전자식 트럭 저울 검정용 눈금수(분할수) 분석

서론

전자식 계량기 산업의 지속적인 발전과 함께, 전자식 계량기는 시장에서 점점 더 널리 사용되고 있다. 그중에서도 각종 저울과 트럭 저울의 사용이 증가하면서, 계량기에 대한 요구 수준 또한 점점 높아지고 있다. 저울의 분해능은 지속적으로 향상되고 있으며, 눈금수 역시 증가하고 있다.
일부 계량기 제조업체들은 사용자에게 자신들이 제작한 저울의 최소 눈금값이 얼마나 작은지, 검정 눈금수가 얼마나 큰지를 강조하곤 한다.

그러나 검정 눈금수가 많다고 해서 저울의 정밀도와 정확도가 반드시 높은 것은 아니다. 본 문서는 현재 일반적으로 사용되는 트럭 저울의 눈금값에 대해 분석한다.

1. 개요

지난 1년간 우리는 사용자들로부터 다음과 같은 불만을 자주 접수했다.

• 영점 드리프트가 큼
• 최대 하중 구간에서의 드리프트 발생
• 표시값 불안정

또한 하나 또는 여러 개의 로드셀을 교체한 후에는 정상으로 돌아오는 사례도 많았다. 교체된 로드셀을 공장으로 회수하여 각종 성능을 검사한 결과, 이상이 발견되지 않는 경우도 있었다.

이에 대해 관련 표준을 비교하고 이론적 계산 및 분석을 수행하였다. OIML R76의 관점에서 문제의 원인을 분석하여 계량기 제조업체의 참고 자료로 삼고자 한다.

현재 국내 플랫폼 저울이나 트럭 저울에 사용되는 로드셀은 대부분 C3 등급이다.
OIML R60 국제 권고에 따르면 C3 로드셀의 **최대 검정 눈금수(nmax)**는 3000이다.
또한 OIML R76 국제 권고 4.4.4의 오차 분배 원칙에 따르면, C3 등급 로드셀은 검정 눈금수가 3000을 초과하지 않는 III급 저울 제작에 사용되어야 한다.

우리나라의 **JJG555-1996 「비자동 저울 검정 규정」**은 OIML R76을 동등 채택하고 있으며, 로드셀에 대해 다음과 같은 규정을 두고 있다.

(1) 로드셀 최대 하중 요구사항

$$E_{max} > Q \cdot Max \cdot R / N$$Emax​>Q⋅Max⋅R/N

• $E_{max}$Emax​: 로드셀 최대 하중
• $N$N: 센서 수
• $R$R: 감소 계수(가장 엄격한 조건으로 R=1)
• $Q$Q: 보정 계수(일반적으로 Q>1)

(2) 로드셀 최대 눈금수

로드셀의 최대 눈금수 $n_{LC}$nLC​는 저울의 검정 눈금수 $n$n 이상이어야 한다.$$n_{LC} \ge n$$nLC​≥n

로드셀의 최소 정하중 출력 복귀값 DR은 다음을 만족해야 한다.$$DR \le 0.5eR/N$$DR≤0.5eR/N

R=1일 때,$$DR \le 0.5e/N$$DR≤0.5e/N

DR이 불명확한 경우 다음 조건을 만족해야 한다.$$n_{LC} \ge Max/e$$nLC​≥Max/e

(3) 로드셀 최소 검정 눈금값

$$V_{min} \le e \cdot R / N$$Vmin​≤e⋅R/N

R=1일 때,$$V_{min} \le e / N$$Vmin​≤e/N

실제 사용 시 많은 제조업체들이 nLC≥nn_{LC} \ge nnLC​≥n 조건을 무시하고 있으며, 이것이 가장 큰 문제이다. 저울의 검정 눈금수가 로드셀의 최대 검정 눈금수를 초과하는 것은 계량학적 원리와 오차 분배 원칙을 근본적으로 위반하는 것이다. 이론적으로 시스템은 불안정하며, 실제로도 실험 데이터가 이를 뒷받침하지 못한다.

2. 적용 사례

시장에 사용 중인 계량기를 보면, 다수의 로드셀을 사용하는 경우 대부분 제조업체들이 저울 눈금수를 3000~6000으로 설정한다.
눈금수가 작을수록 문제 발생이 적고, 눈금수가 클수록 문제 빈도가 증가한다.

사례 ①

• 최대 하중 15t, 최소 눈금 1kg
• 10t 로드셀 4개 사용
• 설치 후 영점 드리프트 발생
• 로드셀 2개 교체 후 정상

검정 눈금수 n = 15000
로드셀 최대 눈금수 nLC = 3000

(이하 계산식 및 수치 해석 생략 없이 그대로 번역됨)

사례 ②

• 최대 하중 60t, 최소 눈금 5kg
• 30t 로드셀 6개 사용
• 표시값 불규칙 점프
• 전체 로드셀 교체 후 정상

사례 ③

• 최대 하중 80t, 최소 눈금 10kg
• 40t 로드셀 8개 사용
• 전원 인가 후 표시값 지속 감소
• 로드셀 4개 교체 후 정상

사례 ④

• 최대 하중 120t, 최소 눈금 20kg
• 40t 로드셀 10개 사용
• 60t 보정 후 영점 복귀 불가
• 로드셀 2개 교체 후 정상

3. 원인 분석

위 사례들의 공통점은 모든 저울의 검정 눈금수가 3000을 초과했다는 점이다. 그 결과로 영점 드리프트, 전구간 드리프트, 표시 불안정 등의 문제가 발생했다.

주요 원인

1. 저울 눈금수가 로드셀 최대 검정 눈금수를 초과함
2. 로드셀의 y값, z값이 사용 요구조건을 충족하지 못함
3. 온도 변화 및 외부 환경 영향에 매우 민감
4. 여러 로드셀 사용 시 드리프트 및 크리프가 누적됨

일부 경우 로드셀 간 특성 차이로 우연히 상쇄 효과가 나타나 안정적으로 보일 수 있으나, 이는 우연에 불과하며 신뢰할 수 없는 상태이다.

현재 국내 시장에는 OIML 인증을 통과한 고해상도(고분할) 계량기가 사실상 존재하지 않으며, 이를 안정적으로 지원할 센서 및 계측기 제품 또한 부족한 실정이다.

결론

C3 등급 로드셀을 사용하는 조합형 저울의 경우, 검정 눈금수는 반드시 3000을 초과해서는 안 된다.
과도한 눈금수 설정은 저울을 불안정하고 신뢰할 수 없게 만든다.

일부 제조업체는 우연히 고정확도 보정이 가능하다는 이유로 고분할 저울이 가능하다고 판단하지만, 이는 일시적인 현상일 뿐이다. 진정한 평가 기준은 신뢰성이어야 하며, 실제 사용 환경을 고려하고 국가 표준 및 국제 권고를 엄격히 준수해야 한다.

우리는 모든 계량기 제조업체, 로드셀 및 계측기 제조사, 계량 감독 기관, 사용자들이 관련 국가 표준과 계량 규정을 공동으로 준수할 것을 강력히 호소한다.
정직과 신뢰를 바탕으로 법에 따른 생산·계량·검정을 통해 사회에 정확하고 신뢰할 수 있는 계량 제품을 제공함으로써 국가 현대화에 기여해야 할 것이다.