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문제 정의
- 그러나 지금까지 전류 입출력점 사이의 거리와 전위차 계측점 사이의 거리가 전위차에 미치는 영향이 실험적으로 규명된 예는 없다. 따라서 본 논문에서는 일차적으로 이차원 표면균열을 가진 시험편에서 전류 입출력점 사이의 거리가 직류전위차에 미치는 영향을 실험적으로 규명하려 하였다.
제안 방법
- 2와 같이 제작하였다. 계측장치는 투명 아크릴로 제작하고 직경 0.5 mm 핀의 상하에 스프링을 삽입하고 투명 아크릴 상하의 조합을 볼트로 결합하여 만들었다. 전위차는 어떤 일정 전위차 계측점 사이의 거리와 전류 입출력점 사이의 거리에 있어 계측을 실시한 후 상하조합의 결합을 해체한 후 전류 입출력용 핀의 위치를 이동함으로서 전류 입출력점 사이의 거리를 변경하고 다시 계측을 수행 하는 방식으로 하였다.
- 즉 지금까지는 전류 입출력점과 전위차 계측점을 일직선상에 위치시켰으나 네 단자를 각각 정사각형의 네 모서리에 위치시켰다. 또 직류전위차의 고감도를 위하여 근접단자(closely coupled probes potential drop: CCPPD)가 제안되었으며, 전류 입출력점과 전위차 계측점 사이를 매우 근접한 계측계의 근사식을 je적분을 이용하여 구하였다[3]. 이와 같이 직류전위 차법을 이용한 효과적 비파괴검사를 위하여 다양한 시도가 수행되고 있다.
- 시험편의 크기는 200(L) × 40(W) × 30(T) mm 이며, 시험편 길이의 중앙에 두께방향으로 2차원 표면 균열을 대신하여 노치를 방전가공으로 삽입하였다. 삽입한 노치의 폭은 0.2 mm이며, 노치길이는 임의로 두께의 20%, 40% 그리고 60%인 6, 12 및 18 mm로 각각의 시험편에 다르게 삽입하였다.
- 전위차 계측은 S2를 1, 3, 5, 10 및 15 mm의 5가지로 일정하게 하고 S1을 최대 25mm까지 변경하며, 노치의 길이가 각각 다른 3개의 시험편에 대하여 수행되었다. 실험을 통하여 얻은 결과는 Figs.
- 전위차는 어떤 일정 전위차 계측점 사이의 거리와 전류 입출력점 사이의 거리에 있어 계측을 실시한 후 상하조합의 결합을 해체한 후 전류 입출력용 핀의 위치를 이동함으로서 전류 입출력점 사이의 거리를 변경하고 다시 계측을 수행 하는 방식으로 하였다. 전위차 계측은 S2를 1, 3, 5, 10 및 15 mm의 5종류로 하고 S1을 S2보다 1 mm 큰 거리에서 최대 25 mm까지 변경하며, 노치의 길이가 각각 다른 3개의 시험편에 대하여 수행되었다. 시험편의 폭은 전류흐름의 변화가 전위차에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 S1의 최대치인 25 mm보다 큰 40 mm로 하였다.
- 그림에서 전류 입출력점으로부터 균열면 사이의 거리를 S1, 그리고 전위차 계측점으로부터 균열면 사이의 거리를 S2라고 하였다. 전위차 계측은 ㎶까지 계측 가능한 digital multimeter를 이용하여 수행했으며, 전류는 DC power supply를 이용하여 일정하게 직류전류를 공급하였다. 실험에 사용한 전류의 크기는 감도를 향상하기 위하여 5A로 하였다.
- 5 mm 핀의 상하에 스프링을 삽입하고 투명 아크릴 상하의 조합을 볼트로 결합하여 만들었다. 전위차는 어떤 일정 전위차 계측점 사이의 거리와 전류 입출력점 사이의 거리에 있어 계측을 실시한 후 상하조합의 결합을 해체한 후 전류 입출력용 핀의 위치를 이동함으로서 전류 입출력점 사이의 거리를 변경하고 다시 계측을 수행 하는 방식으로 하였다. 전위차 계측은 S2를 1, 3, 5, 10 및 15 mm의 5종류로 하고 S1을 S2보다 1 mm 큰 거리에서 최대 25 mm까지 변경하며, 노치의 길이가 각각 다른 3개의 시험편에 대하여 수행되었다.
