로 전위차계와 증폭기 간의 연결이 올바른지 확인한 후 마이크로미터를 이 용하여 길이를 측정한 시료들을 길이측정 장치로 길이를 측정을 한다.? 베어링의 외륜의 두께를 측정? CD의 두께를 측정3) 미소 길이 측정실습? 전압분할 회로 조절a. 전압분할 회로 구성한다.b. LP68C 보드와 연결한다.- 전압분할 회로의 GND ? LP68C보드의 AIGND- 전압분할 회로의 IN ? LP68C보드의 +5V- 전압분할 회로의 OUT ? LP68C보드의 AICH0- LP68C보드의 AICH8 ? LP68C보드의 AIGNDc. Labview 화면에 나타난 측정 전압이 0.5V가 되도록 5㏀ 의 가변저항을 돌려 조절한다.d. 조절이 끝나면 먼저 +5V 공급 전압부터 제거하면서 전압분할 회로에 연결된 다른 선들을 제 거한다.? 영점 조절a. 증폭기의 증폭비가 ×1로 성정되어 있는지를 확인 후 보정실습에서와 같이 영점 조절b. 증폭기의 증폭비를 ×100으로 변경한 후 증폭비가 ×1인 경우와 동일한 방법으로 영점 조절c. 전위차계의 출력선과 전원공급선을 연결한다.- 전위차계의 붉은 전원공급선 ? 증폭기의 EXC+- 전위차계의 하얀 전원공급선 ? 증폭기의 EXC-- 전위차계의 검은 출력선 ? 전압분할 회로의 IN- 전압분할 회로의 OUT ? 증폭기의 SIG+- 증폭기의 SIG- ? 전압분할 회로의 GNDd. ZERO 가변저항을 돌려 출력 전압이 0이 되도록 조절한다.? 스팬 조절과 시스템 보정 작업a. CD의 임의의 부위를 선정하여 마이크로미터를 이용하여 그 부분의 두께를 정확히 측정하여 기록한다.b. 동일한 부위 한쪽 끝이 엔빌에 닿도록 한 후 LVDT를 이용하여 두께를 측정한다.c. 측정 전압이 측정값을 ㎜ 단위로 나타낸 값이 되도록 스팬 가변저항을 조절한다.? 미소 길이 측정a. 측정 장치의 영점 조절과 스팬 조절이 끝난 것을 확인한다.b. 측정 장치의 LVDT를 고정하고 있는 볼트를 풀어 LVDT의 위치를 조절하여 화면의 출력전압이 ? 2.5 V가 나오도록 한 뒤 다시 고정한다.c. 준비된 실습 대상물의 두께를 우선 마이크로미터를 이용하여 측정한 후 기록한다.d. 미소 길이 측정 장치를 이용하여 측정하고 결과를 기록한다.? 마이크로미터를 이용한 베어링의 외륜 측정5. 실험 결과1) 일반 길이 측정 실습 DATA베어링 외륜 두께12345678마이크로미터 (mm)7.4677.4667.4637.4607.4647.4567.4627.466LVDT (mm)7.3957.2957.2957.2957.3177.3307.2597.320오차율 (%)0.962.292.252.211.971.692.721.96CD의 두께12345678마이크로미터 (mm)1.221.171.201.211.181.211.201.20LVDT (mm)1.131.121.111.091.051.151.161.17오차율 (%)7.384.277.509.9211.024.963.332.502) 미소 길이 측정 실습 DATA베어링 외륜 두께12345678마이크로미터 (mm)7.2957.3307.3097.3137.3367.3137.3107.311LVDT (mm)7.31877.32267.29927.30947.33587.30897.31337.3182오차율(%)0.3250.1010.1340.0490.0030.0560.0450.098CD의 두께12345678마이크로미터 (mm)1.1631.1271.1181.1401.2251.1861.2171.120LVDT (mm)1.16651.17281.20651.22021.26071.23871.24561.1713오차율(%)0.3014.0647.9167.0352.9144.4442.3504.5806. 고찰 및 토의1) 실험 내용 분석 : 이번 실험은 측정값과 참값을 비교하는 것이 주 관심사였다. 모든 측정의 기본 은 영정 보정이다. LVDT도 마이크로미터나 버니어캘리퍼스와 같이 영점 보정이 필요하다. LVDT는 가변저항의 세기를 조절하여 전압 값을 조절해서 영점 보정을 한다. 또한 LVDT는 영점 보정과 함 께 스팬 조절을 한다. 이것은 비례하는 정도를 조정하기 위한 것이다. 마이크로미터는 눈금을 직접 적으로 읽고 측정한다면, LVDT는 도선의 길이에 저항 값이 비례하고 이 저항에 대한 측정 전압이 저항 값에 비례하는 것을 이용하여 길이를 측정한다. 보정 실습 과정에서 보면 측정 전압이 소수점 자리는 다르지만 실제 ㎜ 치수와 비슷한 숫자를 가지도록 보정한 것을 볼 수 있다. 보정이 끝나면, 길이 측정을 시작한다. 길이 측정 실험에서는 0.1㎜ 이하의 오차가 나왔다. 일반 길이 측정에서는 무시 할 수 있는 정도의 오차임에는 분명하다. 이는 마이크로미터와 같은 미세 측정 장치를 사용하 지 않고서는 0.1㎜의 길이는 재대로 측정하기 조차 힘든 길이이기 때문이다. 그리고 미소 길이 측 정에서는 최대 0.05㎜ 정도의 오차가 나왔다. 일반 길이 측정에서는 길이측정 장치를 그대로 사용 하여 측정한다. 그러나 미소 길이 측정에서는 더욱 정밀한 값을 얻기 위해서 전압분할 회로를 이용 해 10배 높은 전압을 가지게 한다. 이렇게 되면 한자리 더 뒤의 숫자를 알 수 있어 더 정밀하게 길이 측정이 가능하다.

공학/기술| 2009.09.17| 6페이지| 1,000원| 조회(661)

기계공학실험, 길이, 기계공학실험2, 길이 측정

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기계공학실험2 - 힘 측정 (예비보고서)

1. 이론 설명1) 힘 : Newton의 운동법칙에서 정의되는 물리량2) 힘의 측정- 힘의 작용으로 발생하는 현상을 이용하여 측정.- 운동을 하고 있는 물체는 운동의 변화를 측정.- 운동을 하고 있지 않은 물체는 물체의 변형을 측정.3) 외팔보가 받는 하중- 굽힘 모멘트 Mb = Pa- 변형율- 응력2. 실험 장치[스트레인 게이지]스트레인게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지(electrical strain gage) 와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구 분할 수 있다. 전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인 게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게 이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하 는 것이다. 이 스트레인게이지의 개발로 인하여 구조체의 변형 상태를 정밀하게 측정할 수 있게 되었으며, 이 변형률에 의하여 응력을 알 수가 있다.스트레인게이지는 구조체의 재질에 따라 그 모양과 길이가 다른 것이 사용된다. 금속이 나 강재에는 주로 5mm 게이지가, 콘크리트에는 30~100mm 게이지가 자주 사용된다. 또한 이 스트레인게이지는 표면에 부착하는 부착게이지뿐만 아니라 물체나 구조체를 만 들 때에 그 내부에 매몰시켜 설치하는 매몰형 스트레인게이지도 있다.3. 실험 순서1) 휘이트스톤 브릿지 기본 회로 실험① 일반 저항 3개와 가변 저항 1개를 이용하여 휘이트스톤 브릿지 회로 구성.

공학/기술| 2009.09.17| 2페이지| 1,000원| 조회(202)

기계공학실험, 압력, 압력 측정, 기계공학실험2

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