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기계공학실험 열전대 Calibration실험 결과레포트

#열전대(Thermo Couple)열전대는 열적 전기적으로 접촉하는 두 개의 물질로 구성된 온도 센서이다. 온도변화에 따라서 두 물질의 접촉부에서 전위의 차가 발생한다. 이 현상을 열전(Thermoelectric)현상이라고 하며 Seebeck Effect라 한다.#제백효과(Seebeck Effect)전도체에 전류가 흐르지 않아도 에너지의 흐름에 의해 전압의 그래디언트가 생기고 이에 따라 기전력이 발생한다는 원리이다. 이는 Seebeck에 의해 발견되었으며, 열전현상에 대한 첫 번째 발견이라고 할 수 있다. 양 끝단에 온도차를 주면 원자의 흐름에 의한 그리고 온도차에 의한 에너지의 흐름이 생기고 이에 따라 기전력이 발생하게 되는 것이다.종류구성재료사용온도환경소선지름(mm)전기저항(OMEGA/m)설명+금속-금속상용한도(DEGC)과열상용한도(DEGC)BPt-Rh 30%Pt-Rh 6%150017000.501.75고온에 있어서 정밀 측정과 내구성이 요구되는 경우에 이 열전대를 권장한다.RPt-Rh 13%Pt 100%140016000.501.47고도로 정밀하고, 열저항과 안정성이 뛰어나며, 일반적으로 산화 환경에 사용된다.SPt-Rh 10%Pt 100%1.43고도로 정밀하고, 열저항과 안정성이 뛰어나며, 일반적으로 산화 환경에 사용된다.KNi 90%Cr 10%Ni 94%Al 3%Si 1%Mn 2%6508500.652.95특히 아황산가스 및 일산화탄소에 약하다. 열전대 중 가장 많이 사용되고 있다.7509501.001.2585010501.600.4990011002.300.24100012003.200.12ENi 90%Cr 10%Cu 55%Ni 45%4505000.653.56표면 온도가 높고, 산화 환경에서 사용하기 적합하다.5005501.001.505506501.600.596007502.300.257008003.200.15JFe 100%Cu 55%Ni 45%4005000.651.70기전력 특성이 비교적 높다. 수분을 포함한 산화분위기에서 철이 산화되어 녹이 발생한다.4505501.000.725006501.600.285507502.300.146007503.200.07TCu 100%Cu 55%Ni 45%2002500.326.17저온에서의 특성이 우수해 영하온도 측정에 정확하다.2002500.651.502503001.000.683003501.600.25#열전대의 종류①접지형 : 접점을 금속으로 된 보호대 외피에 연결한 형태. 응답속도가 좋고 고온·고압에서 사용 가능하다. 외부영향을 크게 받는다.②비접지형 : 열전대가 외부와 완전히 절연된 상태. 응답속도는 떨어지지만 외부 환경에 견고하다.③노출형 : 열전대를 보호대 밖으로 노출시킨 형태. 응답속도가 빠르고 온도의 추종성이 좋다. 기밀성이 좋지 않아 고온·고압, 부식이 많은 곳에서의 사용과 장시간 사용은 피해야 한다.열전대 Calibration1. 실험목표 : K-type 열전대의 구간 -10~50℃에서의 Calibration2. 준비물 : K-type 열전대, 납, 인두기, 페이스트, 스트립퍼, 구리선 2개, CTCB(항온순환수조), 부동액, 가열기, 얼음물(0℃), Ice-bath, Digital-Multimeter3. 이론(1) 열전대의 원리 및 종류 (별첨)(2) Ice-bath 없이 열전대 사용하는 방법: 실험 시 사용하는 기준 접점에는 우리가 실험에서 사용한 빙점식 이외에도 항온조식, 보상식 등이 있다.