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1. 서론
1.1. 실험 목적
실험의 주된 목적은 연속측정 방식의 길이 측정을 실험하고, 측정 분해능과 측정 방식에 따른 차이를 알아보는 것이다. 길이 측정에 사용되는 버니어 캘리퍼스와 하이트 게이지의 특성을 파악하고, 또한 직경 측정에 사용되는 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터의 특성을 비교분석하여 각 측정기기의 정확도와 신뢰성을 확인하고자 한다.
실험에 사용된 원통형 공작물의 길이와 직경을 다양한 측정기기로 측정하여 결과를 비교함으로써, 측정기기의 분해능과 측정 방식에 따른 특성 및 측정 오차를 분석하고자 한다. 이를 통해 실제 측정현장에서 적합한 측정기기를 선택하고 효과적으로 사용할 수 있는 방법을 모색하고자 한다.
1.2. 실험 관련 이론 소개
아베의 원리는 측정기의 제작상 피할 수 없는 결함이 측정오차에 미치는 영향을 최소로 하는 것이다. 측정단자가 접촉한 상태로 척도의 눈금이 0이 되고, 측정단자 사이에 물체를 끼운 상태에서 척도의 눈금이 물체의 정확한 길이를 나타내도록 해야 한다. 척도를 설치한 대가 조금이라도 기울어져 있다면 척도의 눈금은 물체의 길이를 정확하게 나타낼 수 없게 된다.
아베 오프셋은 물체가 측정되는 축과 계측기 측정 스케일의 축 사이의 거리를 의미한다. 물체의 거리가 눈금에 수직인 방향으로 눈금을 따라 거리로 전달되지 않으면 오차가 발생하며, 이 오차의 크기는 각도 오차의 탄젠트에 아베 오프셋을 곱한 값이 된다. 따라서 버니어 캘리퍼스와 같은 계측기는 측정 눈금이 측정 대상과 동축이 아니기 때문에 아베 오류에 노출될 수 있다. 마이크로미터나 하이트 게이지는 아베 에러의 영향을 받지 않는다.
사인 바는 길이에 의해 정확한 각도를 만들어내는 것으로, 직각 삼각형에서 삼각함수의 사인함수를 이용하여 블록 게이지를 병용해 임의의 각도를 설정하고 이를 기준으로 각도를 측정한다. 사인 바는 측정하려는 각도가 45도 이내여야 하며, 측정각이 더 커지면 오차가 발생한다.
공기 마이크로미터는 치수의 변화를 공기의 유량·압력의 변화로 바꾸고, 유량·압력의 변화량을 측정하여 치수를 재는 비교측정기이다. 노즐과 피측정물 사이의 틈새 변화에 따라 지시실 내의 압력이 변화하므로, 이를 측정함으로써 치수를 알 수 있다.
전기 마이크로미터는 전자 마이크로미터라고도 하며, 전기적 임피던스인 전기저항·전기 용량·전자유도 등의 회로요소를 변위에 의하여 변화하도록 접속하고 그 회로에 발생하는 전류·전압의 변화를 이용한다. 차동변압기가 변환기로 가장 널리 사용되며, 아날로그형과 디지털형이 있다.
블록 게이지는 스웨덴의 C. E. 요한슨이 고안한 것으로, 단면이 35mm×9mm 또는 30mm×9mm인 직사각형 블록이다. 이 블록의 치수는 대단히 정확하며, 2개의 블록 게이지의 측정면은 서로 밀착되어 조합된 치수의 합과 같게 되어 있다. 블록 게이지는 측정범위가 좁고 기준 치수인 표준 게이지가 필요하지만, 높은 정밀도의 측정이 가능하다.
2. 길이 측정
2.1. 버니어 캘리퍼스를 이용한 길이 측정
버니어 캘리퍼스는 자와 캘리퍼스를 조합한 것으로 측정물의 바깥지름, 안지름, 깊이, 단차 등을 측정하기 위해 고안되었다. 측정정도는 최고 0.02mm이며, 프랑스의 버니어(Pierre Vernier)의 이름을 따서 만들어졌다. 버니어 캘리퍼스는 곧은 자와 2개의 죠 및 깊이 바로 구성되어 있고 눈금 형성은 cm눈금과 인치 눈금이 그려져 있는 중앙의 긴 자인 본척(어미자)과 어미자에 대해 상대적으로 움직일 수 있고 더 작은 눈금이 그려져 있는 부척(아들자)으로 읽을 수 있도록 되었다.
버니어 캘리퍼스의 눈금은 1mm씩 새겨져 있고 1mm이하의 치수를 측정하는 데에는 아들자를 사용해야 한다. 아들자의 20눈금은 어미자의 19mm를 20등분하므로 버니어 1눈금은 19/20=0.95mm로 어미자와 아들자의...
