안녕하세요, 센서와 스위치를 다잡는 센서보이 입니다.
이번 글에서는 로드셀(Load Cell)에 대해 알아보겠습니다.
로드셀은 어떠한 하중 또는 인장력을 측정하는 센서입니다.
굉장히 가벼운 무게(gram)부터 굉장히 무거운(Ton) 무게까지 측정할 수 있는 제품들이 있으며, 용도 및 금액 또한 천차만별입니다.
이번 글에서는 로드셀의 종류 및 원리에 대해 알아보겠습니다.
로드셀의 종류
로드셀은 그 용도에 따라 다양한 종류가 있습니다.
체중계, 또는 요리용 계량 저울 등에 사용되는 굉장히 작은 소형 제품부터, 트럭스케일 또는 사일로 레벨 측정에 사용되는 대형 용량의 제품들이 있습니다.
Force Sensor
포스 센서는 굉장히 작은 소형 로드셀의 또다른 이름입니다.
이들은 로드셀 이라는 이름을 붙이기에는 이름이 너무 거창하여, 힘 센서로 불립니다.
물론 포스 센서는 MEMS 소자로 무게를 측정하며, 로드셀은 Strain Gauge로 제작한다는 차이가 있습니다만, 역할은 동일합니다.
Miniature Load Cell
초소형 로드셀입니다.
굉장히 소형 Application에 적용됩니다만, 크기가 작음에도 대부분 스테인리스로 제작되어 있으며, Strain Gauge가 적용되어 있기 때문에 로드 범위가 생각보다 넓습니다. (제품에 따라 1톤 이상도 가능합니다.)
아래 그림처럼 양방향 스터드가 부착된 제품은 대부분 인장력 측정도 가능하며, 스터드가 없는 경우는 압축력만 측정 가능합니다.
Pancake Load Cell
일반적인 크기의 로드셀입니다.
대부분의 산업 현장에 많이 사용되며, 하중을 측정하거나 인장력을 측정할 때 사용되며, 내피로 시험기, 만능 시험기 등을 제조하는 데에도 사용됩니다.
제품에 따라 100톤 정도까지도 측정 가능합니다.
Canister Load Cell
캐니스터 타입의 제품들은 엄청난 하중을 측정하는 데에 사용됩니다.
수백톤 ~ 천톤 급의 하중 측정에 사용됩니다.
Beam Load Cell
빔타입 로드셀들은 ~ 10톤급의 하중 측정에 사용되며, 산업용 저울, 사일로, 컨베이어벨트 및 스케일 등에 사용됩니다.
Donut Load Cell
도넛형 로드셀은 가운데 구멍이 뚫려 있는 제품이며, 이부분을 제외하면 팬케이크 제품과 별 반 차이가 없습니다.
로드셀의 원리
Strain Gauge를 사용하는 모든 로드셀은 기본 원리가 동일합니다.
아무리 스테인리스 스틸이라 하더라도, 힘이 가해지면 눈에 보이지 않을 정도로 늘어나거나 압축됩니다.
스트레인 게이지는 매우 민감하게 변화하는 저항체이며, 인장력이 걸려 길이가 늘어나면 저항이 커지고, 압축력에 의해 길이가 줄어들면 저항이 작아지는 것을 측정할 수 있습니다. (R=L/A 이므로)
로드셀은 아래 그림과 같이 인장력/압축력을 가장 잘 받는 부분에 스트레인 게이지를 부착하여 휘스트톤 브릿지 구조에 연결합니다.
휘스트톤 브릿지는 대각선 방향의 저항을 곱하면 미지의 저항을 읽어낼 수 있기에, 변화하는 저항을 정확하게 읽어낼 수 있습니다.
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