측정기기와 측정 오차

핵심 정리

측정기기는 길이, 각도, 형상, 흔들림처럼 측정 대상의 양을 눈금이나 계기로 읽어 수치로 나타내는 기구이다. 기계 부품이 도면의 치수를 만족하는지 판단하려면 측정값을 신뢰할 수 있어야 하며, 이를 판단하는 기준이 정밀도이다. 정밀도는 정확성과 정밀성으로 나누어 볼 수 있다. 정확성은 정확한 정도를, 정밀성은 세밀한 정도를 나타낸다. 측정에 관한 연구는 이 두 가지를 함께 높이는 것을 주된 목표로 삼아 왔다.

기계에 의한 측정은 사람의 감각에 의한 측정보다 오차를 훨씬 작게 할 수 있다는 점이 큰 장점이다. 공간의 대응을 더 세밀하게 측정하려면 현미경이나 확대투영기처럼 광선을 쓰는 수단을 이용한다. 근소한 거리 차를 조사할 때는 나사를 이용한 기계적인 방법, 전기 용량의 변화를 이용한 전기적인 방법, 공기를 이용한 유체적인 방법을 쓴다. 측정 수단에서는 한 양을 다른 양의 변화로 바꾸는 변환 조작이 중요하다. 다만 측정기는 불완전하므로 계기 오차가 발생한다.

측정기기의 종류는 측정하려는 양에 따라 달라진다. 바깥지름·안지름·깊이를 재는 기구, 높이를 재고 금긋기를 하는 기구, 각도를 재는 기구, 흔들림을 읽는 비교 측정기가 각각 있다. 따라서 기구의 이름보다 측정하려는 양을 먼저 확인해야 한다. 측정 결과의 신뢰성은 기구 자체뿐 아니라 주변 환경과 측정하는 사람에게도 좌우된다. 측정 관리는 기구, 환경, 사람을 함께 살펴보는 데서 출발한다. 기계 가공에서는 가공 중 치수 확인, 부품 검사, 기준선 긋기처럼 목적이 다른 측정이 함께 이뤄지므로, 같은 치수라도 목적에 맞는 기구를 골라야 한다.

측정 오차는 참값과 측정값의 차이이다. 측정할 때는 재려는 양에 맞는 기구를 고르고, 해당 기구의 측정 범위와 정밀도 안에서 사용해야 한다. 기계에 의한 측정은 오차를 줄이는 데 효과적이지만, 계기 오차와 환경·사람에 따른 오차는 남을 수 있다.

자세히

버니어 캘리퍼스의 구성과 눈금

버니어 캘리퍼스는 어미자 눈금과 버니어 눈금을 맞춰 읽는 기구이다. 두 눈금이 일치하는 자리를 찾아 값을 읽으며, 이때 어미자의 한 눈금 크기가 측정의 기준이 된다. 눈금을 읽을 때는 두 눈금의 어느 자리가 일치하는지 먼저 확인해야 한다.

어미자 한 눈금의 크기은 시험에서 자주 확인되는 숫자이다. 버니어 캘리퍼스 어미자의 한 눈금은 1mm이다. 이 내용은 두 문항 이상에서 같은 값으로 출제됐으므로 정확히 기억해야 한다.

구성 요소를 묻는 선지에서는 기구의 부분 이름과 기능을 함께 알아야 정답을 가릴 수 있다. 어미자는 버니어 캘리퍼스의 구성 요소이다. 깊이 바도 같은 기구의 구성 요소이다. 반면 스핀들은 버니어 캘리퍼스의 구성 요소가 아니다. 세 선지가 짝을 이루므로 부품 이름을 기구별로 나누어 기억해야 한다.

측정 기능을 묻는 선지에서는 측정 대상을 빠짐없이 떠올려야 한다. 버니어 캘리퍼스는 본척과 버니어로 바깥지름, 안지름, 깊이를 측정할 수 있다.

하이트 게이지의 용도와 구성

하이트 게이지는 스크라이버로 금긋기를 하거나 높이를 측정하는 기구이다. 이 기구가 두 용도로 쓰인다는 점이 핵심이다. 스크라이버는 가공물 표면에 금을 긋는 뾰족한 날이다.

구성과 기준면을 묻는 선지도 있다. 정반 기준면에서 높이를 재고 스크라이버로 금긋기를 하는 측정기는 하이트게이지다. 스케일이 부착된 직각자와 서피스 게이지를 조합한 측정기도 하이트 게이지이다. 두 선지는 구성 방식이 달라도 같은 기구 이름으로 연결된다는 점에서 함께 살펴야 한다.

실제 사용에서는 정반 위에 기준을 두고 스크라이버의 높이를 맞춘 뒤 가공물 표면에 선을 긋는다. 용도와 구성을 따로 외우기보다 두 기능이 한 기구에서 함께 쓰이는 것으로 기억하면 선지를 판단하기 쉽다.

버니어 캘리퍼스로 재는 대상

버니어 캘리퍼스는 측정 범위와 정밀도 안에 있으면 철판 두께 등을 직접 잴 수 있다. 환봉의 바깥지름을 직접 측정할 때도 쓴다. 안측 측정 조를 이용하면 파이프의 내경도 잴 수 있다.