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로드셀 자료

로드셀의 원리

일반적으로 로드셀이라 함은 하중을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭으로 Strain Gage식 로드셀을 의미한다.

따라서 Strin Gage를 금속 탄성체에 점착하고 그 탄성체에 하중을 가했을 때 탄성체의 Strain을 Strain Gage의 저항값의 변화로서 가해진 하중의 크기에 비례한 전기적 출력신호를 얻을 수 있다.

스트레인 게이지의 측정 원리

스트레인(Strain)이란 어떤 탄성체를 당기거나 밀면 변형이 일어나고 이때 줄거나 느는 양을 스트레인이라 하며, 이 미세한 변형량을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 사용하게 된다.이러한 특성을 이용하여 변형량을 하중으로 변환하여 측정하는 것이 바로 로드셀의 원리이다. 이러한 미세한 변화를 검출하기 위해 전기적으로 브릿지 회로라는 회로를 사용하게 된다.

즉, 평상시에는 전기적으로 평형이 유지되어 (물의 수면이 동일한 경우와 같은 경우) 극히 미세한 전류를 흘려 보내다가, 어느 한쪽의 불균형이 발생하면(저항값이 변하면) 그쪽으로 전류가 흘러 이 전류의 흐름이 전압의 변화로 나타나 검출된다. 이때 저항값의 변화는 스트레인에 의해서만 나타나지 않고 온도나 습도에 따라 변할 수도 있으므로 이에 대한 보상이 반드시 필요하며, 로드셀의 좋고 나쁨의 기준이 된다.

로드셀의 종류

기둥형 (Column Type)

원통형으로 생겼으며, 위에서 아래로 하중을 가하는 종류로 2장의 스트레인 게이지를 종,횡으로 부착하여 즉정하는 방식으로 대용량의 로드셀제작에 용이하는 장점이 있으나, 정밀도가 낮으며, 비스듬하게 가해지는 하중에 대해 오차가 크므로 사용에 주의를 해야 한다.

환상형(Ring Type)

둥근 원형의 내면에 4장의 스트레인 게이지를 부착한 형태로 원통형보다 정밀도가 높은 장점이 있고 방향도 인장, 압축형 모두 사용이 가능한 장점이 있으나, 대용량 및 소용량의 제작이 어렵다는 단점이 있다.

휨형(Bending Type)

사각 막대를 한쪽이나 양쪽을 지지하여 휘어지는 양을 측정하는 방식으로 부착하기가 용이하고, 정밀도가 높은 장점이 있는 반면 대용량의 제작이 어렵고 구조상 밀봉하기 어려워 사용 환경의 제약을 받는 단점이 있다.

전단형 (Shear type)

스트레인 게이지를 45도 방향으로 부착하여 전단응력을 측정하여 측정하는 방식으로 횡 하중측정이 좋고 내력이 강한 반면, 가공이 어렵다는 단점이 있다.

로드셀 선택요령

하중선택방법 : 측정하고 싶은 하중이 정해지고, 저울 자체무게등이 정해지면 로드셀을 얼마나 큰 용량을 써야하는지 선택하기가 쉽지 않다. 무작정 큰 용량을 사용하면 미세한 측정이 어렵고 용량에 딱 맞는 로드셀을 선택하면, 예기치 않은 충격에 로드셀이 파괴되는 경우가 자주 있으므로 선택에 주의해야 한다

일반적으로 다음과 같은 공식을 이용해서 선택한다.

공식 : L >= ((F1 x W1 + W2) * F2 x F3 ) / N
  • F1 : 충격계수 (1.1 - 1.5) 일반적으로 1.2
  • F2 : 하중편심계수 (1.1 - 1.3) 일반적으로 1.2
  • F3 : 하중불균형 계수 (1점,3점지지식 : 1 , 4점지지식 : 1.2)
  • W1 : 부가 하중 (측정할 대상물의 최대 하중)
  • W2 : 초기하중(자중,저울 자체 무게)
  • N :사용할 로드셀 개수

예로 총 5톤의 물건을 자둥 1톤인 저울로 측정하려하고, 4개의 로드셀을 사용할 경우는
((11.3 * 5 + 1) *1.2 *1.2) / 4 = 2.7 톤
2,7톤 로드셀은 나오지 않으므로 3톤짜리 로드셀 4개를 사용하면 무난하다.

로드셀을 몇 개 사용할것인가?

로드셀의 사용 개수는 구조물의 형태와 관련이 많으며, 많이 사용한다고 좋지는 않다. 즉, 1개나 3개가 가장 안정되고 정확한 계량을 할 수 있는 반면 4개나 6개를 사용할 경우는 중심 점을 조정하기가 쉽지 않아 오차 발생 확률이 높으므로 설계시 유의 하여야 한다.

특히 직사각형의 벨트 콘베이어에 6개의 로드셀을 사용하여 측정한다면 구조물의 설계시 상당한 기술이 필요하다. 시소와 같이 한쪽이 당겨지면 다른 한쪽은 미는 효과가 있어 많은 고생을 해야 할 것이다.