[기계공학실험2] 길이측정 결과보고서

소개글

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목차

1. 길이측정 시험이란?

2. 실험에 사용되는 장치
① 전위차계
② 증폭기
③ 엔빌
④ 높이 조절용 V-블록
⑤ LVDT

3. 실험 순서
① 보정 실습
② 일반 길이 측정 실습
③ 미소 길이 측정 실습

4. 실험 결과
① 실험 전 장비 세팅
② 보정(calibration) 실습
③ 실제 길이 측정

5. 고찰
① 최소 자승법에 의한 보정에 관한 고찰
② 버어니어 캘리퍼스의 오차에 관한 고찰
③ 전위차계의 오차에 관한 고찰
④ 증폭비 100배 실험의 고찰

6. 결과

본문내용

7.1
7.0
7.1
7.0
베어링두께2개
13.6
13.6
13.6
13.6
13.6
베어링두께3개
20.6
20.5
20.5
20.6
20.5
평균
7.06
표준편차
0.054772
평균
13.6
표준편차
0
평균
20.54
표준편차
0.054772
씨디의 두께
mm
1회
2회
3회
4회
5회
CD두께1번
1.3
1.3
1.3
1.2
1.2
CD두께2번
1.2
1.2
1.2
1.3
1.3
CD두께3번
1.2
1.2
1.3
1.2
1.3
CD두께4번
1.2
1.2
1.3
1.3
1.2
CD두께5번
1.2
1.2
1.2
1.3
1.3
CD두께6번
1.3
1.2
1.2
1.2
1.3
평균
1.243333
표준편차
0.050401
LVDT(V)
1차
2차
3차
4차
5차
CD두께1번
1.252
1.254
1.248
1.239
1.251
CD두께1번
1.252
1.246
1.261
1.262
1.253
CD두께2번
1.252
1.209
1.238
1.281
1.254
CD두께4번
1.252
1.237
1.219
1.224
1.251
CD두께5번
1.252
1.234
1.281
1.264
1.226
CD두께6번
1.252
1.262
1.246
1.239
1.261
평균
1.2484
표준편차
0.015952
미소길이 측정(100배 증폭)
mm
1회
2회
3회
4회
5회
명함두께1장
0.26
0.26
0.25
0.25
0.26
명함두께2장
0.52
0.51
0.51
0.51
0.51
명함두께3장
0.79
0.79
0.78
0.78
0.78
평균
0.256
표준편차
0.005477
평균
0.512
표준편차
0.004472
평균
0.784
표준편차
0.005477
LVDT
1회
2회
3회
4회
5회
명함1장
26
26
26
26
26
명함2장
56.5
54
53.5
54
53.5
명함3장
81
81
79
83
82.5
평균
26
표준편차
0
평균
54.3
표준편차
1.25499
평균
81.3
표준편차
1.565248
5. 고찰
① 최소 자승법에 의한 보정에 관한 고찰
최소 자승법에 의한 보정을 할 때에 측정하는 Input값을 베어링 하나에 국한 시키다보면 제대로된 선형 보간이 되질 않는다.(위 식에서는 y=ax+b라는 식으로 보간한 것을 보인다) 때문에 베어링을 2개 3개를 넣어가는 식으로 해서 span조절을 했어야 했는데 처음에 그 사실을 잘 몰라서 약간 헤멨다. x축으로의 증분에 따른 y 축의 증분이 없어서 처음에 고전을 한 것 같다. 최소 자승법에 의한 보정도 엄연한 근사이기 때문에 그로 인해서 실측 값과 전위차계의 값이 약간의 차이가 있는 것으로 보인다.
② 버어니어 캘리퍼스의 오차에 관한 고찰