항온조식의 경우 항온수조내의 유체의 미소체적에서의 온도가 모두 동일하지 않기 때문에 빙점식을 사용하는 것 보다 정확성이 떨어진다.보상식 기준접점은 온도계측 센서를 이용하여 기준접점부의 온도를 측정한 후 그때의 출력전압을 기준접점부를 0℃(빙점식)으로 측정한 테이블 측정전압을 상쇄시켜 측정하는 방법이다. 이를 상온보상이라고 한다. 이 방법은 정확도가 낮으며 열전대의 출력전압이 1차원적인 선형형태와 비슷할 경우에 사용할 수 있는 방법이다.4. 실험방법① K-type열전대와 구리선 2개를 이용해 실험에 사용 할 K-type열전대를 만든다.(각각의 꼰 부분에 납떔이 잘 되도록 페이스트를 묻힌 후 납땜을 한다.)② 항온조의 부동액 온도를 5℃로 맞춘다.③ 각각의 구리선을 Digital-Multimeter에 연결하고 기준접점을 Ice-bath에 넣는다.④ 온도 측정부(K-type열전대끼리 꼰 부분)을 항온조에 담근다.⑤ 디지털 멀티미터에 출력 되는 값을 읽고 출력값을 기록한다.이 때 +값이 나오지 않는 다면 부호가 반대로 나온 것이므로 멀티미터에 연결되어 있는 (+), (-)선의 위치를 바꿔준다.⑥ 가열기를 사용해 항온조의 온도를 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃로 변화시키며 앞의 과정을 반복해 출력 값을 추가한다.⑦ 측정값과 table값을 비교해 오차를 분석한다.5. 결과 및 결론Table 1. 실험 결과온도(℃)전압(mV)table(mV)오차(mV)6.70.250.26-0.019.90.390.393-0.00320.30.800.81-0.0129.71.171.19-0.0240.21.591.61-0.0250.32.002.03-0.03*소수점 자리 온도는 table에 나와 있지 않으므로 보간법을 이용해 전압을 구한다.x-x _{1} :x _{2}-x _{ 1} = f_{x}-f_{x _{1}}:f_{x _{2}}-f_{x _{1}}(x : 온도, f(x) : 온도의 table 값) 6.토의#오차원인 및 개선방안① K-type열전대를 만들고 나서 일주일 후에 실험에 사용했는데, 주의해서 보관 하지 않았기 때문에 산화가 일어났을 수 있고 보관하는 과정에서 열전대에 문제가 발생했을 수 있다. 열전대 보관 시 더욱 주의해야 한다.② 실험 시 K-type열전대를 사용할 때 맨손으로 잡아 실험 했는데 손의 온도가 영향을 주었을 수 있다. 장갑을 끼거나 도구를 이용해서 K-type열전대를 사용해 최대한 체온의 영향을 받지 않도록 해야 한다.③ 가열기를 이용해 항온조의 온도를 올릴 때 부동액이 제대로 대류 되지 않기 때문에 K-type열전대의 끝부분을 항온조의 어느 부분에 담구냐에 따라 부동액의 온도가 달랐을 것이다. 부동액을 가열하고 나서 제대로 대류 시켜 부동액의 온 도가 일정하도록 해야 한다.④ 실험을 하면서 K-type열전대의 미세한 움직임에도 멀티미터의 출력 값이 달라지는 것을 볼 수 있었다. 열전대를 확실하게 고정시켜야 한다.⑤ 실험 도중에 항온조의 온도가 계속 바뀌었기 때문에 멀티미터에 출력되는 값도 계속 변화하였고, 같은 온도 일 때 출력 값이 왔다 갔다 해서 두 값 중 하나의 값을 임의로 선택하기도 했다. 그래서 정확한 온도와 기전력 값을 사용할 수 없었다. 항온조의 온도가 빠르게 바뀌지 않도록 해야 하고 멀티미터의 출력 값을 선택해야 할 때 그 기준을 세워야 한다.

