로드셀(Load Cell)은 정적 측정과 동적 측정에 널리 사용되는 힘(하중) 센서입니다.
로드셀은 측정 대상의 질량을 전기 신호로 변환하여 무게를 측정하며, 이 과정에서 **중력 가속도(g)**와 **공기 부력(f)**의 영향도 함께 고려됩니다.
따라서 로드셀에서 가장 중요한 요소는
정확도, 일관성, 그리고 신뢰성입니다.
이는 로드셀의 핵심적인 역할이자 가장 중요한 책임이라 할 수 있습니다.
로드셀의 성능은 무엇에 의해 결정될까요?
겉으로 보면 전통적인 로드셀은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.
- 알루미늄 또는 열처리된 강철 구조물
- 스트레인 게이지
- 보상 저항
- 배선 및 연결부
- 충진재
- 코팅 또는 보호막
이렇게 보면 **외형이 비슷한 두 개의 계량 센서가 얼마나 다를 수 있을까?**라는 의문이 들 수 있습니다.
하지만 실제로는 원재료와 제조 공정에 따라 성능 차이가 크게 발생합니다.
고품질 산업용 로드셀의 조건
우수한 산업용 로드셀은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다.
- 우수한 방습 성능
→ 습기는 로드셀 고장의 가장 큰 원인입니다. - 뛰어난 내구성
→ 보수적인 설계 기준에서도 10만 회 이상의 반복 하중을 견디며 피로 파손이 없어야 합니다. - 규격 성능 충족
→ 직선성, 히스테리시스, 온도 보상 등 명시된 사양을 만족해야 합니다. - 일관된 품질
→ 생산 로트(배치)마다 성능 편차가 없어야 합니다.
모든 제조사가 이러한 조건을 충족하는 것은 아니며,
이것이 겉모습은 같아 보이지만 성능·신뢰성·내구성이 다른 이유입니다.
로드셀 성능 차이를 만드는 두 가지 핵심 요소
1. 내구성 설계
로드셀의 가장 기본적인 설계 목표는
10만 회 이상의 반복 계량에도 기계적 피로 파손이 발생하지 않는 것입니다.
- 컴퓨터 기반 **유한요소해석(FEA)**을 통해 구조를 최적화
- 센서 전체에 응력 집중이 발생하지 않도록 설계
- 스트레인 게이지가 부착된 위치에만 필요한 응력이 집중되도록 조정
- 컴팩트한 구조 설계로 과부하에도 견딜 수 있는 강도 확보
이러한 설계가 로드셀의 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
2. 방습(방수) 설계
로드셀에서 가장 습기에 취약한 부분은 스트레인 게이지입니다.
습기가 스트레인 게이지 저항체에 침투하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
- 출력 불안정
- 측정 오차 증가
- 심한 경우 센서 전체 고장
이를 방지하기 위해 고품질 로드셀은 다음과 같은 방습 설계를 적용합니다.
① 스트레인 게이지 보호
- 스트레인 게이지를 방수 재료로 완전히 코팅하여 습기 차단
② 저습 환경 유지
- 제조 및 밀봉 과정에서 습도가 낮은 환경을 유지
- 외부 습기가 내부로 유입되지 않도록 설계
③ 고품질 복합 방수 씰
- 전 작동 온도 범위에서 투습률이 매우 낮은 방수 씰 사용
- 센서 내부 부품을 안정적으로 보호
④ 접합부 방수 처리
- 납땜 부위, 유리-금속 케이블 접합부에 추가 방습 설계 적용
⑤ 고품질 케이블 사용
- 내부 도체와 외피가 밀착된 고품질 케이블 사용
- 케이블 심선을 통해 습기가 내부로 침투하는 것을 방지
정리
겉보기에는 비슷해 보이는 로드셀이라도
✔ 설계 방식
✔ 방습 기술
✔ 내구성 기준
✔ 제조 공정
에 따라 성능, 수명, 신뢰성은 크게 달라집니다.
특히 습기 저항과 내구성 설계는 고품질 계량 센서를 결정짓는 핵심 요소이며,
이 차이가 실제 산업 현장에서의 안정성과 정확도를 좌우하게 됩니다.