기계 동력 장비의 토크 변화는 장비의 운전 상태를 판단하는 데 매우 중요한 정보입니다. 토크 시험의 핵심이자 중요한 구성 요소로서 토크 센서 또한 지속적으로 발전해 왔습니다. 그렇다면 토크 센서는 어떻게 분류될까요?
토크 센서는 주로 토크, 회전 속도, 기계 효율을 측정하는 데 사용되며, 토크의 변화를 전기 신호로 변환합니다. 그 정확도는 시험 시스템 전체의 정확도와 밀접한 관련이 있습니다. 주요 특징으로는 다음과 같은 점들이 있습니다.
- 정적 토크뿐만 아니라 회전 토크 및 동적 토크 측정 가능
- 검출 정확도가 높고, 안정성이 우수하며 내간섭성이 강함
- 반복적인 영점 조정 없이 정·역방향 토크를 연속 측정 가능
- 슬립 링과 같은 마모 부품이 없어 고속 장시간 운전 가능
- 컴퓨터로 직접 전송 가능한 고레벨 주파수 신호 출력
아래에서는 일반적으로 사용되는 토크 센서의 종류를 간단히 소개합니다.
1. 비접촉식 토크 센서 (Non-contact Torque Sensor)
비접촉식 토크 센서는 동적 토크 센서에 속하며, 토크 센서, 토크·속도 센서, 회전형 토크 센서 등으로도 불립니다.
입력축과 출력축은 **비틀림봉(토션 바)**으로 연결되어 있으며, 입력축에는 스플라인, 출력축에는 키홈이 형성되어 있습니다. 두 축 사이의 상대 변위 변화는 비틀림봉의 비틀림에 의해 발생합니다.
이 과정에서 스플라인의 자기 유도 강도가 변화하고, 이는 코일을 통해 전압 신호로 변환됩니다.
비접촉식 토크 센서는 수명이 길고 신뢰성이 높으며, 마모가 적고 응답 지연이 작으며, 축의 영향이 적다는 장점이 있어 널리 사용되고 있습니다.
2. 스트레인 게이지식 토크 센서 (Strain Gauge Torque Sensor)
스트레인 게이지식 토크 센서는 스트레인 게이지 기술을 이용합니다. 탄성축에 스트레인 게이지를 부착하여 측정 브리지를 구성하며, 토크에 의해 탄성축이 미세하게 변형되면 브리지의 저항값이 변화하고, 그에 따라 전기 신호가 변하여 토크를 측정합니다.
이 방식의 특징은 분해능이 높고 오차가 작으며, 측정 범위가 넓고 가격이 비교적 저렴하여 선택이 쉽고 대량 적용에 적합하다는 점입니다.
3. 위상차식 토크·속도 센서 (Phase Difference Torque Speed Sensor)
위상차식 토크 센서는 자기·전기 위상차 토크 측정 기술을 기반으로 합니다. 탄성축의 양쪽 끝에 치수, 형상, 설치 각도가 동일한 두 세트의 기어를 설치하고, 기어 외부에는 근접 센서를 장착합니다.
탄성축이 회전하면 두 센서에서 검출되는 파형 사이에 위상차가 발생하며, 이 위상차를 통해 토크를 계산합니다.
이 방식의 주요 특징은 토크 신호의 비접촉 전송, 디지털 신호 출력, 고속 응답입니다. 또한 최근에는 무선 통신 기술과 결합된 고성능 무선 토크 측정 센서가 널리 사용되며, 이를 통해 토크 데이터를 무선으로 전송할 수 있습니다.