(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 압력측정

소개글

(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 압력측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

압 력 측 정

1. 실험목적

2. 실험이론
2.1 압력의 개념 및 그 단위
2.2 부르돈관 압력계(Bourdon Gauge)
2.3 스트레인 게이지형 압력 변환기(Pressure Transducer)
2.4 냉매113의 포화증기표

3. 실험장치 및 방법
3.1 실험장치
3.2 실험순서

5. 실험결과 및 토의
실내온도 : 16.2 ℃
(1) 실험 결과
(2) 토의 사항
1) 압력변환기 압력, 부르돈관 압력계 압력 그리고 냉매113의 온도에 대한 포화압력의 관계를 비교하고 분석하시오.
2) 실험의 오차 및 정확성에 대하여 기술하시오.
3) 실험장치의 개선이 필요할 경우 제안하시오.
4) 기타 실험에서 발견한 제안사항에 대하여 기술하시오.

본문내용

기압력’ 이고, 냉매113의 포화증기표에 나와있는 압력은 ‘절대압력’이다. 그렇기 때문에 나는 포화증기표의 절대압력을 계기압력으로 바꾸어서 비교를 하였다. 위의 표와 그래프를 비교분석해보면 포화압력, 부르돈관 압력계의 압력, 압력변환기의 압력이 크게 차이나지 않는다는 것을 볼 수 있다.
그래도 이러한 차이들이 나타난 이유를 생각해보면, 가장 큰 이유는 부르돈관 압력계 같은 경우에는 눈대중으로 압력을 측정하는 것이기 때문에 오차가 생길 수 있다는 것이다. 보는 각도가 조금만 달라져도 측정하는 값을 다르게 쓸 수 있기 때문이다.
다른 요인으로는 밀폐 용기 내에 있는 공기를 빼내는 작업을 할 때 완벽하게 공기를 빼내고 순수한 냉매113만 용기안에 둘 수 없기 때문이다. 냉매113을 기화시킨 후 밸브를 열어 공기를 빼내게 되는데, 컴퓨터에 나오는 압력값으로 압력을 보다보니 컴퓨터의 반응속도가 늦어 정확히 1기압이 되었을 때 밸브를 잠그지 못하고 조금 늦게 잠그게 되었고, 그것 때문에 미량의 공기가 다시 밀폐 용기 안으로 들어갔을 것이라 생각한다.
2) 실험의 오차 및 정확성에 대하여 기술하시오.
- 가열과정의 냉매113의 포화압력을 기준으로 한 압력변환기 압력, 부르돈관 압력계 압력의 오차
Test No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R113온도
℃
50
55
60
65
70
75
80
85
90
포화압력
bar
0.0849
0.2757
0.4913
0.7336
1.0059
1.3072
1.6427
2.0138
2.4226
부르돈관 압력계
bar
0
0.2467
0.4736
0.6216
0.9867
1.2827
1.5787
1.9734
2.4174
압력변환기 압력
bar
0.058664
0.246304
0.465485
0.715243
0.981415
1.289106
1.570083
1.872303
2.203811
부르돈관 압력계오차
-100
-10.5187
-3.60269
-15.2672
-1.90874
-1.87424
-3.89602
-2.00616
-0.21465
압력변환기 압력오차
-30.9022
-10.6623
-5.25443
-2.50232
-2.43414
-1.38418
-4.42059
-7.02637
-9.03116
- 냉각과정의 냉매113의 포화압력을 기준으로 한 압력변환기 압력, 부르돈관 압력계 압력의 오차
Test No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R113온도
℃
90
85
80
75
70
65
60
55
50
