Torque와 RPM을 사용하여 Power계산하기(Shaft, 토크, 파워, 스트레인게이지, 측정 장비)

 

목차

 

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이번 포스트는 팜테크에서 제공하고 있는 Binsfeld 사의 Torque Trak Revolution의 기능인 토크 측정과 RPM 측정 그리고 이를 통해서 파워를 계산하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 

 

 

Torque와 RPM을 사용하여 Power계산하기

토크 계산 수식

 

Torque Trak Revolution은 350옴 저항의 스트레인 게이지(Strain Gage)를 사용합니다. 350 옴 (ohm) 저항값은 일반적으로 strain gage의 기본 또는 초기 저항값을 나타냅니다. strain gage는 변형이나 응력이 발생하면 그 저항값이 변하게 됩니다. 이러한 변화된 저항값을 측정하여 변형, 응력 또는 힘과 같은 물리적 변수를 계산하는 데 사용됩니다.

 

따라서 350 옴은 일반적으로 strain gage의 기준 상태에서의 저항값을 나타내며, 이 값을 기준으로 변화된 저항값을 측정하여 변형이나 힘을 계산합니다. 변형이나 응력이 적용되면 저항값이 이 기본 값에서 변화하게 되며, 이 변화된 저항값을 사용하여 물리적 변수를 추정합니다.

 

Strain gage의 기본 저항값이 큰 경우와 작은 경우 각각의 장단점이 있습니다.

**장점**

감도가 높음: 기본 저항값이 큰 strain gage는 변화된 저항값이 작은 변화에도 민감하게 반응할 수 있습니다. 따라서 민감한 측정이 필요한 경우에 적합합니다.
온도 변화에 대한 영향이 작음: 기본 저항값이 큰 경우, 온도 변화로 인한 저항값의 변화가 상대적으로 작을 수 있으므로 온도 변화에 덜 민감하게 동작할 수 있습니다.

 

**단점**

 

전력 소모가 증가: 기본 저항값이 큰 strain gage를 읽을 때 더 많은 전력이 필요할 수 있습니다.

측정 범위 제한: 큰 기본 저항값을 가진 strain gage는 측정 범위가 제한될 수 있으며, 특정 응력 또는 변형 범위 내에서 최대 감도를 얻을 수 있습니다.

 

 

GF 란?

Gage Factor는 일반적으로 strain gage 제조자에 의해 제공되며, 특정 strain gage 모델의 민감도를 설명하는 데 사용됩니다. 이 값은 strain gage가 변형에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내므로, 변형이나 응력을 전기적 신호로 변환하는 데 필요한 정보를 제공합니다.

 

 

RPM 측정 방식

 

자이로 스코프는 회전 속도를 측정하는 데 사용될 수 있으며, 특히 빠른 회전 속도를 측정하는 데 적합한 경우가 있습니다. 이러한 고속 자이로 센서는 고속 회전체의 운동을 정확하게 감지하고 RPM 값을 제공할 수 있습니다.타코미터는 일반적으로 RPM를 측정하는 데 사용되는 전통적인 방법 중 하나입니다. 타코미터는 엔진 또는 회전 부품에 부착되어 회전 속도를 측정하고 시각적 또는 디지털 디스플레이를 통해 사용자에게 표시합니다.

 

고속 자이로 센서와 타코미터를 비교할 때 각각의 장단점이 있습니다:

 

고속 자이로 센서의 장점:

 

1. 높은 정밀도: 고속 자이로 센서는 높은 정밀도로 회전 속도를 측정할 수 있으며, 짧은 시간 간격으로 빠른 RPM 변화를 감지할 수 있습니다.
2. 민감성: 작은 회전 운동도 감지할 수 있으므로 정밀한 RPM 측정에 적합합니다.
3. 실시간 데이터: 실시간으로 회전 속도 데이터를 얻을 수 있으며, 빠른 응답 시간을 제공합니다.

 

타코미터의 장점:

 

1. 간편한 사용: 타코미터는 주행 중에 운전자가 RPM 값을 쉽게 읽을 수 있도록 디스플레이에 표시되므로 운전자에게 편리합니다.
2. 비용 효율성: 타코미터는 비교적 저렴하게 구입할 수 있으며, 일반적으로 자동차나 기타 차량에 기본으로 장착됩니다.
3. 실시간 모니터링: 운전자에게 실시간으로 엔진의 RPM 상태를 표시하여 운전 조절에 도움을 줍니다.

 

 

회전체의 파워 계산

이 수식은 파워를 계산하기 위한 기본적인 메카니컬 파워 계산 공식입니다. 파워는 회전하는 물체에 작용하는 토크와 회전 속도 (RPM)의 곱으로 계산됩니다. 이러한 파워 계산 수식은 엔진, 모터, 터빈, 팬 등과 같은 회전 기계 및 장치의 성능을 평가하고 설계할 때 매우 중요합니다.

 

이 수식은 기본적인 물리학 원리에 기초합니다. 회전하는 물체에 힘 (토크)을 가하면 그 물체는 일정한 속도로 회전하게 되며, 이 회전에 필요한 에너지의 변환을 나타냅니다. 따라서 토크와 RPM을 곱하고 다른 상수와 나누어 파워를 계산할 수 있습니다.

 

예를 들어, 엔진의 출력 토크와 RPM을 알고 있다면 이 수식을 사용하여 해당 엔진의 출력 파워를 계산할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

Torque Trak Revolution 구조 및 구성

Torque Trak Revolution은 그림과 같이 스트레인 게이지(Strain Gauage)와 연결됩니다. 측정된 RPM와 Torque는 무선 통신을 통해 전송되고 Receiver에서는 측정한 값을 Modbus 프로토콜을 사용한 통신 방식으로 컴퓨터에 전송해줍니다.

 

 

위 장치를 이용하여 회전하는 터빈이나 모터의 샤프트(Shaft)의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있습니다. 

 

 

 

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