공학/기술| 2020.07.07| 5페이지| 1,000원| 조회(201)

열전대, 기계공학실험, K-Type 열전대

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기계공학실험 스트레인게이지 실험 예비레포트(Wheatstone Bridge, 스트레인게이지)

1. Wheatstone Bridge# 원리미지의 저항을 측정하는 장치로써, 저항의 배열이 다이아몬드 형일 경우 저항의 변화에 따라 대각선 방향의 전위차가 발생하는 원리를 이용한다.오른쪽 그림에서R_1,R_2의 저항 값은 이미 알고 있으며,R_3는 가변 저항으로 저항 값을 변화시킬 수 있는 저항이다.R_x는 측정하고자 하는 미지의 저항이다.가변 저항R_3을 적당히 조절해서 검류계에 전류가 흐르지 않으면 B점과 C점의 전위는 같다. 그러므로 A와 B 사이의 전위차와 A와 C 사이의 전위차는 같고(V_{AB}=V_AC), B와 D 사이의 전위차와 C와 D 사이의 전위차도 같다. (V_{BD}=V_CD)그러므로V_{AB}=V_AC에서I _{1} R _{1} =I _{x} R _{x}가 되고V_{BD}=V_CD에서I _{2} R _{2} =I _{3} R _{3}가 된다. 여기서I _{1} =I _{2},I _{x} =I _{3}이므로R _{1} R _{3} =R _{2} R _{x}이다.R_1,R_2,R_3의 저항 값은 이미 알고 있으므로R_x의 값은 다음과 같다.R _{x} = {R _{1} R _{3}} over {R _{2}}# 종류종 류특 징Quarter Bridge* 앰프내장형 더미 게이지를 사용하는 경우- 2선 방식: 간단한 실험이나 교육용의 경우에 사용하는 방식이다.- 3선 방식: 도선의 저항을 무시할 수 없을 때 사용하며, 특별한 경우가 아니라면 이 방법을 사용하는 것이 좋다.* 외부 더미 게이지를 쓸 경우특수 환경(온도, 압력 등)에서 실험할 경우 사용하는 방법이다. 3선방식보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.Half Bridge외팔보처럼 평균응력을 측정하고자 할 때, 그 두께에 따라 굽힘 응력과 압축응력 값이 다를 경우 또는 굽힘 응력이나 압축응력 중에서 폭 방향이나 길이 방향 값만을 얻고자 할 경우 등에 사용된다.Full Bridge외팔보와 같이 길이 폭 방향에 대한 균일한 하중이 작용하지 않을 경우 그 평균값을 얻고자 할 때 또는 축의 토크를 측정 할 때 회전 방향의 하중에 따른 토크만을 측정하고자 할 경우에 사용된다.2. 스트레인 게이지 원리와 종류# 원리전기 저항체는 전자의 흐름을 방해하는 저항을 지니며, 저항은 일반적으로 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 그러므로 저항체에 인장력이 가해지면 길이는 늘어나고 단면적은 줄어들어 저항이 증가하게 되고, 압축력이 가해지면 길이는 줄어들고 단면적이 커지기 때문에 저항은 감소하게 된다. 이와 같은 원리를 이용하여 변형의 값을 전기적 신호로 바꿔 변형률 또는 응력의 변화를 알 수 있다.먼저 전기 절연물 베이스에 가느다란 저항선을 고정시키고 측정하고자하는 구조물에 접착한다. 그러면 측정하고자 하는 구조물에 발생하는 스트레인은 스트레인 베이스를 지나 게이지용 저항선에 전달되어 늘어나거나 줄어들 것이고, 이를 통해 저항선에 전기저항의 변화가 일어나 물리적인 변화량을 간접적으로 측정하는 것이다.# 종류종 류특 징일반용 게이지주로 상온에서의 금속재료 스트레인 측정에 사용하는 것으로 판 게이지와 선 게이지가 있다.판 게이지는 치수가 정확하고 저비용 제조가 가능하며, 용도에 따라 종류가 다양하다. 일반적으로 사용되고 있는 게이지는 대부분 판 게이지이다. 게이지를 붙이는 작업의 간략화하기 위해 리드선이 부착된 게이지를 많이 이용한다.선 게이지는 스트레인 게이지의 보급 초기에 주로 사용되었다.반도체 게이지실리콘과 같은 반도체의 단결정을 저항소자에 사용한 것으로서 게이지 율이 일반용 게이지의 수십 배이다. 미세한 스트레인의 검출이나 고감도센서의 제작에 적합하다.충격과 같은 빠른 현상을 계측하는 경우 등 증폭기 없이도 측정이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 온도에 크게 영향을 받고 출력의 직선성이 별로 좋지 않다는 단점이 있다.반도체스트레인 게이지의 게이지율 G 는 다음과 같다.G = 1 + 2 v + IIY[v : 포와송 비, II : 압 저항 계수, Y: 영률]특수 게이지일반용 게이지로 측정할 수 없는 용도에 사용하기 위하여 각종의 특수용도로 제조된 게이지이다.잔류 응력 측정용 게이지, 고온용 게이지, 저온형 게이지, 큰 스트레인 게이지, 복합재료 및 플라스틱용 게이지, 항자성용 게이지, Bolt축력 측정용 게이지 등이 있다.측정에 따른 분류종 류특 징전기식 스트레인게이지구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정한다.기계식 스트레인게이지두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정한다.그리드에 따른 분류종 류특 징T-rossette 게이지주응력과 그에 반대되는 부응력을 알고 있을 경우 사용할 수 있고, 일반적으로는 측정물의 포와송 비를 구하고자 할 때 많이 사용된다.Single 게이지그리드가 하나이기 때문에 한 방향에 대한 측정만 가능하다. 주응력을 알고 있을 때 많이 사용된다.Shear 게이지보통의 게이지와는 달리 그리드의 방향이 45°방향으로 비틀어져 있는 형태이다.회전 또는 비 회전 되는 원형 축의 비틀림을 측정해 토크 값을 산출하기위한 목적으로 많이 사용된다.

공학/기술| 2020.07.07| 4페이지| 1,000원| 조회(294)

기계공학실험, 스트레인게이지, 예비레포트

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기계공학실험 축류팬실험 결과레포트(토크, 파워, 효율, 유량계수, 수두계수)

