정전용량방식 토크센서의 출력특성과 감도해석

이신표,김종보,Lee, Shin-Pyo,Kim, Jong-Bo 대한기계학회 2002 大韓機械學會論文集A Vol.26 No.12

A new torque measuring apparatus adopting the basic principle of a capacitive type sensor is proposed in this article. Two plate electrodes are working as a capacitive sensor, whose capacitance varies as torque is applied. One end of each plate is connected to the torque carrying shaft. Output characteristics of the torque sensor were theoretically analyzed and its validity was investigated through experiment. Calculations and calibration experiments show that the output is nonlinear, that is, the sensitivity is very high at low torque but decreases as torque increases. The sensitivity of the proposed system is about 100 times roughly higher than that of a conventional 4-strain gauge type torque sensor.

가열된 금속구에 집중 용량 방법을 적용하여 해석한 나노 유체의 열전달 특성

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.10

본 연구는 순수 유체와 나노 유체의 대류 열전달 성능을 평가하는 새로운 장치에 대하여 설명한 것이다. 가열된 금속구가 유체 속에서 냉각되는 경우 측정된 시간-온도 그래프로부터 시간 상수를 계산할 수 있다. 시간 상수는 대류 열전달 계수의 정보를 가지고 있고 시간 상수가 작으면 대류 열전달 계수가 큰 것이다. 따라서 두 유체의 경우 실험을 통하여 각각의 시간 상수를 측정하면 유체들의 대류 열전달 성능 비교가 가능할 것이다. 본 논문의 전반부에서는 장치의 관련 이론과 실험 장치 제작을 설명하였고 열전달 물성이 잘 알려진 글리세린과 엔진오일에 대한 실험 결과를 비교하였다. 논문의 후반부에는 순수 및 나노 엔진오일에 대한 대류 열전달 실험 결과를 비교하여 예시하였다. This paper presents a new device for evaluating the convective heat transfer performance of pure and nanofluids. When a heated metal sphere is cooled in a fluid, the time constant can be calculated from the measured time-temperature graph. The time constant contains information regarding the convective heat transfer coefficient; the convective heat transfer coefficient is large when the time constant is small. Therefore, in the case of two fluids, by measuring each time constant experimentally, it is possible to compare the convective heat transfer performance of the fluids. The first half of this paper explains the theory and fabrication related to the experimental apparatus in detail. The second half exemplifies the results of verification experiments conducted on engine oil and glycerin, whose heat transfer properties are well known, as well as the comparative results of the convective heat transfer performance of pure engine oil and a nano lubricant.

나노유체의 열확산율 측정을 위한 비정상열선법 센서모듈 실험

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.2

본 논문은 나노유체의 열확산율을 측정하는 센서와 주변회로 그리고 데이터의 처리방법을 제시한것이다. 기존 비정상열선법을 이용하면 이론상 유체의 열전도율과 열확산율을 동시에 측정할 수 있으나 열전도율과 비교하여 열확산율은 많은 오차가 발생한다. 본 연구에서 제시한 방법은 측정변수가 단순하고 복잡한 센서의 교정과정을 생략할 수 있는 실용적 측면의 장점이 있다. 먼저 열확산율이 잘 알려진 유체들에 대한 검증실험을 실시하였고 나노유체의 열확산율을 측정하여 기본유체와 비교하는 과정을 예시적으로 설명하였다. 본 연구는 기존 열전도율측정에 한정되어 왔던 나노유체 연구의 범위를 열확산율 또는 비열의 개념으로 확장하였다는 관점에서 중요성을 갖는다. A technique for measuring the thermal diffusivity of nanofluids is proposed in this study. In theory, it has been well known that the transient hot-wire method can be used to measure the thermal conductivity and diffusivity of fluids simultaneously. However, when traditional methods were employed, the accuracy of the calculated thermal conductivity was considerably higher than that of diffusivity. The proposed method has two advantages for practical use: it only needs a simple data-conversion process for calculating the diffusivity, and it can skip the tedious calibration process involved in the case of a wire sensor. A validation experiment for the new system has been performed with the basic fluids, and the comparison experiment to compare the change in diffusivity of the base oil and the change in diffusivity of the nano oil has been carried out. It is expected that the present system will provide numerous methods for investigating the variation in the thermal properties other than thermal conductivity.

