온도변화가 치수변화에 미치는 영향 (6) - 선팽창계수 검증 실험(Steel, 내경)

[가람과 뫼]

이번에는 내경의 온도와 치수 변화관계를 정립하기 위해 선팽창계수 검증시험을 시작하도록 한다.

먼저 이론적으로 가장 적합한 선팽창 계수 검증을 위해 다음과 같이 준비한다.

가. 준비물

      - 측정대상물 : 링 마스터 또는 내경 가공물 (Steel또는 Casting)

      - 측정기기 : 실린더 보아 게이지 또는 3차원 측정기

      - 기타 : 온도측정기 (실시간 온도를 그래프로 저장할 수 있으면 더욱 좋다)

나. 검증방법

   1). 온도하강시 측정 

    ① 측정대상물을 오븐이나 온장고 등 가열기를 이용하여 일정온도까지 온도를 올린다.

    ② 측정기기를 셋팅하여 곧바로 측정할 수 있도록 준비해 둔다.

         3차원 측정기를 활용할 경우 자동 반복측정할 수 있도록 미리 프로그램을 작성한다.

         측정은 주위 영향을 최소화 할 수 있도록 온도가 관리되는 측정실 등이 좋다.

    ③ 측정대상물이 적정온도 (가능한 50℃ 이상)에 도달하면 곧 바로 측정실로 가져간다.

    ④ 측정대상물의  온도를 실시간 측정가능토록 온도계를 준비하고 온도를 측정하면서 길이를 측정한다.

        물론 가열전 상온 또는 표준온도(측정실 온도)에서의 길이를 미리 측정해 둔다.

    ⑤ 준비한 시트 (온도/치수 기록지)에 온도와 측정값을 기록한다. 측정온도에 도달시까지 반복 측정하고

         그 결과를 기록한다.

   ※ 측정 데이타 기록지 (샘플 - 참고)

                                                                                                             측정대상 : Steel, Ring Master, 내경100mm

순	온도 (℃)	측정치(mm)	순	온도 (℃)	측정치(mm)	순	온도 (℃)	측정치(mm)
1	50	100.037	11	37	100.021	21	27	100.009
2	48	100.035	12	36	100.020	22	26	100.008
3	46	100.032	13	35	100.018	23	25	100.007
4	44	100.029	14	34	100.017	24	24	100.006
5	43	100.028	15	33	100.015	25	23	100.005
6	42	100.027	16	32	100.014	26	22	100.003
7	41	100.025	17	31	100.013	27	21	100.002
8	40	100.024	18	30	100.012	28	20	100.001
9	39	100.023	19	29	100.011
10	38	100.022	20	28	100.010

위 데이타를 그래프로 나타내면 다음과 같다.

온도	길이
50	100.037
49	100.036
48	100.035
47	100.033
46	100.032
45	100.030
44	100.029
43	100.028
42	100.027
41	100.025
40	100.024
39	100.023
38	100.022
37	100.021
36	100.020
35	100.018
34	100.017
33	100.015
32	100.014
31	100.013
30	100.012
29	100.011
28	100.010
27	100.009
26	100.008
25	100.007
24	100.006
23	100.005
22	100.003
21	100.002
20	100.001

위의 측정데이타로 부터 선팽창계수를 구해보면

      온도차는 30℃, 길이차는 0.036mm 이므로

    α = 0.036 / (100 X 30) X 100,000 = 1.120 임을 알 수 있다. 

 2). 온도상승시 측정 

    ① 측정대상물을 냉장고를 이용하여 일정온도까지 온도를 내린다.

    ② 측정기기를 셋팅하여 곧바로 측정할 수 있도록 준비해 둔다.

         3차원 측정기를 활용할 경우 자동 반복측정할 수 있도록 미리 프로그램을 작성한다.

         측정은 주위 영향을 최소화 할 수 있도록 온도가 관리되는 측정실 등이 좋다.

    ③ 측정대상물이 적정온도 (가능한 -20℃ 이하)에 도달하면 곧 바로 측정실로 가져간다

    ④ 온도 하강시와 동일한 방법으로 측정을 하여 그래프 확인 및 선팽창 계수를 구한다.

※ 측정 데이타 기록지 (샘플 - 참고)

                                                                                                             측정대상 : Steel, Ring Master, 내경100mm

순	온도 (℃)	측정치(mm)	순	온도 (℃)	측정치(mm)	순	온도 (℃)	측정치(mm)
1	-15	99.957	11	1		21	11
2	-13	99.959	12	2		22	12
3	-11	99.961	13	3		23	13
4	-9	99.963	14	4		24	14
5	-7		15	5	99.968	25	15	99.995
6	-5		16	6		26	16
7	-3		17	7		27	7
8	-2		18	8		28	18
9	-1		19	9		29	19
10	0	99.974	20	10	99.987	30	20	100.000

온도	길이
-15	99.957
-14	99.958
-13	99.959
-12	99.960
-11	99.961
-10	99.962
-9	99.963
-8	99.964
-7	99.965
-6	99.967
-5	99.968
-4	99.969
-3	99.970
-2	99.972
-1	99.973
0	99.974
1	99.976
2	99.977
3	99.978
4	99.979
5	99.981
6	99.982
7	99.983
8	99.984
9	99.986
10	99.987
11	99.989
12	99.990
13	99.992
14	99.993
15	99.995
16	99.996
17	99.997
18	99.998
19	99.999
20	100.000

위의 측정데이타로 부터 선팽창계수를 구해보면

      온도차는 35℃, 길이차는 0.036mm 이므로

    α = 0.043 / (100 X 35) X 100,000 = 1.122 임을 알 수 있다. 

지금까지 우리는 Steel 링 마스터를 이용하여 내경의 변화특성 및 이를 통한 내경의 선팽창계수를 알아보았

으며, 그 결과로 길이와 대등한 변화특성을 갖는다는 것을 확인하였다.

다음번에는 알루미늄 재질의 길이와 내경에 대한 변화특성을 살펴보기로 하자.