기계공학실험 - 회전속도 측정

소개글

기계공학실험 - 회전속도 측정에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

m)
배율
Stroboscope
(fpm)
800
×1
806.0
×2
1610.0
×4
3229.0
×8
6442.0
919
×1
923.7
×2
1850.0
×4
3701.0
×8
7398.0
1000
×1
1011.0
×2
2027.0
×4
4053.0
×8
8101.0
2. 모터가 일정한 속도가 되었을 때 오실로스코프를 이용해서 주기 및 진폭측정, 주파수 계산
원판의 회전속도
(rpm)
주기
(ms)
주파수
(Hz)
진폭
(V)
232
21.500
3.876
2.300
429
11.400
7.310
4.200
437
11.600
7.184
4.200
566
10.800
7.716
5.300
657
7.600
10.965
6.000
- 주파수와 원판의 회전속도의 관계 -
- 임의의 주파수에 따른 회전속도 계산값과 측정값 비교 -
주파수 (Hz)
회전속도 계산값 (rpm)
회전속도 측정값 (rpm)
5.21
329.486
312
9.69
603.688
580
10.96
681.697
672
- 진폭과 원판의 회전속도의 관계 -
- 임의의 진폭에 따른 회전속도 계산값과 측정값 비교 -
진폭 (V)
회전속도 계산값 (rpm)
회전속도 측정값 (rpm)
3
303.861
312
5.4
578.733
580
6.2
670.357
672
3. 임의의 값에서의 오실로스코프, 타코발전기, 스트로보스코프 값 비교
진폭 (V)
회전속도 계산값 (rpm)
타코발전기 (rpm)
스트로보스코프 (fpm)
4
418.391
421
421
6.2
670.357
670
671
9
991.041
1019
1024
6. 고찰
- 임의의 값에서 오실로스코프에 나온 주기, 진폭을 가지고 계산한 회전수와 타코발전기, 스트로보스코프의 회전수 값이 거의 같은 값이 나온 것으로 보아 이번 실험은 꽤 잘 이루어진 실험이라고 할 수 있다.
- 이번 실험에서 어려웠던 점은 스트로보스코프의 fpm을 맞추기가 너무 어려웠다. 치수가 너무 급변해 가변저항을 조절하면서 맞추는 것이 쉬운 일이 아니었다. 오실로스코프에서 정현파를 산출해야 하는데 여러 가지 애로 사항이 있었다. 실험 1에서 배운 사용법이 잘 생각나지 않아 많은 시행착오를 거쳐서 setting을 마칠 수 있었다. 더구나 오실로스코프에서 완벽한 정현파를 산출하는 것도 어려웠다. 약간씩 움직이는 정현파를 잡는 것은 어려웠는데 실제로 이론상으로는 완벽한 정현파가 생성되어야만 했다. 수치가 올라갈수록 정현파를 잡는 것은 어려워졌다. 그 이유는 진동수가 증가해 주파수가 커져 입력 신호가 커지고 이를 오실로스코프에서 입력되는 수치가 커지고 완벽한 정현파가 생성되는 것 어려웠다. 이는 타코 발전기와 함수 발생기 부분의 접합부분에서의 저항오차와 선들에서의 오차 그리고 setting값에서의 오차 때문에 발생한 결과이다.
-스트로보스코프에서 빔이 나와 타코발전기에 투영되는데 완벽한 정지영상 산출이 어려웠다. 진동수가 증가 할수록 이는 더 심해지는데 이 또한 진동수 증가로 보여 진다. 약간 움직이는 정지영상을 어떤 시점에서 잡아내는가는 실험 시간을 늘리는데 주요인으로 작용했다.
◎오차의 원인
- 이번 실험에서 오차의 가장 큰 영향은 측정자라 할 수 있다. 장지 영상을 얻어야 하는데 정지영상 자체가 사람의 눈에 의해 판단되기 때문이다. 원이 고정된 영상 부근에 가면 쉽게 맞출 수 없는데 그로 인하여 오차가 많이 생긴다. 이것은 높은 rpm의 범위로 올라갈수록 더 심해진다.
- 모터 회전 속도의 일정성이 문제이다. 모터가 가속을 하고 일정한 속도가 되었다고 생각된 시점에서부터 실험을 하는데 전력을 받아서 돌아가는 모터는 약간의 오차가 생길 수 있다. stroboscope로 고정된 원을 잡을시 미세한 변화에 따른 rpm의 오차가 생길 수 있다. 그러나 이정도 크기의 오차는 측정자에 의한 오차에 비하면 매우 작은 값이라 할 수 있다.
- 처음에 Coarse 가변저항을 돌려 대략적인 위치를 찾고 fine 가변저항으로 정확한 값을 찾도록 해서 오차를 줄 일 수 있도록 해야 한다.
-실험 시 유의 사항을 지키지 않은 결과로 인해 오차가 발생하였다.
: 초기에 정지영상을 찾을 시 적은 rpm에서부터 서서히 올려서 정확한 값을 찾는다.
- 모터의 속도가 안정화 되려면 약간의 지연시간이 필요하다.
- 정지영상을 찾을 시 미소가변저항을 이용하여 정확한 영상을 얻도록 한다.
- 타코 발전기에 오실로스코프 단자를 연결할 시 확실히 접촉 시키도록 한다.
7. 결론
이전까지는 단순히 회전하는 물체의 일부 한쪽 끝에 일정한 표시를 한 후 직접 일정 시간동안 표시점이 지나간 횟수를 측정하는 저속 상태의 회전속도 측정만을 해 보았는데, 이번 실험을 통하여 이러한 제한된 경험을 더욱 넓고 깊게 할 수 있었다.
사람의 눈에서 감지하는 빛의 반사를 이용한 실험에서는 회전 속도와 빛의 발생 주기 사이의 관계를 이용하여 회전 속도를 측정할 수 있었으며, 타코 발전기를 이용한 실험에서는 회전에 따라 발생하는 기전력과 또한 이것을 오실로스코프상에서의 파형 분석을 통하여 주기를 구할 수 있었다. 또한 이것을 이용하여 주파수를 구하고 통계적인 과정을 통하여 회전 속도와 기전력, 그리고 회전속도와 주파수 간의 관계식도 구할 수 있었다. 크게 두 가지로 나눌 수 있는 이번 실험은 비교적 간단한 장비를 이용하여 오차가 적은, 정확한 회전 속도의 측정이 가능하였고 짧은 시간에 다수의 측정을 통한 다수의 자료를 확보하여 정확성을 더할 수 있었다. 특히 대략적인 관계 분석에서 그치는 것이 아니라, 직접적인 관계를 규명할 수 있었고 수치적으로 관계식 또한 유도해 낼 수 있었다. 이론에서 언급되었듯이 일정시간동안의 회전수라는 기초하에 주파수라는 개념을 도입하여 전자적인 현상을 통한 분석 또한 가능했다.
결론적으로 이번 실험을 통해 회전 속도의 측정법에 대해 보다 정확하고 고속의 회전속도를 가진 물체에 대해서도 회전 속도를 측정할 수 있는 유용한 두가지 방법을 배우게 되었다. 기회가 된다면, 앞으로 더욱 다양한 대상에 대해서 그리고 다양한 방법으로 회전속도를 측정해 볼 수 있는 기회가 있기를 바란다.

키워드

회전속도 측정,   스트로보스코프,   기계식 계수기