실험1234567H( b a r{)}1Q(L/s)0.7874omega(rpm)*************070911742610W1(N)2.86.59.212.014.716.819.3W2(N)00.81.21.62.445.4W1-W2(N)2.85.7810.412.312.813.9omega (rad/s)190.554162.285135.5865112.02995.381777.687463.867Q(m ^{3} /s)0.0007874M(Nm)0.0840.1710.240.3120.3690.3840.417Nm(W)16.00653627.75073532.5407634.95304835.19584729.83196226.632539Nh(W)78.74phi 0.01440.01700.02030.02460.02890.03540.0431psi 2.72703.75985.38637.889810.884216.406824.2757eta 0.20330.35240.41330.44390.44700.37890.33821. 측정 데이터 처리 표R = 45mmr = 30mmrho `=`997.2kg/m ^{3} ````(25 DEG C)1` b a r{`} =` rho gH``=10 TIMES 10 ^{4} Pa1 rpm = 0.1047 rad/s1`L/s=0.001m ^{3} /s2. 계산 과정# 토크MM``=Fr`=(W1-W2)r·M _{1} ``=(W1-W2)r=`2.8 TIMES 0.03`=`0.084`Nm·M _{2} ``=(W1-W2)r=`5.7 TIMES 0.03`=`0.171`Nm·M _{3} ``=(W1-W2)r=`8 TIMES 0.03`=`0.24`Nm# 터빈이 생산하는 파워NmNm=M omega `·Nm _{1} =M omega `=0.084 TIMES 190.554`=`16.0065W·Nm _{2} =M omega `=0.171 TIMES 162.285`=`27.7507W·Nm _{3} =M omega `=0.240 TIMES 135.5865`=`32.5407W# 유체가 가지는 파워Nh` :Nh`= rho gHQ``=`10 TIMES 10 ^{4} TIMES 0.0007874`=78.74`W`#H :H``=`1` b a r{/} rho g= {10 TIMES 10 ^{4}} over {997.2 TIMES 9.81} `=10.22``m`# 효율eta eta `=`Nm/Nh·eta ` _{1} =`Nm/Nh`= {16.0065} over {78.74} `=`0.2032·eta ` _{2} =`Nm/Nh`= {27.7507} over {78.74} `=`0.3524·eta ` _{3} =`Nm/Nh`= {32.5407} over {78.74} `=`0.4132# 유량계수phi ``phi `=` {Q} over {pi R ^{3} omega } `·phi _{1} `=` {Q} over {pi R ^{3} omega } `=` {0.0007874} over {3.14 TIMES (0.045) ^{3} TIMES 190.554} `=`0.0144·phi _{2} `=` {Q} over {pi R ^{3} omega } `=` {0.0007874} over {3.14 TIMES (0.045) ^{3} TIMES 162.285} `=0.0169·phi _{3} `=` {Q} over {pi R ^{3} omega } `=` {0.0007874} over {3.14 TIMES (0.045) ^{3} TIMES 135.5865} `=`0.0203# 수두계수psi psi `=` {2gH} over {R ^{2} omega ^{2}}·psi ` _{1} =` {2gH} over {R ^{2} omega ^{2}} `=` {2 TIMES 9.81 TIMES 10.22} over {(0.045) ^{2} TIMES (190.554)} `=`2.7270·psi ` _{2} =` {2gH} over {R ^{2} omega ^{2}} `=` {2 TIMES 9.81 TIMES 10.22} over {(0.045) ^{2} TIMES (162.258)} `=`3.7598·psi ` _{3} =` {2gH} over {R ^{2} omega ^{2}} `=` {2 TIMES 9.81 TIMES 10.22} over {(0.045) ^{2} TIMES (135.5865)} `=`5.38633. 회전속도에 따른 토크/파워 곡선4. 유량계수에 따른 수두곡선/효율곡선5. 결과에 대한 토론회전 속도에 따른 토크 곡선의 경우, 이론상의 실제 토크곡선과 거의 흡사한 모습의 실험 그래프를 얻을 수 있었지만 약간의 오차가 존재해 그래프가 완전히 일치하지는 못했다. 왼쪽 그림에서 확인해 볼 수 있듯이 이상적인 그래프는 직선인데 반해 실제 토크 그래프는 약간 휘어져 있는데 그것이 우리 실험 그래프에도 적용되어 비슷하게 그래프를 얻었기 때문에 토크 곡선은 이론과 유사하게 실험이 잘 된 것 같다.하지만 회전 속도에 따른 파워 곡선의 경우, 이론 그래프와는 많이 다른 실험 그래프를 얻었다. 이론 그래프의 경우 이상 및 실제 그래프 모두 중심선을 기준으로 대칭인 모습을 보였는데 우리 실험 그래프의 경우 대칭도 아닐뿐더러 그래프의 모양도 포물선이라고 보기 어려웠다.유량 계수에 따른 수두 곡선은 거의 완벽한 직선을 그리며 계속해서 증가하는 모양 이었다. 이를 통해 유량계수가 증가함에 따라 수두 계수도 증가한다는 사실을 알 수 있었다.효율 곡선은 초기에는 포물선모양을 그리며 증가하는 모습을 보이다가 서서히 감소하는 모양의 그래프를 얻을 수 있었다. 이것을 통해 우리 실험의 경우 유량 계수가 증가하면서 효율이 같이 증가하다가 중간부터 효율이 감소했다는 것을 알 수 있었다.6. 고찰이번 실험은 팰턴 터빈의 원리를 이해하고 실험을 통해 터빈의 성능을 측정하는 것이 목표였다. 비교적 쉽고 간단한 실험이었지만, 그만큼 직접 유량과 힘을 측정하는 과정에서 많은 오차가 발생해 실험 결과에 영향을 주었을 것이다. 실험을 진행하는 동안에 물이 떨어지는 소리가 너무 커서 조교님의 설명도 제대로 들리지 않았고 여러 명이 같이 하기 힘든 실험이라 1~2명이 거의 실험을 진행해 실험에 참여하기가 어려워서 아쉬웠던 실험이었다. 또한 실험 결과로 만든 그래프가 이론 그래프와 비슷한 것도 있었지만 너무 다르게 나온 그래프도 있었기 때문에 좀 더 욕심이 생긴 것 같다. 오차를 줄인다면 다르게 나온 그래프 또한 더욱 이론 그래프와 비슷하게 얻을 수 있을 것 같다.# 오차 원인① 실험실 환경을 정확하게 알지 못해 실험 계산에 임의의 밀도 값을 사용하였다.② 유량을 잴 때 몇 초 동안 5L가 흐르는 지를 정확하게 측정하지 않았다.③ rpm 측정 시 기기를 이용했는데 rpm값이 고정된 것이 아니라 계속 변화해 변화하는 구간 중 계산하기 편한 하나의 값을 임의로 잡아 계산에 사용했다.

