교축 유량계를 이용한 유량측정에 관한 연구

본문내용

이고 1mm 차이는 눈으로 구별할 수 있기 때문에 분해능을 1mm로 하여
측정의 정확도는 0.5mm 이다. 그리고 피토관을 3mm 간격으로 옮기는 과정에서 장치된 눈금자의
분해능은 1mm 이고 정확도는 0.5mm 이다.
6. 결론 및 검토
6. 1 실험 결과
- 측정결과를 이용하여 계산된 각 rpm당 벤츄리와 노즐에서의 , 레이놀즈수,
1000 rpm
1200 rpm
1400 rpm
벤츄리
노즐
벤츄리
노즐
벤츄리
노즐
53.1892
54.28173
63.23049
64.80354
73.99752
76.37420
·
0.63140
·
0.75439
·
0.88909
·
0.94757
·
0.94905
·
0.95031
- 각 rpm당 측정방법에 따른 유량차 분석
속도분포 측정
벤츄리
노즐
오차
오차
(1000 RPM)
15022.5689
13269.8316
11.67%
13088.8137
12.87%
(1200 RPM)
15997.3207
15774.9675
1.39%
15625.9125
2.32%
(1400 RPM)
20092.3459
18461.1646
8.12%
18415.9158
8.34%
- 결과분석 및 검토
■ RPM에 따라 측정한 유량 은 위의 표와 같이 나왔고, RPM이 1200일때 속도분포로 측정된
유량값과 비교하였을 때 가장 오차가 적었다.
■ 피토관을 이용하여 속도분포를 측정된 값으로 계산된 유량값을 기준으로 하였을 때 벤츄리에서
유동노즐보다 더 정확한 값을 얻을 수 있었다. 이는 유동노즐에서 식
자체가 약 1~2% 오차를 내제하고 있으며, 레이놀즈 수에 영향을 받는 유동노즐은 레이놀즈 수를
구할 때 생기는 오차로부터 영향을 거의 받지 않는 벤츄리의 경우보다 큰 오차가 생겼다.
■ 피토관의 직경이 3mm이기 때문에, 40mm의 직경을 가진 유동관의 압력차()를 측정할 때,
11개의 구간으로 나누어 피토관 중심을 유동관 중심에 맞춘 후 실험을 시작하였다. 피토관 중심끼리
3mm 간격을 두고 측정을 하였고, 유동의 점성효과 때문에 유동관 벽면으로부터 3mm지점까지의
유동을 없는 것으로 가정, 측정하지 않았다. 그리고 11개의 구간으로 나누었을 때 좌우 남는 0.5mm는
위의 가정한 구간으로 포함시켜 마찬가지로 측정하지 않았다.
■ 실제 그래프는 아래의 그래프와 같이 나왔고, 적분계산과정에서 유동관의 절반만큼의 속도만을 이용하였다.
왜냐하면 적분 식은 -> 이므로 이를 이용하면
유동관 좌우의 속도가 대칭이 되어야 하나 실제 측정값에서는 좌우 대칭이 되지 않아서 유동관 절반의
측정값만 이용하였다.
6. 2 오차 원인 및 분석
- 계측장비와 측정자에 의해 발생하는 오차, 계산 단계를 거치며 생긴 오차, 기타 환경적인 요인등
실험결과에 영향을 미칠수 있었을 것으로 생각되는 요인들을 아래와 같이 정리해보았다.
1) 피토관 압력차 측정시 측정자가 배기 구멍근처에서 측정을 하여 그로 인한 유동의 흐름을 방해,
미세한 압력차이가 생겼을 가능성이 있다.
2) 피토관과 연결된 압력차 측정장치의 수치가 빠르게 변화하여 순간의 정확한 측정값을 얻기 어려웠다.
그래서 측정횟수를 늘렸고 그 값의 평균을 내어 계산함으로서 오차를 줄이고자 했다.
3) 피토관의 압력 측정시 압력차 측정장치가 도중에 두 번이나 꺼져 다시 세팅을 하는 과정에서
초기값을 0으로 설정하고 시작하였으나 그때 송풍기가 완전히 꺼지지 않은 상태에서 맞췄으므로
이에 따른 오차가 생겼을 수 있다
4) 실험 도중에 유동관을 지지하는 책상이 완벽하게 고정되어 있지 않아 미세한 관의진동으로 인한 오차가
발생했을 가능성이 있다.
5) U자 마노미터관 내의 물이 진동하여 한 순간의 정확한 높이차를 측정하기 매우 어려웠다.
그래서 3초간격으로 20번의 측정으로 평균을 내어 오차를 줄였지만 전체 오차에 영향을 미쳤을 것이다.
6) 마노미터관이 측정하는 위치에서 조금 멀리 떨어져 있어서 측정시 눈높이를 정확히 맞추기가 어려워
이로 인한 오차가 발생 했을 것이다.
※불확실성의 해석
정밀한 불확실성 해석을 하기 위해서는 1차 실험 측정값에서의 불확실성에 대한 보다 자세한 설명이
필요하다. 예로서, 압력 측정 기록이 다음과 같이 표현되었다고 가정하자.
이 표현은 측정을 했을 때의 정확도를 설명한다. 그러나, 이런 측정값의 설명 자체가 사실은 불확실하다.
왜냐하면 실험하는 자가 이런 측정값들의 정확도에 대해서 불확실하기 때문이다. 최근에 어떤 계기를 아주
고정밀도의 표준계기를 이용하여 교정(claibrate)을 했었다면 이런 계기를 사용한 측정값은 교정을 언제
했었는지도 확실치 않는 계기나 게이지를 가지고 측정을 한 경우보다 훨씬 낮은 불확실성을 갖는다고
자신있게 표현할 수가 있다.
특정 측정값의 불확실성에 대해 보다 자세히 설명하기 위해서 Kline과 McClintock은 불확실성에
가능성(odds)을 명시하는 것을 제안했다. 즉,
(20 to 1)
이는 실험하는 자가 측정한 압력 값이 1이내라는 것을 20 대 1의 가능성을 갖고 확신하는 것이다.
측정 집합을 얻었고 같은 가능성을 갖는 각각의 측정값에서의 불확실설이 명시되어 있다고 가정하자.
실험에서 얻고자 하는 결과에 이런 측정 집합이 사용된다.
이 1차 측정값의 불확실성에 근거하여 최종 결과의 불확실성을 예측해 보자. 결과, R과 독립변수,
은 다음과 같이 주어진 함수 관계를 갖는다. 즉,
결과에서의 불확실성을 이라고 놓고 독립변수들의 불확실성은 이다. 만약 독립변수들의
불확실성이 모두 같은 가능성을 갖는다면 이 가능성을 갖는 결과에서의 불확실성은
이다.
7. 참고문헌
- 창의 공학실험 (한국항공대학교출판부)
- 유체역학교재 (Fox&McDonald 저)
- Steeter, V.L., ed Handbook of Fluid Dynamics New York : McGraw-hill, 1961.
- Howard S. Been, \"Fluid Meters, Their Theory and Application, \"Report of ASME Research Committee
on Fluid Meters, 6th Ed., 1971.

키워드

교축,   유량계,   유량,   공학실험,   오리피스,   벤츄리,   노즐