로드셀 게이지는 정적 측정과 동적 측정 모두에 널리 사용됩니다. 사용 위치에서의 중력과 공기 부력의 영향을 고려한 후, 힘 센서는 측정 대상 중 하나인 질량을 출력 신호로 변환하여 측정합니다. 따라서 정확도, 일관성, 신뢰성은 로드셀 게이지가 반드시 충족해야 할 핵심 요소입니다.
그렇다면 원재료와 제조 공정은 로드셀 게이지의 정확도, 일관성, 신뢰성에 어떤 영향을 미칠까요?
겉으로 보기에 전통적인 로드셀 게이지는 알루미늄 또는 열처리 강 재질의 본체, 스트레인 게이지, 보상 저항, 내부 배선, 충진재, 그리고 코팅 또는 보호막으로 구성된 단순한 구조처럼 보입니다. 그렇다면 외형이 동일한 두 개의 로드셀 게이지 사이에는 과연 얼마나 큰 성능 차이가 있을까요?
고품질 산업용 로드셀 게이지의 조건
고품질 산업용 로드셀 게이지는 다음과 같은 특성을 갖추어야 합니다.
- 우수한 방습 성능
→ 습기는 로드셀 게이지 고장의 가장 큰 원인입니다. - 내구성
→ 보수적인 설계 기준에 따라 100,000회 이상의 반복 하중에도 피로 파손이 없어야 합니다. - 공개된 기술 사양 충족
→ 선형성, 히스테리시스, 온도 보상 등의 성능 포함 - 제품 간 성능 일관성
→ 동일 모델, 동일 배치 간 성능 편차 최소화
모든 센서 제조사가 이러한 요구 사항을 충족하는 것은 아닙니다. 이로 인해 외형은 거의 동일해 보이지만, 제조사에 따라 성능, 신뢰성, 일관성에 큰 차이가 발생하는 이유를 설명할 수 있습니다.
로드셀 게이지의 내구성과 방습 성능의 역할
1. 내구성의 역할
로드셀 게이지의 기본 설계는 내구성을 결정하며, 기계적 피로로 인한 고장 없이 최소 100,000회의 측정 사이클을 견뎌야 합니다.
이를 위해 **컴퓨터 기반 유한요소해석(FEA)**을 활용하여 설계를 최적화하고, 센서 어느 한 부분에도 응력 집중이 발생하지 않도록 합니다. 하중이 스트레인 게이지가 부착된 위치에 균일하게 분포되도록 설계함으로써, 로드셀 게이지가 과부하에도 견딜 수 있는 구조를 갖추게 됩니다.
2. 방습 기능
로드셀 게이지 내부의 스트레인 게이지는 습기에 매우 민감합니다.
습기가 스트레인 게이지 내부로 침투하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
- 출력 신호 불안정
- 측정 정확도 저하
- 심한 경우 센서 전체 고장
따라서 방습 설계는 로드셀 게이지의 신뢰성을 좌우하는 핵심 요소입니다.
로드셀 게이지의 방습 설계 방법
- 스트레인 게이지 캡슐화
→ 스트레인 게이지를 방수 소재로 완전히 덮어 습기 침투 방지 - 환경 제어 또는 저습 환경 유지
→ 밀폐된 알루미늄 로드셀 내부로 습기가 유입되지 않도록 관리 - 고품질 복합 방수 실링 적용
→ 전체 사용 온도 범위에서 센서 내부 부품을 보호하며, 낮은 투습률 유지 - 용접 밀봉, 유리·금속 케이블 커넥터 사용
→ 특정 환경에서 매우 효과적인 방습 방법 - 고품질 로드셀 전용 케이블 사용
→ 도체와 외피를 밀착 결합하여 케이블 심선을 통한 습기 유입 차단