공학/기술| 2020.07.07| 4페이지| 1,500원| 조회(102)

기계공학실험, 유체, 토크, 파워, 효율, 유량계수, 축류팬, 수두계수

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기계공학실험 축류팬실험 결과레포트(유량, 유속, 정압, 전압)

1. 측정데이터실험차압계1(i`n`c`h```H _{2} O)차압계2(i`n`c`h```H _{2} O)유량Q(m ^{3} /s)평균 유속V````(m/s)TRIANGLE p _{s} (Pa)TRIANGLE p _{t} (Pa)eta _{t}1(무부하)0.10.180.0105.649724.9143.26340.3320.130.0950.007384.169432.3842.37570.2430.140.060.005873.316334.8741.19370.184(최대부하)0.230.010.002401.355957.29358.35010.107① 4000 rpm ±20 rpm실험차압계1(i`n`c`h```H _{2} O)차압계2(i`n`c`h```H _{2} O)유량Q(m ^{3} /s)평균 유속V````(m/s)TRIANGLE p _{s} (Pa)TRIANGLE p _{t} (Pa)eta _{t}1(무부하)0.130.130.008644.881332.3846.08050.30620.110.070.006343.581927.4034.77720.1730.110.040.004802.711827.4031.62840.114(최대부하)0.130.020.003391.915232.3834.48910.09② 3500 rpm ±20 rpmD _{1} `=`95mm`=`0.095mD _{2} `=`47.5mm`=`0.0475mA _{0} ``=A _{2} ``=` {pi TIMES D _{2} ^{2}} over {4} =1.77 TIMES 10 ^{-3} m ^{2}C _{0} ``=`0.63rho `(27.5 DEG C)=`1.15kg/m ^{ 3}D _{2} /D _{1} `=`0.5P`=`1.3W`=`1.3kgm ^{2} /s ^{3}humidity:`8.7%2. 계산과정(4000 rpm일 때 실험 1 기준)# 유량QQ``=`C _{0} Q _{ideal} ``=`C _{0} A _{0} sqrt {{2(p _{1} -p _{2} )} over {rho (1- beta ^{4} )}} `````````````````````````````( beta `=`D _{2} /D _{1} )Q`` _{4000,1} =`C _{0} A _{0} sqrt {{2(p _{1} -p _{2} )} over {rho (1- beta ^{4} )}} =0.63 TIMES 1.77 TIMES 10 ^{-3} TIMES sqrt {{2 TIMES 0.18 TIMES 249.1} over {1.15 TIMES (1-0.5 ^{4} )}} `=`0.010m ^{3} /s# 평균 유속VV= {Q} over {A}V _{4000,1} = {Q _{4000,1}} over {A _{0}} = {0.010} over {1.77 TIMES 10 ^{-3}} `=`5.6497`m/s# 정압 상승TRIANGLE p _{s} (Pa)단위 변환 :1```i`n`c`h```H _{2} O`=`249.1Pa :TRIANGLE p _{s(4000,1)} `=`0.1 TIMES 249.1`=`24.91`Pa# 전압 상승TRIANGLE p _{t} (Pa)TRIANGLE p _{t} (Pa)= TRIANGLE p _{s} + {1} over {2} rho V ^{2}TRIANGLE p _{t(4000,1)} = TRIANGLE p _{s(4000,1)} + {1} over {2} rho V _{4000,1} ^{2} =24.91+ {1} over {2} TIMES 1.15 TIMES (5.6497) ^{2} =43.2634``Pa# 전압 효율eta _{t}eta _{t} `=` {Q TIMES TRIANGLE p _{t}} over {P}eta _{t} `=` {Q TIMES TRIANGLE p _{t}} over {P} = {0.01 TIMES 43.2634} over {1.3} =0.333. 