실험 3주차 : 버니어 캘리퍼와 마이크로미터
1. 실험목표
여러 가지 정밀 측정기를 써서 물체의 길이, 중공원통의 내경과 외경, 철선의 직경, 샤프심의 직경 등을 정밀하게 측정한다.
2. 실험원리
- 버니어 캘리퍼의 구조, 기본원리, 용도
* 버니어 캘리퍼의 구조 [그림 1.1]
* 기본원리
캘리퍼에 고정나사로 고정된 것이 바로 버니어인데 ‘부척’이라고도 한다. 이 부척이 최소눈금의 1/10까지 읽을수 있게 한다. 버니어의 한 눈금이 주척의 눈금보다 1/10만큼 짧게 되어 있어 이러한 원리로 버니어의 n번째 눈금이 주척눈금과 일치하면 주척의 n/10눈금만큼 이동한 셈이다. (주척의 9눈금을 10등분한 버니어 캘리퍼 기준)
* 용도
- 그림1.1에서 외측 치수 측정면이라는 부분으로 외경을 측정한다.
- 내측 치수 측정면이라는 부분으로 내경을 측정한다.
- 디스프바라는 부분으로 깊이를 측정한다.
- 각 치수를 재는 예시는 각각 그림1.1과 그림1.2에 있다.
- 디프스바의 사용방법 [그림 1.2]
- 주척의 39눈금을 20등분한 버니어 캘리퍼를 이용하여 길이를 측정하는 방법
그림1.1과 그림1.2의 모양으로 측정을 하는데 다음과 같은 방법으로 눈금을 읽는다.
- 측정시 주의사항
* 측정하고자 하는 물체를 깊숙이 넣는다.
* 지름을 측정할 때는 물체의 지름부분을 재고 있는지 확인한다.
* 비뚤게 놓고 물체를 측정하지 않는다.
- 마이크로미터의 구조, 기본원리
* 구조
| 보러가기 ☞ http://blog.naver.com/angel58525/120039300952 |
* 기본원리
그림에 나타난 것처럼 스핀들이 각도α만큼 회전 했을 때 측정 면이 a에서 b까지의 X의 거리만큼 이동한 것으로 가정하면 P의 α/180만큼 이동한 것이 되고, 이 때 눈금의 반지름을 r이라고 한다면 이동거리는 ra가 된다. 그리고 눈금 면이 1회전한다면 나사가 1피치 이동하게 되므로 나사피치의 눈금면의 등분수를 나눈 것이 한 눈금의 변위 량이다.
| 그림, 자료 참고하기 ☞ http://cafe.naver.com/microvu/382 |
- 마이크로미터를이용하여 길이를 측정하는 방법
측정물을 엔빌에 정확히 맞추고 돌리개를 딸깍 소리날 때까지 돌린다. 눈금을 읽을 때는 어미자의 눈금을 먼저 읽고 아들자의 눈금을 추가로 읽어 더한다. 어미자는 눈금당 1mm를 나타내고 아들자의 눈금은 눈금당 0.01mm를 나타낸다.
- 돌리개(ratchet stop)의 역할
물체의 길이를 잴 때 압력을 일정하게 하기 위하여 돌리개가 붙어있다. 일정한 압력수치에 달하게 되면 돌리개가 헛돌게 설계되어있다.
- 영점 눈금이란 무엇인가?
영점 눈금은 앤빌과 스핀들이 맞닿았을 때 눈금을 가리키는데 이것이 0이 아니라면 대수적으로 측정치와 영점눈금을 빼주어야 한다.
