측정에 미치는 영향

측정에 미치는 영향

☞  온도에 의한 영향
☞  변형 - 압축, 접촉, 지지, 굽힘
☞  기하학적 문제 - 아베의 원리 (Abbe's Principle)
☞  시차 (Parallax)

 

◈ 온도의 영향 (열팽창의 문제)

모든 물체는 온도가 변화하면 늘어나거나 줄어든다. 이것을 열팽창이라 하며 팽창, 수축하는 비율은 물체를 구성하는 물질 고유의 것으로 이것을 물질의 열팽창 계수라 한다. 여기서 우리는 몇 도에 있어서 그 길이를 규정하느냐가 중요한 문제가 된다. 이 온도를 표준온도라 말하며 공업적으로는 각국에서 20°C로 통일하고 있다. 일반적으로 열팽창 계수 α 인 물체의 길이 l 은 온도가 δt 만큼 변화하면 길이는 δl 만큼 변화한다.   δl = l * α * δt   α :  선팽창계수   l :  물체의 길이   δt :  온도의 변화   각종 재료의 열팽창 계수 (μm/℃) 물질 (material) 열팽창 계수 물질 (material) 열팽창 계수 납 (연) 29.2 청동  17.5 아연  26.7  콘스탄탄  15.2 마그네슘  26.1  금  14.2 일렉트론  24.0  니켈  13.0 알루미늄  23.8  철  12.2 주석  23.0  강  11.5 두랄루민  22.6  크롬강  10.0  은  19.5  백금  9.0  구리 (황동)  18  유리  8.1  양은  18.0  크롬 7.0 예를 들어 강(Steel)을 보자. 강(Steel)의 열팽창 계수가 11.5 μm/℃이므로 온도가 1 ℃ 올라가면 1 m 의 강의 경우 11.5 μm 늘어난다.

 

◈ 변형

일반적으로 측정시에는 측정기와 시료사이에 측정압이 작용하고 그 때문에 양자간에 변형이 생긴다. 이 변형은 한계내에 있어야 하며, 그렇지 않을 경우에는 허용할 수 없는 측정오차가 생긴다. 또한 이 변형은 탄성적이어야 하며 영구변형은 허용되지 않는다. 또한 측정기 및 시료의 자중에 의한 변형도 생기게 된다. 압축에 의한 변형 피측정물을 측정력이 작용하는 사이에 넣으면 피측정물은 힘이 가해지는 방향에 전체로 해서 압축됨과 동시에 점접촉 또는 선접촉의 아래에 힘이 가해진 때에는 접촉개소에 있어서 부분적으로 자국이 생긴다. 이것은 " 탄성한계내에서 일어나는 응력과 변형은 서로 비례한다" 후크의 법칙(Hooke's law)에 따른다 후크의 법칙에 의한 길이의 변형   δL = PL / AE   δL :  길이의 변화량   L :  두 단면사이의 길이 (mm)   P :  하중 (Kg)   A :  단면적 (mm²)   E :  탄성계수 (kg/mm²)   접촉에 의한 영향 2개의 곡면이 접촉할 경우 압력이 적어서 탄성한도를 넘지 않을 때에는 접촉면에 탄성변형이 일어난다. 이 변형 때문에 피측정물에는 면접촉을 하게 되고 기하학적인 점 또는 선접촉을 할때보다도 접근량이 커진다. 탄성적 접근량 δ (μm) 는 헤르츠(Hertz)의 이론으로 구할 수 있다. 이 량은 피측정물의 면의 상태에 따라 다르다. - 구면과 구면인 경우 - 구면과 평면일 경우 - 직경이 같은 구면일때 - 구면과 두 평면일 경우 - 평면과 원통일 경우 - 두 평면과 원통일 경우 - 구면과 원통일 경우 - 직각을 이루어 교차하는 원통과 원통일 경우 각각의 경우의 공식은 차후에 알아 보도록 하자. 지지에 의한 변형 봉상의 시료는 정반과 같은 평면상에 놓았을 때 접촉하는 면의 평면도 오차 때문에 어떤 위치에서 시료가 지지되고 있는지 전혀 알 수가 없다. 지지면이 휘어 있다면 시료는 자중에 의해서 휘고 치수가 변하여 측정오차가 생긴다. 그래서 이와 같은 길이가 긴 물건은 에지(edge) 또는 롤러(roller)로 길이 방향에 직각인 2 개의 선으로 지지하는 것이 좋다. ㉠ 에어리 점 (airy point) 눈금이 중립면에 없는 경우 및 블록게이지와 같은 단도기를 지지할 때 사용되는 방법이고 처음 평행한 2개의 단면이 굽힘 후에도 평행하게 되는 방법으로 길이의 오차도 적다. a = 0.2113 * L ㉡ 베셀점 (bessel point) H형 및 X형 단면의 표준자와 같이 중립면에 눈금을 만든 눈금자를 지지할 때 사용되는 방법이고 눈금면에 따라 측정한 길이와 눈금선사이의 직선거리와의 차가 최소로 되는 지지방법이다. a = 0.2232 * L 굽힘에 의한 변형 - 고정봉의 한 끝에 측정력이 작용할 때 - 양쪽 지지봉의 중앙에 측정력이 작용할 때

 

◈ 기하학적 문제

아베의 원리 (Abbe's Principle) “측정하려는 길이를 표준자로서 사용하는 눈금의 연장선에 둔다” 즉 측정물과 표준자와는 측정방향에 있어서 일직선상에 배치하여야 한다. 이것은 컴퍼레이터의 원리라고도 한다. 보통 마이크로 미터는 이 원리를 만족하나, 버어니어 캘리퍼스는 만족하지 않는 구조이다.

 

◈ 시차 (Parallax)

읽음에 있어서 시선의 방향에 따라 일어나는 오차 다른 평면상에 있을 때에는 관측방향에 의해서 선의 상대 위치가 달라 보여서 오차가 발생함으로 항상 눈금에 수직으로 관측하여야 한다.