그래프 & 결과에 대한 논의유량에 대한 정압상승 곡선4000rpm일 때는 유량이 증가함에 따라 정압 상승의 값이 꾸준히 낮아지지만, 3500rpm의 경우는 유량이 증가하면서 정압 상승이 낮아지다가 다시 높아지는 것을 그래프를 통해 확인할 수 있다.그래프 상의 최대 점은 4000rpm과 3500rpm 각각 유량이 0.0024, 0.0034일 때 이므로 즉, 각 속도에서 최대부하일 때 정압 상승이 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한 그래프 상의 최소 점은 4000rpm과 3500rpm 각각 유량이 0.01, 0.00634일 때 이므로 4000rpm에서는 부하가 존재하지 않을 때, 3500rpm에서는 중간 정도의 부하가 존재할 때 정압 상승이 가장 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.대체적으로 4000rpm일 때가 3500rpm일 때보다 정압상승 값이 높게 나왔다. rpm값이 달라짐에 따라 곡선의 위치에 변화가 조금씩 있을 수는 있지만 그래프의 모양은 비슷하게 나와야 하는데, 우리 실험 그래프의 경우 두 곡선의 모습이 많이 다른 것으로 보아 실험에 많은 오차가 작용했음을 짐작할 수 있다. 또한 전체적인 그래프의 모습도 이론값과는 전혀 다르게 나와 큰 실험오차가 있었음을 알 수 있었다.유량에 대한 전압상승 곡선4000rpm과 3500rpm곡선 모두 전체적으로는 값이 감소했다가 다시 증가하는 모습을 보였다. 하지만 4000rpm의 경우 최대 부하일 때 최고 전압 상승값을 가졌고 3번째로 큰 부하일 때 최저 전압 상승값을 가졌으며, 3500rpm의 경우는 무 부하 일때 최고값을 가지고 3번째로 큰 부하일 때 최저값을 가짐으로써 두 곡선의 전체적인 모습은 비슷하나 다른 결과가 나옴을 알 수 있다.유량에 대한 정압 상승 곡선과 비슷하게 나온것은 이론과 비슷했지만 정압 상승 곡선과 마찬가지로 이론 상의 그래프와는 많이 다른 모습으로 그래프가 그려져 실험상에 오차가 많았음을 짐작할 수 있다.유량에 대한 효율 곡선두 곡선 모두 유량이 증가하면서 증가하는 모습을 보이는 것을 확인할 수 있다. 둘 다 최대 부하/최저 유량일 때 가장 낮은 효율이었으며, 무 부하/최고 유량일 때 가장 높은 효율 값을 가졌다.이론 그래프의 경우 효율곡선이 유량이 증가함에 따라 같이 증가하다가 다시 감소하는 포물선 모양을 보였는데, 우리 실험 그래프의 경우 두 곡선 모두 꾸준히 증가하는 모습이 보였기 때문에 이론 과는 맞지 않는 실험값을 얻었음을 알 수 있었다. 효율 곡선 또한 앞의 두 곡선과 같이 실험오차에 크게 영향을 받았음을 짐작할 수 있었다.4. 고찰# 고찰이번 실험은 축류팬의 원리를 이해하고 실험을 통해 축류팬의 성능을 측정하는데 목적이 있었다. 실험 시작시간이 워낙 늦어 교수님께서 대략적으로 빠르게 설명을 마치시고 바로 실험을 했기 때문에 다른 실험에 비해 실험에 대한 이해도가 낮은 채로 실험을 하게 되었다.이론이나 실험 방법 면에서 어려운 실험은 아니었지만, 우리 실험의 경우 결과값을 계산하고 그래프를 그려 분석을 해 보니 이론 곡선들과는 너무 다른 실험 곡선을 얻은 것을 알 수 있었다.정압 상승 곡선(갈색)과 전압 상승 곡선(파란색)의 경우 이론 곡선은 유량이 증가함에 따라 값이 조금씩 증가하다가 급격하게 감소하는 모양이었지만 우리 실험 곡선은 그와는 정 반대로 유량이 증가함에 따라 조금씩 값이 감소하였고 전압 상승 곡선은 오히려 중간에 급격히 증가하는 모습을 보였다.또한, 효율 곡선의 이론값은 값이 증가하다가 감소하는 거의 완벽한 포물선의 모습을 보였지만 실제 실험의 경우 일차방정식 직선에 가까운 곡선의 모습을 보였다.이를 통해 이번 실험에 아주 큰 실험 오차가 있었다는 것을 알 수 있었다. 실험 결과가 너무 아쉽게 나온 만큼 다시 한번 제대로 실험을 해 이론 곡선과 유사한 실험곡선을 얻어보고 싶다.# 오차원인 및 해결방법① 실험 시 rpm값이 고정되지 않고 계속해서 변화했기 때문에 일정 오차범위 내에 위치할 때 실험을 진행하였고, 잠깐 오차범위를 벗어나더라고 실험결과에 고려하지 않았다. rpm값의 변화가 적거나 거의 고정되어 움직이지 않는 상태에서 실험을 진행해야 한다.

