로드셀 (Load Cell)

소개글

로드셀 (Load Cell)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 로드셀 (Load Cell)
1) 로드셀(Load Cell)이란 무엇인가?
2) 로드셀의 정의
3) 로드셀의 원리
4) 충격과 파동에 의한 변화
4. 실험도구
5. 실험방법
6. 실험결과
1) 1조 결과 그래프
2) 2조 결과 그래프
3) 1조 실험결과
4) 2조 실험결과
7. 오차
8. 고찰

본문내용

롤 하는 사람은 진동진자를 손으로 잡아 정지시킨다. 이때 컴퓨터를 컨트롤 하는 사람은 Stop버튼을 클릭한다.
④ 위의 ①~③ 과정을 반복하여 실험한다. 총 4번 실험을 해야하는데 순서는 임의대로 해도 상관은 없다. 참고로 1조는 1)0.07kg, foam1 2)0.07kg, foam2 3)0.14kg, foam1 4)0.14kg, foam2의 순서대로 실험을 총 4번 진행하였다.
6. 실험결과
○ http://www.honik.ac.kr/~mech 사이트에서 자신의 조가 실험한 데이터 값을 다운로드 한다.
○ 워드패드로 저장되어 있는 실험값에 1번째 열에는 시간(t)값이 0.001초 간격으로 나타나 있으며 2번째 열에는 전압(V)값이 나타나 있다.
○ 실험값에서 1번째 피크범위와 2번째 피크범위를 선별하여 엑셀 시트에 복사한다.
○ 전압(V)값에 실제 값을 알기위하여 50000을 나눈다.(전압이 저장 되었을시 50000을 곱하였으므로)
○ 전압 값을 다시 파운드(lb)로 변환시켜주기 위하여 mV값으로 변환시키기 위하여 1000을 곱해준다.
○ 이제 전압값을 파운드(lb) 단위로 바꿔주기 위하여 (2000/2.204)를 전압에 곱한다. 후에 다시 차원을 맞춰주기 위해서 kg단위로 바꿔준다. 1lb는 0.45359kg이므로 다시 0.45359를 곱해준다.
○ F값을 구하기 위해서 위에서 변환한 전압값을 중력가속도와 곱해준다. (F = mg)
○ 구해진 F값을 시간(0.001s)와 곱해주면 해당 피크내의 적분값(=면적,Fxtx)이 구해지므로 충격량이 계산된다. (Ft = mv이라는 식에서 충격량을 계산한다. 충격량은 운동량과 같다는 전제하에 다음을 계산한다.)
○ 속도를 구하기 위해서 mv=mgh와 같은 식을 유도한다. 속도는 가 되므로 중력가속도(g)값에 10을 넣고 높이(h)값에 1을 넣으면 v는 4.472 m/s이 된다.
○ Foam dissipation factor 는 다음 식을 이용하여 구한다. 여기서 m은 추의무게를 kg으로 환산해야 하며 v값은 위의 값을 넣으면 된다. F1t1의 값은 첫 번째 피크의 적분치를 나타내며 엑셀을 이용함으로써 쉽게 구할 수 있다.
○ 위의 식에서 구한 팩터(f)값과 첫 번째 피크의 적분값(F1t1)을 이용하여 이론상의 두 번째 피크의 적분값(F2t2)을 예상할 수있다.
○ F2t1이론값과 F2t1실험값을 서로 비교해본다.
1) 1조 결과 그래프
0.07kg, foam1의 1번째 피크
0.07kg, foam1의 2번째 피크
0.07kg, foam2의 1번째 피크
0.07kg, foam2의 2번째 피크
0.14kg, foam1의 1번째 피크
0.14kg, foam1의 2번째 피크
0.14kg, foam2의 1번째 피크
0.14kg, foam2의 1번째 피크
3) 1조 실험결과
f(팩터)
∑F2t2 이론값
∑F2t2 실험값
오차율 (%)
70g - foam 1
7.864042301
24.59669057
0.943401343
96.16%
70g - foam 2
7.595291523
23.12779664
1.062026241
95.41%
140g - foam 1
5.219134936
24.21603262
1.365379989
97.18%
140g - foam 2
5.454226126
26.08142928
1.230949414
97.64%
4) 2조 실험결과
f(팩터)
∑F2t2 이론값
∑F2t2 실험값
오 차 율 (%)
70g - foam 1
7.986499581
25.28099453
0.994130948
96.07%
70g - foam 2
8.237110707
26.71070404
0.89369705
96.654%
140g - foam 1
5.622261014
27.45716049
1.448882468
94.723%
140g - foam 2
5.148256231
23.66720381
1.183473543
95.00%
7. 오차
위의 그래프나 표를 보면 알 수 있듯이, 오차범위가 85~98%정도로 비교적 오차가 큰 것을 알 수 있다. 오차가 비교적 크게 나는 이유는 실험의 여러 가지 요인들이 영향을 미쳤기 때문이다. 정밀한 실험을 하기 위해서는 오차 값을 줄여야 할 필요가 있으므로 오차가 왜 발생하는지 곰곰이 생각해봐야한다.
○ 추의 질량을 정확히 측정하지 않고 실험을 하였다. 추가 오래전부터 쓰여졌던것으로 미루어 보아 마찰에 의한 질량감소가 있을 수 있다.
○ 진동진자를 위로 잡아 올릴 때 정확한 90°를 맞추기가 힘들다. 그러므로 높이(h)가 정확하게 1m가 되지는 않았을 것이다.
○ 진동진자의 무게를 중심으로 팩터값(foamdissipation factor)을 구하였다. 그러나 추 부분을 제외한 bar(막대)부분의 무게까지 질량 값에 더해줘야 한다.
○ 중력가속도를 10m/으로 놓고 풀었다. 이는 실제 중력가속도와는 오차가 난다. 정확한 중력가속도 값을 넣어야 오차가 줄어든다.
○ foam이 너무 낡아서 제대로 고정이 되지도 않았거니와 표면의 매끄러움도 매우 불량하고 형상도 많이 찌그러져 있어서 그곳에서 오차가 발생 할 수 있다.
○ 실험실 내부의 온도와 공기저항을 전혀 고려하지 않았다.
○ 진동진자가 foam에 부딪칠 때 중심을 정확히 맞히지 않고 약간 비스듬히 맞추었기 때문에 로드셀에서의 측정값이 올바르게 나오지 않을 수 있다.
○ 진동진자가 1m의 높이에서 내려올 때 속도에서 막대(bar)와 angle bar 사이의 마찰을 고려하지 않고 v를 계산하였다.
○ 진동진자를 1m에서 떨어트릴 때에 막대(bar) 가 많이 흔들렸다.
○ 소수점 반올림 오차가 발생하였다.
8. 고찰
이번 실험을 통해 충격량과 운동량은 같다는 식을 이용하여 로드셀의 사용법, 데이터의 기록법, 엑셀 사용법 등 많은 것을 배울 수 있었고 매우 유익한 시간이였던거 같다. 앞으로는 로드셀에 대해서 실제로 사용되는 실례에 대하여 배워보고 싶은 욕구가 든다. 예를 들어 자동차와 벽과의 충격량을 로드셀로 계산하거나 위의 본문에 나온바와 같이 냉장고 낙하시험등 을 해보고 싶다. 이번 실험으로 인해 충격량에 대한 지식이 더욱 넓어졌음에 대단히 만족한다.

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