계량용 로드셀의 작동 원리는 크게 선형 구조와 회전형(원판형) 구조 두 가지로 나눌 수 있습니다.
선형 로드셀은 슬라이더와 고정 길이 구조로 구성되며, 회전형 로드셀은 서로 상대적으로 움직일 수 있는 로터(rotor)와 스테이터(stator)로 구성됩니다. 그렇다면 계량용 로드셀은 어떻게 선택해야 할까요?
로드셀을 선택할 때 고려해야 할 요소는 매우 많으며, 실제 사용 시에는 주로 다음과 같은 요인들을 중점적으로 검토합니다. 또한 로드셀의 감도, 분해능(분할 수), 검정 분할값 등도 반드시 고려해야 하는 중요한 선택 지표입니다.
1. 계량용 로드셀의 사용 환경 조건
계량용 로드셀은 질량 신호를 측정 가능한 전기 신호로 변환하는 장치입니다.
따라서 센서를 사용할 때 가장 먼저 고려해야 할 것은 실제 작업 환경이며, 이는 센서의 정상 작동 여부, 안전성, 수명뿐만 아니라 전체 계량 시스템의 신뢰성과 안전성에도 직접적인 영향을 미칩니다.
일반적으로 다음과 같은 환경 요인이 센서 성능에 영향을 줍니다.
- 고온 환경: 코팅 재료의 용융, 용접부 이탈, 탄성체 구조 변화 발생
- 먼지 및 습기: 센서 내부 단락(short) 발생 가능
- 고부식 환경: 탄성체 손상 또는 단락 위험
- 전자기장 환경: 출력 신호 간섭 발생
따라서 각 환경 조건에 맞는 전용 로드셀을 선택해야 하며, 이를 통해 계량 요구 사항을 안정적으로 충족할 수 있습니다.
2. 계량용 로드셀의 개수 및 정격 용량 선택
(1) 로드셀 개수 선택
로드셀의 개수는 전자저울의 용도와 저울 본체의 지지점 수에 따라 결정됩니다.
지지점 수는 저울 본체의 기하학적 중심과 실제 무게 중심이 일치하도록 설정하는 것이 원칙입니다.
일반적으로 저울의 지지점 수와 동일한 개수의 로드셀을 사용합니다.
(2) 로드셀 정격 용량 선택
로드셀의 용량은 다음 요소들을 종합적으로 고려하여 결정합니다.
- 최대 계량값
- 사용되는 로드셀의 개수
- 저울 본체의 자중
- 편하중 및 동적 하중 발생 가능성
이론적으로는 각 로드셀에 분배되는 하중에 가장 근접한 정격 용량을 선택할수록 측정 정확도는 높아집니다.
그러나 실제 사용 환경에서는 자중, 영점 하중, 편하중, 진동 및 충격 하중 등이 존재하므로, 센서의 안전성과 수명을 고려한 여유 설계가 반드시 필요합니다.
3. 계량용 로드셀 종류별 적용 범위
로드셀의 형상 선택은 주로 계량 방식과 설치 공간에 따라 결정되며, 설치의 용이성과 계량의 안전성 및 신뢰성을 확보해야 합니다. 또한 제조사의 권장 사항을 참고하는 것이 중요합니다.
일반적으로 로드셀 제조사는 다음과 같은 정보를 제공합니다.
- 허용 하중 조건
- 성능 지표
- 설치 방식
- 구조 형식
- 탄성체 재질
대표적인 적용 예시는 다음과 같습니다.
- 알루미늄 합금 캔틸레버 빔형 로드셀
→ 가격 표시 저울, 플랫폼 스케일, 박스 스케일에 적합 - 강재 캔틸레버 빔형 로드셀
→ 전자식 벨트 스케일, 자동 분류 저울에 적합 - 강재 브리지형 로드셀
→ 철도 저울, 트럭 스케일에 적합 - 컬럼형(기둥형) 로드셀
→ 트럭 스케일, 동적 철도 계량기, 대형 호퍼 스케일에 적합
4. 계량용 로드셀의 정확도 등급 선택
로드셀의 정확도 등급은 다음과 같은 기술적 지표를 포함합니다.
- 비선형성 (Nonlinearity)
- 크리프 (Creep)
- 반복성 (Repeatability)
- 히스테리시스 (Hysteresis)
- 감도 (Sensitivity)
로드셀을 선택할 때 무조건 고정밀 등급을 추구하는 것은 바람직하지 않으며,
전자저울 전체 시스템의 정확도 요구 수준과 비용을 종합적으로 고려해야 합니다.
일반적으로 센서를 적용한 전체 계량 시스템의 총 정확도는,
비선형성·반복성·히스테리시스 세 항목의 제곱합 평균(RMS) 값보다 약간 높게 나타납니다.