공학/기술| 2020.07.07| 4페이지| 1,500원| 조회(162)

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기계공학실험 인장, 충격, 경도 실험 결과레포트

인장시험1. 인장시험기의 종류와 장단점- 예비 레포트 참고2. 표준인장시험편의 종류와 용도- 예비 레포트 참고3. 응력과 변형률 선도의 작성4. 기계적 특성(계산 & 문헌결과와 비교)# 탄성계수E``(kg/mm ^{2} ) (문헌 값 : 190~210GPa): 응력-변형률 선도에서 임의의 직선구간을 잡아 구간내의 기울기를 구해 탄성계수로사용한다.탄성계수`E= {응력`변화량} over {변형률`변화량} = {(76530899.65-29216344.08)Pa} over {0.00984-0.00819} =28.675`GPa# 항복점sigma _{r} `(kg/mm ^{2} ) (문헌 값 : 448~586MPa)항복점`` sigma _{r} = sigma _{0.2} = {P} over {A _{0}} = {62904.7N} over {{1} over {4} TIMES pi TIMES (12.78mm) ^{2}}=423.6592MPa# 인장강도sigma _{MAX} ```(kg/mm ^{2} ) (문헌 값 : 420MPa)인장`강도` sigma _{MAX} = {P _{MAX}} over {A _{0}} = {63409.3N} over {{pi } over {4} TIMES (12.78mm) ^{2}}##``````````````````````````````````````````````````````=478.5971`MPa# 연신율lambda ``(%)연신율` lambda `(%)= {L-L _{0}} over {L _{0}} TIMES 100= {(57.6-50)mm} over {50`mm} TIMES 100#`#`````````````````````````````````````````````=15.2`%# 단면수축률PHI ``(%)단면수축률` PHI `(%)=` {A _{0} -A} over {A _{0}} TIMES 100=` {{pi } over {4} TIMES (12.78 ^{2} -9.64 ^{2} )`mm ^{2}} over {{pi } over {4}눈대중으로 가장 이론값과 비슷할 것이라 생각되는 값을 찾아 사용했기 때문에 이 과정에서 많은 오차가 발생했을 것이다.- 오차 해결 방법① 우리가 직접 길이와 단면적을 재는 것 보다 일정한 규격으로 생산된 시험편을 사용한다면 더 정확한 값을 사용할 수 있다.② 실험실의 온도가 시험편의 인장에 끼치는 영향까지 고려한다.③ 시험기에 의한 오차를 줄일 수 있도록 새로운 시험기를 사용한다.④ 측정하는 시간 간격을 더 좁혀 더 많고 자세한 결과값을 얻어 사용한다.-고찰인장시험은 시험편이 파단 될 때 까지 시험편에 천천히 인장하중을 가하면서 인장력에 대한 응력-변형률 선도를 구하고, 그 선도로부터 시험편 재료의 탄성계수와 항복점, 인장강도, 연신율, 단면수축률을 볼 수 있는 시험이다.우리가 실험한 값을 통해 응력-변형률 선도를 그려보면, 시험편에 힘이 가해지기 시작하면서 그래프의 기울기가 증가하다가 항복점에 도달하면서 기울기가 완만해지기 시작하고 그 이후 파단에 이르기까지의 그래프 모습을 확인할 수 있다. 하지만 우리가 사용한 시험편의 경우 연강이면서 탄소의 함유량이 많아 그대로는 항복점을 찾기가 힘들기 때문에 0.2% offset방법을 사용해 정확한 항복점을 찾는다.우리가 직접 인장 시험기를 사용해 실험을 하지는 않았지만 실험을 하면서 조교님의 설명을 들으면서 실제로 넥킹현상이 일어나는 것도 눈으로 보고 파단 되기까지의 시험편의 모습도 계속 지켜 볼 수 있었다.SS40 : SS40은 일반구조용 압연강재이며 KS 규격 KSD 3503 으로 종류에는 SS34, SS41, SS50, SS51 등이 있으며, 그 종류에 따라 사용하는 곳이 다르고 경도도 다르다.충격시험1. 충격시험기의 종류와 장단점- 예비 레포트 참고2. 표준충격시험편의 종류와 용도- 예비 레포트 참고3. 충격치 계산 및 비교시험편 번호alpha의 각도beta의 각도충격에너지(kg·m)충격치(kg·m/cm2)1140DEG110DEG7.07278.84082140DEG113DEG6.26027.82523140DEG10TIMES 0.75m TIMES (cos102 DEG -cos140 DEG) = 9.3096kg.m#충격치=` {충격에너지} over {원단면적} = {WR(cos beta -cos alpha )} over {원단면적} ```````[kg.m/cm ^{2} ]W : 해머의 중량(kg) = 22.24kg R : 해머 중심과 해머 회전축 사이의 거리 = 750mm = 0.75malpha : 팬들럼 해머의 낙하각beta : 파단 후의 상승각 원단면적 = 0.8cm2①{7.0727kg.m} over {0.8cm ^{2}} =8.8408kg.m/cm ^{2}②{6.2602kg.m} over {0.8cm ^{2}} =7.8252kg.m/cm ^{2}③{9.3096kg.m} over {0.8cm ^{2}} =11.637kg.m/cm ^{2}# 문헌 결과와 비교재료가 연강일 때의 충격 에너지는 8.13~8.339 ? 8.2 kg·m이고, 충격치는 10.16~10.46 ? 