더미스터 온도센서를 이용한 나노유체의 대류열전달계수 측정 장치

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.2

나노유체의 대류열전달 성능을 평가하는 센서로서 가는 백금 열선이 많이 사용되었다. 그러나 센서의 강도가 약해서 취급에 주의가 필요하고 측정실험에서 센서에 대한 엄밀한 교정과정을 생략하거나 정밀도 높은 기구들을 사용하지 않으면 비현실적인 대류열전달계수가 얻어졌다. 본 연구에서는 백금열선 대신 더미스터 센서를 채택한 새로운 나노유체 대류 성능 평가장치를 제안하였고 그 작동 원리를 자세히 설명하였다. 순수 엔진오일에 대한 두 센서의 비교 실험을 통하여 더미스터 센서의 실용적 장점을 확인할 수 있었다. 제안된 장치는 개발된 나노유체의 채택 여부를 판단하는 유용한 도구로 사용될 수 있을 것이다. Fine wires made from platinum have been used as sensors to evaluate the convection performance of nanofluids. However, the wire sensor is difficult to handle due to its fragility. Additionally, an unrealistic convective heat transfer coefficient (h) is obtained if a rigorous calibration process combined with precision equipment is not used for measurement. This paper proposes a new evaluation apparatus for h of nanofluids that uses a thermistor sensor instead of the platinum wire. The working principles are also explained in detail. Validation experiments for pure engine oil comparing h from the two sensors confirmed numerous practical benefits of the thermistor. The proposed system can be used as a useful tool to justify the adoption of developed nanofluids.

동시에 측정된 두 열선센서의 저항변화 신호를 이용한 나노유체와 기본유체의 열전도율 비교장치

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.1

나노유체 개발 초기단계에서 기본유체 대비 제조한 나노유체의 열전도율이 얼마나 상승했는지 그 값을 정확히 비교하는 것이 중요하다. 지금까지는 기본유체와 나노유체의 열전도율을 비정상열선법으로 별도 측정한 후 수치적으로 나누어 비교하는 단순한 방법을 사용하였다. 이 때 두 유체의 열전도율 측정이 동시에 이루어지지 않고 절대측정방법의 특성상 측정시스템의 관련 수치들이 정확히 사용되지 않으면 개별 열전도율에 나타나는 오차를 피할 수 없다. 본 연구에서는 비교대상인 두 유체를 동시에 사용하여 열전도율 비를 상대적으로 측정하는 새로운 방법을 제시하였다. 기존 비정상열선법 회로를 변형한 측정회로와 데이터 처리과정을 자세히 설명하였고 엔진오일과 글리세린을 이용한 검증실험을 통하여 제시된 방법의 타당성을 검토하였다. Exact comparisons of the thermal conductivities of the base fluid and a nanofluid are very important in the early stages of nanofluid development. A simple procedure of measuring the thermal conductivity of the two fluids by the transient hot wire method and numerically dividing these values is used for this purpose. However, because the experiments are not performed simultaneously and the physical properties of the measurement system are sometimes not properly known, large errors are incurred during the evaluation process. This article proposes a new apparatus for thermal conductivity comparison where the working principle is mainly based on relative measurement rather than absolute measurement. The measuring circuit and data processing steps are explained in detail; a validation test was performed using the well-known glycerine and engine oil.

공기 중 습도가 폐활량 측정에 사용되는 열선형 유속계의 출력에 미치는 영향

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集B Vol.46 No.3

폐기능을 검사하는 기본 장비로 최근 열선식 폐활량 측정기 사용이 증가하고 있다. 열선식 유량계는 열선과 유체 사이의 대류열전달 현상을 이용하는 장치로 그 출력은 유속, 온도뿐만 아니라 유체속에 포함된 수분의 영향을 받는다. 따라서 장치가 교정된 상태와 온습도 조건이 다를 경우 출력은 오차를 갖게 된다. 유속계 출력에 미치는 습도의 영향을 정량적으로 검토하기 위하여 습도에 따른 공기의 열물성변화와 관련된 기존 연구들을 먼저 조사하였고 정온도형 열선유속계 정특성방정식에 반영하여 출력을 예상해 보았다. 유속계 교정실험을 실시하여 습도, 과열비, 유속이 출력에 미치는 영향을 검토하였고 이론적으로 예상한 결과와 비교하였으며 결과의 차이가 생기는 원인에 대하여 설명하였다. Recently, the use of a hot-wire spirometer is increasing as a basic equipment to test lung function. A hot-wire flowmeter is a device that uses convective heat transfer between a hot wire and fluid. Its output is affected by the flow rate and temperature as well as moisture contained in the fluid. Therefore, if the device is calibrated and the temperature and humidity conditions are different, the output will have an error. To quantitatively examine the effect of humidity on the output of an anemometer, previous studies related to the change in the thermal properties of air according to humidity were first investigated, and the output was estimated by reflecting it in the static characteristic equation. The effects of humidity, overheat ratio, and velocity on the output were investigated using calibration experiments. The results were compared with the theoretically expected results, and the reasons for the differences were explained.