3. 실험 기구 및 장치
버니어 캘리퍼, 마이크로미터, 중공원통 - 원통 중간에 구멍이 뚫려있는 통, 샤프심(0.5 mm)
4. 실험결과
- 버니어 캘리퍼로 중공원통 부피 측정
횟수 |
영점 |
내경 |
외경1 |
외경2 |
외경3 |
높이1 |
높이2 |
높이3 |
깊이 |
부피 |
1 |
0 |
1.6 |
2.9 |
1.2 |
2.4 |
3.4 |
1.2 |
2.15 |
2.1 |
29.31891 |
2 |
0 |
1.4 |
2.4 |
1.5 |
2.35 |
3.75 |
1.6 |
2.156 |
2.1 |
25.91069 |
3 |
0 |
1.4 |
2.4 |
1.5 |
2.34 |
3.7 |
1.65 |
2.156 |
2.105 |
25.68574 |
4 |
0 |
1.42 |
2.445 |
1.5 |
2.35 |
3.77 |
1.59 |
2.15 |
2.1 |
26.51001 |
5 |
0 |
1.425 |
2.385 |
1.5 |
2.34 |
3.74 |
1.59 |
2.155 |
2.095 |
25.44472 |
6 |
0 |
1.405 |
2.39 |
1.5 |
2.33 |
3.74 |
1.6 |
2.15 |
2.1 |
25.51754 |
7 |
0 |
1.41 |
2.4 |
1.5 |
2.32 |
3.72 |
1.645 |
2.125 |
2.14 |
25.37741 |
8 |
0 |
1.415 |
2.345 |
1.5 |
2.32 |
3.8725 |
1.545 |
2.125 |
2.095 |
25.14386 |
9 |
0 |
1.6 |
2.4 |
1.5 |
2.35 |
3.75 |
1.6 |
2.15 |
2.11 |
24.87495 |
10 |
0 |
1.41 |
2.34 |
1.5 |
2.34 |
3.74 |
1.59 |
2.16 |
2.11 |
24.88821 |
평균 |
0 |
1.4485 |
2.4405 |
1.47 |
2.344 |
3.71825 |
1.561 |
2.1477 |
2.106 |
25.84096 |
*단위 : 길이-센티미터, 부피-제곱센티미터
*부피
- 마이크로미터로 0.5mm 샤프심 직경 측정
회 |
영점(측정값) |
직경(측정값) |
가정직경 |
오차(직경-가정직경) |
계산치직경 |
1 |
0.032 |
0.598 |
0.5 |
0.098 |
0.664 |
2 |
0.03 |
0.6 |
0.1 |
0.67 |
|
3 |
0.034 |
0.602 |
0.102 |
0.67 |
|
4 |
0.032 |
0.596 |
0.096 |
0.66 |
|
5 |
0.035 |
0.6 |
0.1 |
0.665 |
|
6 |
0.032 |
0.601 |
0.101 |
0.67 |
|
7 |
0.035 |
0.601 |
0.101 |
0.667 |
|
8 |
0.032 |
0.6 |
0.1 |
0.668 |
|
9 |
0.029 |
0.6 |
0.1 |
0.671 |
|
10 |
0.03 |
0.6 |
0.1 |
0.67 |
|
평균 |
0.0321 |
0.5998 |
0.5 |
0.0998 |
0.6675 |
*단위 : 밀리미터
*계산치직경 = 직경평균-영점보정+오차
5. 토의
- 실험 주의사항
* 버니어 캘리퍼 실험
- 측정하고자 하는 물체에 버니어 캘리퍼를 깊숙이 넣는다.
- 지름을 측정할 때는 물체의 지름부분을 재고 있는지 확인한다.
- 비뚤게 놓고 물체를 측정하지 않는다.
- 영점눈금을 반드시 읽는다.
* 마이크로미터 실험
- 반드시 돌리개(ratchet stop)를 이용하여 마이크로미터를 돌린다.
- 무리하게, 빨리 돌리는것보다 조심스럽게, 천천히 돌린다.
- 영점눈금을 반드시 읽는다.
- 오차의 원인
* 환경적요인
- 버니어 캘리퍼 실험시 물체가 약간 비뚤어질수도 있다.
- 마이크로미터를 돌리는 강도나 속도에 따라 눈금이 많이 달라진다.
- 중공원통, 샤프심 모두 만드는 공정에서 지름, 길이 등이 균일하지 못하게 생산된다.
* 조작상의 원인
- 버니어 캘리퍼를 깊숙이 넣지 않고 얕게 넣었을경우에 버니어 캘리퍼 자체도 비뚤어 져 측정값이 왜곡된다.
- 돌리개를 이용하여도 실험자의 부주의로 너무 무리하게 돌려서 눈금이 달라질수 있다.
- 눈금을 읽을 때 눈대중이 사람마다, 때마다 다르기 때문에 측정값이 달라질 수 있다.
- 개선 가능한 사항
* 눈금의 1/10까지는 정확히 읽으려고 한다.
* 무리하게 돌리개를 돌리지 않는다.
* 사용법을 정확히 익히고 측정을 시작한다.
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