10.25 kg·m/cm2이다. 이번 시험 결과의 평균값을 문헌 값과 비교해 봤을 때 충격 에너지는 0.6525kg·m, 충격치는 0.8157kg·m/cm2 만큼 작게 나왔다.4. 재료의 파단면 향상을 입체적으로 도시5. 고찰- 오차원인① 충격시험에 사용한 시험기(샤르피 시험기)가 오래 된 것이기 때문에 우리가 알고 있는 물성치(중량, 중심축 사이의 거리 등)에 변화가 생겼을 수 있다.② 시편을 고정할 때 정 가운데에 고정 시켜야 타점이 정 가운데 위치하기 때문에 절단면도 정확하게 나오고 각도beta의 값도 정확히 구할 수 있다. 각도beta의 값이 시편 파괴 후 남은 에너지에 의해 결정되기 때문에 시험에 많은 영향을 끼친다.③ 각도alpha와beta의 값이 정확하게 나왔다고 해도 기계적인 방법을 사용하지 않고 사람이 값을 읽어 각도 값을 사용했다.④ 조교의 지도 아래서 학생들이 직접 실험을 진행하였고, 3번의 실험을 통해 얻은 결과값을 사용해 편차가 존재한다.- 오차 해결 방법① 새 시험기를 사용한다면 식지 않고 뜯겨서 구부러졌고 한번은 시험편이 깨끗하게는 아니지만 완전히 파단 되었다. 앞에서 언급한 오차 원인들을 해결해 다시 시험한다면 이론과 같이 파단 된 시험편을 얻을 수 있을 것이다.경도시험1. 경도시험기의 종류와 장단점- 예비 레포트 참고2. 경도충격시험편의 채취방법- 예비 레포트 참고3. 경도 값 기록 및 비교시험횟수시편1 (브리넬)시편2 (로크웰)시편3 (쇼어)1125.038045322122.091245383132.317145.515평균치126.482145.166735 (3번 제외)① 브리넬 경도H_B (문헌 값 : STEEL SS40 : 116~152)D : 강구의 지름 : 10mm d : 압입 자국의 지름[mm] P : 하중 : 3,000kg:H _{B} = {하`중} over {압입자국의`표면적} ``= {2P} over {pi D(D- sqrt {D ^{2}} -d ^{2} )} ``= {4P} over {pi d ^{2} (1+ {d ^{2}} over {4D ^{2}} )}- d = 5.34mm일 때H _{B} ``= {4P} over {pi d ^{2} (1+ {d ^{2}} over {4D ^{2}} )} = {4 TIMES 3000kg} over {pi TIMES (5.34mm) ^{2} TIMES (1+ {(5.34mm) ^{2}} over {4 TIMES (10mm) ^{2}} )} =125.0380- d = 5.4mm일 때H _{B} ``= {4P} over {pi d ^{2} (1+ {d ^{2}} over {4D ^{2}} )} = {4 TIMES 3000kg} over {pi TIMES (5.4mm) ^{2} TIMES (1+ {(5.4mm) ^{2}} over {4 TIMES (10mm) ^{2}} )} =122.0912- d = 5.2mm일 때H _{B} ``= {4P} over {pi d ^{2} (1+ {d ^{2}} over {4D ^{2}} )} = {4 TIMES 3000kg} over {pi TIMES (5.으므로 시험을 제대로 했다는 것을 알 수 있다.③ 쇼어 경도: 보통 Al의 경도는 30~40 사이의 값이 측정된다.4. 압입된 단면의 형상을 입체적으로 도시5. 고찰# 브리넬 경도계- 오차원인⑤ 하중추가 부상했을 때 30초를 기다려 시편에 압력이 가해지는 것을 기다려야 시험이 정확하게 되지만 시험 시 시간을 측정하지 않고 대략적인 시간을 기다린 후 하중을 제거했으므로 결과에 영향을 줘 오차가 발생했다.- 해결 방법① 시험에 사용한 시편이 제작 환경에 영향을 받아 시편과 시편 사이에 차이가 생기기 때문에 매 시험마다 결과 값이 달라질 수밖에 없다.② 특별한 고정 기구를 사용하지 않고 시편을 손으로 고정한 채 시험을 실시하였다.③ 조교님의 말에 따르면 시편을 여러 번 사용 할 때는 압흔에서 1cm이상 떨어진 곳에 새로운 시험을 하지 않으면 압흔의 영향을 받을 수 있다고 한다. 하지만 시험을 할 때 1개의 시편을 반복해 사용했지만 압흔사이의 거리에 신경을 쓰지 않았다.④ 하중 3000kg 가해야 하지만 펌프형식으로 유압을 가했기 때문에 3000kg 이상의 하중이 작용했다.① 시편을 제작하는 과정에서 차이가 발생해서는 안 된다. 최대한 제작환경을 유사하게 해야 한다.② 압력이 가해질 때 시편이 움직여 오차가 발생하지 않도록 고정을 해야 한다.③ 시험 시 압흔사이의 거리를 1cm이상 둔다.④ 하중을 정확히 3000kg 가할 수 있는 유압 공급방법을 사용해야 한다.⑤ 시편에 압력을 가할 때 30초의 시간을 정확히 측정하여 정해진 시간에 하중을 제거해야 한다.- 고찰브리넬 경도 시험은 steel ball 또는 cone을 사용해 압의 단면적을 기준으로 하여 경도값을 산출하는 방법을 사용하고, 3가지 경도 시험 장치 중 가장 결과값이 정확하다. 우리는 시험에서 stell ball을 사용해 SS40이라는 시편의 경도를 알아보았다.# 로크웰 경도계- 오차원인① 시험 메뉴얼에 따르면 시험편의 시험부위는 인접한 시험자국 크기의 10배 이상의 거리를 두어야 하는데 전혀 신경 쓰지 않고지한다.

공학/기술| 2020.07.07| 10페이지| 1,500원| 조회(246)

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