비정상열선법과 환상공간내 정상상태 자연대류 열전달을 이용한 나노절연유 열전도율 측정실험

이신표(Shin Pyo Lee),강경민(Kyung Min Kang),최철(Cheol Choi),오제명(Je Myung Oh) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

In this article, comparison of the thermal conductivity measurement of nano transformer oil was made between the two measuring methods of conventional transient hot-wire technique and newly developed steady state method. Present method is based on the principle of conduction of heat in concentric solid cylinders, however, the nanofluid sample fills that concentric region. Measurements was made for three fluid samples with different particle concentration of pure, 2% and 4%. Thermal conductivity data from present method coincide well enough to ensure the thermal conductivity enhancement data of nanofluids by transient hot-wire technique.

등온으로 유지되는 더미스터 저항 센서를 이용한 나노유체 대류열전달 평가장치

이신표(Shin Pyo Lee) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.5

본 논문은 가열된 더미스터 발열체와 그 주위를 흐르는 유체 사이의 대류열전달계수를 측정함으로써 유체의 대류열전달성능을 평가하는 장치를 설명한 것으로 나노유체의 유용성을 평가하는데 사용될 수 있다. 이전에는 가는 백금선을 발열체로 사용하였는데 더미스터를 사용하는 경우 몇 가지 측정상의 장점이 예상된다. 가열된 더미스터의 온도를 등온으로 유지하는 것이 이전 장치와 다른 본 연구의 특징이다. 본 논문에서는 순수한 엔진오일에 대한 측정 데이터를 기존 관계식과 비교하여 새로운 장치를 검증하였고 나노 엔진오일의 대류열전달계수 향상에 대하여 논의하였다. The working principle of a device measuring the convective heat transfer coefficient h between a heated thermistor and a flow around it is explained. This apparatus can be used to evaluate the heat transfer effectiveness of nanofluids compared with that of pure fluids. The major characteristic of this device is that the temperature of the thermistor is maintained at the setting value during measurement. Platinum fine wire was used as the heating element. Several benefits in terms of measurement accuracy are expected from the thermistor device. Validation experiments were made by comparing the measured h of pure engine oil to the convection relation and the enhancement of h of the nano oil is discussed as well.

나노유체의 열전도율 측정을 위한 새로운 비정상열선법 센서설계와 자료처리방법

이신표(Shin Pyo Lee),이명훈(Myung Hoon Lee),김민태(Min Tae Kim),오제명(Je Myung Oh) 대한기계학회 2003 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2003 No.11

A fine hot-wire is used both as a heating element and a temperature sensor in transient hot-wire method. The<br/> traditional sensor system is unnecessarily big so that it takes large fluid volume to measure the thermal<br/> conductivity. To dramatically reduce this fluid volume, a new sensor fabrication and a data processing method<br/> are proposed in this article. Contrast to the conventional and most popular two wire sensor, the new sensor<br/> system is made up of divided multiple long and short wires. Through validation experiments, it is found that the<br/> measured thermal conductivities of the glycerin are exactly same each other between the conventional and<br/> proposed new method. Also some technical considerations in arranging the multiple wires are briefly discussed.

Fractional-Step법을 이용한 비압축성 비정상 Navier-Stokes 방정식의 유한 요소해석

김형민,이신표,Kim, Hyung-Min,Lee, Shin-Pyo 대한기계학회 2003 大韓機械學會論文集B Vol.27 No.4

The main objective of the research is to develop a research code solving transient incompressible Navier-Stokes equation. In this research code, Adams-Bashforth method was applied to the convective terms of the navier stokes equation and the splitted equations were discretized spatially by finite element methods to solve the complex geometry problems easily. To reduce the divergence on the boundaries of pressure poisson equation due to the unsuitable pressure boundary conditions, multi step approximation pressure boundary conditions derived from the boundary linear momentum equations were used. Simulations of Lid Driven Flow and Flow over Cylinder were conducted to prove the accuracy by means of the comparison with results of the previous workers.