- 직류전위차법에서 전류 입출력점 사이의 거리가 전위차에 미치는 영향을 규명하기위하여 일정 전위차 계측점 사이의 거리에 대하여 전류 입출력점 사이의 거리를 변화시키며 전위차를 계측하였다. 전위차 값은 모두 일정 S2에 대하여 S1의 값이 증가함에 따라 반비례적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 시험편의 크기는 200(L) × 40(W) × 30(T) mm 이며, 시험편 길이의 중앙에 두께방향으로 2차원 표면 균열을 대신하여 노치를 방전가공으로 삽입하였다.
- 직류전위차법에서 전류 입출력점 사이의 거리가 전위차에 미치는 영향을 실험적으로 규명하기 위하여 알루미늄합금(KS D6701)으로 시험편을 3개 제작하였다. 시험편의 크기는 200(L) × 40(W) × 30(T) mm 이며, 시험편 길이의 중앙에 두께방향으로 2차원 표면 균열을 대신하여 노치를 방전가공으로 삽입하였다.
성능/효과
- 이상의 경우에서 균열길이 차에 따른 전위차 값의 차가 S1이 증가함에 따라 1/4로 감소하였다. 따라서 감도를 향상시키기 위한 방법인 전류 입출력점을 최대한 전위차 계측점 가까이에 위치시킬 때 균열길이가 작은 균열도 효과적으로 비파괴검사 할 수 있음을 알 수 있었다.
- 특히 전위차 값은 S1 -S2의 값이 3 mm 보다 작은 범위에서는 S1의 값이 증가함에 따라 급격하게 감소하다가 S1 -S2의 값이 3 mm 보다 큰 범위에서는 완만하게 감소한다. 따라서 직류전위차 계측에서 상대적으로 큰 전위차값을 얻기 위해서는 전류 입출력점을 최대한 전위차 계측점 가까이에 위치시키는 것이 유리함을 알 수 있었다. 그리고 모든 일정 S1과 S2에 있어 계측한 전위차의 크기는 노치의 길이에 비례하며 확연하게 차이가 있었다.
- 또한 일정 S2에서 노치 길이가 상대적으로 긴 18 mm인 시험편에서 측정한 전위차 값과 노치 길이가 상대적으로 짧은 6 mm에서 측정한 전위차 값과의 차는 S1-S2가 증가함에 따라 감소하였다. 예로 Fig.
- 가 증가함에 따라 감소하였다. 예로 Fig. 3에서 S1=2 mm, S2=1 mm일 때 노치길이가 가장 짧은 6 mm의 시험편의 전위차 값은 75㎶ 그리고 노치길이가 가장 긴 18 mm의 시험편의 전위차 값은 91 ㎶이었으며, S1=2 mm, S2=1 mm 일 때 균열길이 차에 따른 두 시험편에서의 전위차 값의 차는 16 ㎶이었다. 그러나 S1=25 mm, S2=1 mm일 때 노치길이 6 mm인 시험편의 전위차 값은 5 ㎶ 그리고 노치길이 18 mm인 시험편의 전위차 값은 9 ㎶이었으며, S1=25 mm, S2=1 mm일 때 균열길이 차에 따른 두 시험편 사이의 전위차 값의 차는 4 ㎶이었다.
- 가 증가함에 따라 감소하였다. 이는 감도를 향상시키기 위한 방법으로 S1-S2를 작게 하는 즉, 전류 입출력점을 최대한 전위차 계측점 가까이에 위치시킬 때 균열길이가 작은 균열도 효과적으로 비파괴검사 할 수 있음을 알았다
- 직류전위차법에서 전류 입출력점 사이의 거리가 전위차에 미치는 영향을 규명하기위하여 일정 전위차 계측점 사이의 거리에 대하여 전류 입출력점 사이의 거리를 변화시키며 전위차를 계측하였다. 전위차 값은 모두 일정 S2에 대하여 S1의 값이 증가함에 따라 반비례적으로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 전위차 값은 S1-S2의 값이 3 mm 보다 작은 범위에서는 급격하게 감소하다가 이후 3 mm보다 큰 범위에서는 완만하게 감소한다.
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