기술의 발전과 함께 로드셀을 사용한 전자식 계량기는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 자재의 신속하고 정확한 계량을 가능하게 하고 있습니다. 특히 마이크로프로세서의 등장으로 산업 생산 공정의 자동화 수준이 지속적으로 향상되면서, 로드셀은 공정 제어에서 필수적인 장비가 되었습니다.
기존에는 계량이 어려웠던 대형 탱크나 호퍼의 중량 측정부터, 크레인 저울, 차량 저울의 측정 및 제어, 각종 원자재의 혼합·배합 시스템, 생산 공정 중 자동 검출, 분말 및 입상 재료의 투입량 제어에 이르기까지 거의 모든 계량 분야에 로드셀이 적용되고 있습니다.
현재 로드셀은 거의 모든 계량 분야에서 사용되고 있으며, 적용 분야만큼이나 다양한 종류의 로드셀이 존재합니다. 로드셀을 주문할 때 가장 먼저 받게 되는 질문은 다음과 같습니다.
1. 로드셀이란 무엇인가?
모든 디지털 저울은 로드셀을 사용하여 물체의 무게를 측정합니다. 로드셀에 전류가 흐르는 상태에서 하중이나 힘이 가해지면, 로드셀은 미세하게 휘어지거나 압축됩니다. 이로 인해 로드셀 내부의 전류가 변화하게 되며, 계량 지시기는 이 전류 변화를 감지하여 디지털 중량 값으로 표시합니다.
로드셀은 탄성체(elastomer) 와 스트레인 게이지(strain gauge) 로 구성됩니다. 탄성체는 일반적으로 강철 또는 알루미늄으로 제작되며, 매우 강하면서도 미세한 탄성 변형이 가능합니다. ‘탄성체’라는 명칭 그대로 하중이 가해지면 일정량 변형되었다가, 하중이 제거되면 원래 상태로 복원됩니다. 이러한 미세한 변형은 스트레인 게이지를 통해 감지됩니다.
스트레인 게이지의 변형은 전자 회로를 통해 해석되어 중량 값으로 변환됩니다.
이를 좀 더 자세히 설명하면, 스트레인 게이지는 뱀 모양으로 배열된 전기 도체로, 기판에 단단히 부착되어 있습니다. 기판이 늘어나면 도체도 함께 늘어나고, 수축하면 도체도 짧아지며, 이로 인해 전기 저항값이 변화합니다.
스트레인 게이지는 탄성체에 밀착되어 있기 때문에 동일한 변형을 겪게 됩니다. 로드셀에서는 이러한 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태로 배열하며, 일반적으로 네 개의 스트레인 게이지가 하나의 브리지를 구성하고, 측정하고자 하는 힘의 방향에 맞게 배치됩니다.
2. 로드셀은 어떤 계량 장비에 사용되는가?
다음 질문들은 적합한 로드셀을 선택하기 위해 매우 중요합니다.
- 로드셀은 신규 장비에 사용되는가, 아니면 기존 장비를 개조하여 사용하는가?
- 저울 시스템인가, 아니면 구조물에 통합된 계량 시스템인가?
- 정적 계량인가, 동적 계량인가?
- 어떤 환경에서 사용되는가?
로드셀에 대한 기본적인 이해는 로드셀 구매 과정을 훨씬 수월하게 만들어 줍니다.
3. 로드셀의 종류
모든 로드셀은 기본적인 작동 원리는 동일하지만, 적용 분야에 따라 마감 방식, 구조, 정격 용량, 인증, 크기 및 허용 하중이 서로 다릅니다.
로드셀에는 내부 전기 부품을 보호하기 위한 다양한 밀봉 방식이 있으며, 주로 다음 두 가지로 나뉩니다.
▶ 용접 밀봉(Welded Seal)
원통형 로드셀은 환형 평막 또는 주름막 다이어프램을 탄성체와 하우징에 용접하여 밀봉합니다. 스포크형, 축대칭형, 링형 로드셀 또한 다이어프램을 중앙 하중 실린더 및 지지 링과 용접하여 밀봉을 구현합니다.
▶ 접착 밀봉(Glue Seal)
표면 실링 및 블라인드 홀 포팅 방식이 가장 널리 사용되는 보호 및 밀봉 방법입니다.
로드셀은 다양한 재질로 제작될 수 있습니다.
- 알루미늄: 소용량 단일 포인트 로드셀에 주로 사용
- 공구강(Steel): 가장 널리 사용되는 재질
- 스테인리스강: 내부 전기 부품을 완전 밀봉할 수 있어 고습도 또는 부식성 환경에 적합
4. 저울 시스템용 로드셀 vs 통합형 로드셀
통합형 시스템에서는 로드셀이 호퍼나 탱크와 같은 구조물에 직접 장착되어, 구조물 자체가 계량 시스템이 됩니다. 반면, 전통적인 저울 시스템은 전용 플랫폼 위에 물체를 올렸다가 제거하는 방식으로 작동합니다. 예를 들어 마트의 계산대 저울이 이에 해당합니다.
두 시스템 모두 무게를 측정할 수 있지만, 설계 목적은 다릅니다. 계량 방식에 대한 이해는 로드셀 공급업체가 적합한 로드셀 또는 통합형 솔루션을 제안하는 데 큰 도움이 됩니다.
맞춤형 로드셀 적용 시 고려 사항
일부 적용 환경에서는 엔지니어링 상담이 필요합니다. 다음 질문을 고려해 보십시오.
- 로드셀이 강하거나 빈번한 진동에 노출되는가?
- 부식성 물질에 노출되는 환경인가?
- 고온 환경에서 사용되는가?
- 극한의 하중 용량이 요구되는가?
물체가 로드셀 위에 놓이거나 로드셀에 매달리면 그 무게를 측정할 수 있습니다. 로드셀에서 기대되는 하중은 항상 중력 방향, 즉 지구 중심을 향하는 방향의 힘입니다. 따라서 로드셀은 하중 중 중력 방향 성분만을 측정합니다.
반면, 힘 센서(force sensor)는 구조는 유사하지만, 설치 방향이나 중력 방향과 관계없이 모든 방향의 힘을 감지할 수 있다는 점에서 차이가 있습니다.