마이크로 힘 센서(마이크로 로드셀)는 기계 작동 중 발생하는 다양한 정보를 신속하게 포착하여, 이후 의사결정을 위한 기술적·이론적 근거를 제공합니다. 또한 제품 설계와 파라미터 연구를 위한 정확한 기술적 지원을 제공합니다. 과학기술의 발전과 함께 센서의 적용 범위는 점점 확대되어 현재는 다양한 산업 분야 전반에 활용되고 있습니다. 아래에서는 마이크로 힘 센서의 기본 요구 사항을 살펴봅니다.
1. 마이크로 힘 센서의 기본 요구 사항
기계에 사용되는 센서에는 여러 종류가 있으나, 그중 저항식 센서가 가장 많이 사용됩니다. 저항 변형식 마이크로 로드셀의 내부 회로는 일반적으로 브리지 회로 구조를 가지며, 저항체가 변환 소자로서 역할을 합니다. 저항값의 변화가 곧 신호 출력이 됩니다.
이 방식은 구조가 단순하고 선형성이 우수하며, 안정성이 좋고 출력 정밀도가 높아 실제 적용에서 점점 더 주목받고 있습니다. 마이크로 힘 센서에 사용되는 민감 소자는 탄성 시험 소자이며, 센서의 본체는 탄성체로 구성됩니다.
이때 탄성체의 구조 형상과 관련 치수는 마이크로 로드셀의 성능에 매우 큰 영향을 미칩니다. 만약 탄성체의 설계가 합리적이지 않다면, 가공 정밀도가 아무리 높고 부착된 저항 스트레인 게이지의 품질이 아무리 우수하더라도 높은 응력 측정 성능을 달성하기 어렵습니다. 따라서 탄성체 구조 설계는 마이크로 힘 센서 선택 과정에서 매우 중요한 요소입니다.
2. 마이크로 힘 센서의 정적 특성
센서의 정적 특성이란 정적 입력 신호에 대한 출력과 입력 간의 관계를 의미합니다. 입력과 출력은 시간에 의존하지 않으므로, 이 둘의 관계는 시간 변수를 포함하지 않는 대수 방정식으로 표현할 수 있으며, 입력 값을 가로축으로 하여 특성을 설명할 수 있습니다.
마이크로 로드셀이 외력을 받으면, 탄성체에 부착된 스트레인 게이지가 변형되고 이에 따라 저항값이 변화합니다. 저항 변화로 인해 브리지 회로가 불균형 상태가 되며, 출력되는 전기 신호는 외력에 비례하여 선형적으로 변화합니다. 특히 마이크로 힘 센서는 측정 대상에 이상이 발생했을 때 이를 감지하고 해결 방안을 찾는 데 중요한 역할을 합니다.
센서를 선택할 때 완전한 선형성을 보장하는 센서는 존재하지 않으며, 선형성은 상대적인 개념입니다. 요구되는 측정 정확도가 낮은 경우에는 비선형 오차가 작은 마이크로 힘 센서를 일정 범위 내에서 선형 근사하여 측정할 수 있어 사용이 편리합니다.
마이크로 힘 센서는 최소 한 변의 크기가 1mm 이하인 초소형 센서를 의미합니다. 이러한 마이크로 힘 센서는 기존의 일반 센서에 비해 다음과 같은 장점을 가집니다.
마이크로 힘 센서의 주요 장점
- 자기 보상 기능
신호 검출 비선형 오차, 온도 변화로 인한 신호 영점 드리프트 및 감도 변화, 응답 지연, 노이즈 및 상호 유도에 대한 보상 기능을 갖춤. - 자기 진단 기능
시스템 전원 자체 점검, 시스템 동작 점검, 시스템 이상 자동 진단, 고장 부품 및 구성 요소 판별 기능. - 자기 교정 기능
마이크로 로드셀 시스템의 파라미터 설정 및 검사, 시험 중 자동 범위 전환, 측정 파라미터의 자동 계산 등. - 데이터 자동 저장·분석·처리 및 전송 기능
- 양방향 통신 기능
마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터 및 기본 센서 간의 양방향 통신이 가능함.
힘 측정을 위한 새로운 로드셀 제품의 등장과 함께, 마이크로 센서 기술의 발전은 별도의 분석 장비 없이도 공학적 비용 절감을 가능하게 하고 있습니다.