버어니어 캘리퍼스는 아무래도 기계식으로 직접 측정하다보니 측정하는 것이 오차가 조금씩 발생할 수 밖에 없는 것 같다. 나사를 얼마나 조이는가, 눈으로 확인할 때, 눈금을 어디를 가까이 읽는가에 따라서 또 오차가 발생하는 것 같다. 그 외에도 표면의 거칠기, 그리고 표면과 버니어 캘리퍼스 사이에 이루는 각도, 측정횟수를 반복할 때마다 이빨을 조였다 풀었다 하면서 발생하는 오차 등으로 인하여 오차가 미세하지만 조금씩 발생하는 것 같다.
③ 전위차계의 오차에 관한 고찰.
전위차계는 전자식으로 전위차를 측정 하는 것이므로 아무래도 버어니어 캘리퍼스보다는 오차가 조금 나는 것 같았다. 수치가 사실상 거의 다 비슷비슷하게 나오는데, 굳이 미세한 차이를 읽어내려고 해서 오차 아닌 오차를 만들어 내는 것 같은 느낌이 들었다. 장치도 고정 되어 있기 때문에 오차가 나더라도 계속 같은 오차가 나는 것 같다. 그리고 미세하지만 처음에 스팬 조절을 하면서 최소 자승법으로 근사를 하는데, 이것도 엄연한 근사이므로, 아주 미세하지만 이로 인한 오차도 조금 발생한다. 그리고 제일 처음에 엔빌을 설치하면서 센서와 엔빌이 정확하게 수직이 되지 않으므로 발생하는 오차도 약간은 작용하는 것 같다.
다음 그림은 은 미세 길이 측정을 제외한 각 측정 값의 표준편차를 모아서 비교한 것이다.
계열1이 버니어 캘리퍼스를 이용하여 측정을 한 표준편차들이고, 계열2가 전위차계를 이용하여 측정한 표준편차들이다. 근소한 차이이긴 하지만, 전위차계를 이용한 것이 조금 더 표준편차가 적은 것으로 나왔다. 버니어 캘리퍼스를 이용하다보면 측정할 때마다 조이는 정도의 차이에 따라서 길이가 조금씩 다르게 나오고, 눈으로 확인하면서 2차적으로 오차가 발생하는 것 같다. 아무래도 전자식으로 전위차를 이용해서 측정하는 것이 표준편차가 적은 것으로 보인다.
④ 증폭비 100배 실험의 고찰.
명함의 같은 경우에는 두께가 워낙 얇기 때문에 미세한 차이를 잡아 내기가 매우 힘들다. 따라서 증폭비를 100배로 하여서 측정값을 읽고 그 측정값을 다시 100으로 나누는 과정을 통하여 길이를 측정하는 식으로 하였다. 우리는 실험할 때 100배 크게만 하고, 100배 크게 함으로써 더 얻을 수 있는 유효숫자 2자리를 읽지 않았다. 때문에 표준편차가 더 커지는 결과를 초래하였고 이 부분에서 실험이 잘 되지 못한 것 같다. 기본 원리를 잘 숙지하지 못한 것 같다.
6. 결과
우리는 이번 실험에서 버어니어 캘리퍼스보다 좀 더 정확하게 길이를 측정할 수 있는 전위차계라는 장치를 배웠다. 빠른 측정을 요구하는 경우나 전기를 사용하기 어려운 야외 같은경우에는 버니어 캘리퍼스가 유리하지만, 처음에 span 조절하는 것과 보정하는 것에 시간이 다소 들고, 부피가 큰 물체이거나 형체가 불규칙적인 물체는 거치대에 올리기가 어렵고 장치 자체도 작기 때문에 측정하는데에 다소 어려움이 따를 것으로 보인다. 하지만 보정과 영점 조절이 되면, 더 정확한 값을 측정할 수 있기 때문에, 우리가 실생활에서 사용하는 큰 물건들 보다는 미세한 도구들의 크기를 측정할 때는 좀 더 큰 능력을 발휘할 수 있을 것으로 보인다. 그리고 일단 한번 세팅이 되면 연속되는 측정은 더 빨리할 수 있다는 장점이 있고, 전기를 이용하기 때문에 값도 일정한 편이고, 자료 분석에도 좀 더 용이할 것으로 생각된다.

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