포화압력
bar
2.4226
2.0138
1.6427
1.3072
1.0049
0.7337
0.4913
0.2757
0.0849
부르돈관 압력계
bar
2.4174
2.0227
1.6774
1.3814
1.0360
0.8387
0.5427
0.2467
0
압력변환기 압력
bar
2.330299
1.934742
1.566211
1.236644
0.942471
0.682736
0.434909
0.205107
0.064135
부르돈관 압력계오차
-0.21465
0.441951
2.112376
5.676255
3.094835
14.31103
10.46204
-10.5187
-100
압력변환기 압력오차
-3.81
-3.92581
-4.6563
-5.39749
-6.21246
-6.94616
-11.4779
-25.605
-24.4582
이번 실험에서 측정한 부르돈관 압력계 압력과 압력변환기를 통한 압력을 포화압력을 기준으로 하여 오차를 구하고 그래프로 도시해보았다. 이 그래프들을 보면, 온도가 높을수록 오차가 줄고, 온도가 낮을수록 오차가 커지는 것을 볼 수 있었다.
이러한 오차들의 원인을 생각해보면, 50일 때에는 아직 기화되지 못했던 냉매113이 있어 오차가 커졌던 것 같다. 정확하게 얘기해선 처음에 기화시켰던 냉매가 50도 이하로 내리면서 미량은 액체로 변했던 것 같다. 그래서 압력이 낮을 때는 오차가 크게 발생하고, 온도를 올릴수록 오차가 작아지는 것을 볼 수 있었던 것 같다.
다른 이유를 생각해보면, 위에도 언급했듯이 부르돈관 압력계의 압력을 읽을 때 사람의 눈으로 읽어야 한다는 것이다. 이것은 거의 대부분의 실험에서 오차의 요인으로 작용하는 것이다. 사람의 눈은 완벽할 수 없고, 미세한 양까지 볼 수 없기 때문에 오차를 일으키지 않을 수 없다.
또 다른 것은 밀폐 용기 내에 순수한 냉매113만 남기는 것이 거의 불가능하다는 점이다. 본격적인 실험을 하기 전에 공기를 빼내기 위해 냉매113을 기화시킨 후 1기압이 될 때 까지 공기를 빼내는 실험을 하지만, 이 때 정확하게 1기압이 됐을 때 사람이 밸브를 잠글 수 없고 그 사이 빠져나갔던 공기가 다시 안으로 들어오게 된다. 또한 1기압을 측정할 때 압력변환기를 통해서 측정하기 때문에 컴퓨터에 나오는 압력 값의 반응이 느려 1기압인 시점을 정확히 맞추기가 힘들다.
마지막으로 실험에 사용한 장치들의 정확성이 100%가 아닐 것이기 때문에 이 부분에서도 오차가 발생했을 가능성이 크다.
3) 실험장치의 개선이 필요할 경우 제안하시오.
가장 바뀌었으면 하는 것은 역시 다이얼 게이지의 눈금이다. 다이얼게이지 눈금이 너무 띄엄띄엄 있어서 눈대중으로 값을 찾는 것이 오차를 불러일으키게 된다. 부르돈관 압력계의 눈금을 더 세분화 했으면 좋겠다.
두 번째 사항도 위와 같은 맥락인데, 부르돈관 압력계를 디지털 방식으로 된 것을 채택해 실험하여 더 정확한 압력값을 얻을 수 있었으면 좋겠다.
마지막으로는 온도 센서를 다른 곳에도 하나 더 달아서 두 개의 온도의 평균값으로 쓸 수 있었으면 좋겠다.
4) 기타 실험에서 발견한 제안사항에 대하여 기술하시오.
압력 값도 실험자가 직접 조정하는 것이 아니라 압력 발생 장치를 컴퓨터에 연결해 스스로 1분에 1씩 오를 수 있도록 선형적으로 압력을 변화시켜주는 장치가 있었으면 좋겠다. 1분에 1씩만 올리고 싶어도 손으로 돌리다보니 항상 같은 양을 돌릴 수가 없었다.
그리고 가열을 하다보면 밀폐 용기가 매우 뜨거워지는데, 화상에 대한 안전장치를 만들면 더욱 심리적으로 안정된 상태로 안전하게 실험을 할 수 있을 것이라 생각한다.
우리조에서 사용한 랩뷰 화면

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