로드셀(load cell)은 질량 신호를 측정 가능한 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 센서를 사용할 때는 먼저 센서의 실제 사용 환경을 고려해야 하며, 이는 로드셀을 올바르게 선택하는 데 매우 중요합니다. 이는 센서의 정상 작동 여부뿐만 아니라 안전성, 수명, 그리고 전체 계량 시스템의 신뢰성과 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 아래에서는 로드셀을 구성하는 주요 요소들을 소개합니다.
1. 로드셀의 민감 요소(Sensing Element)
민감 요소는 측정 대상(질량)을 직접 감지하고, 측정 대상과 일정한 관계를 갖는 다른 물리량을 출력하는 요소입니다.
예를 들면 다음과 같습니다.
- 저항 스트레인 방식 로드셀: 탄성체가 측정 대상의 질량을 변형으로 변환
- 정전용량 방식 로드셀: 탄성체가 측정 질량을 변위로 변환
2. 로드셀의 변환 요소(Conversion Element)
변환 요소는 민감 요소의 출력을 측정하기 쉬운 신호로 변환하는 역할을 하며, 센서 요소라고도 합니다.
예시:
- 저항 스트레인 로드셀의 스트레인 게이지: 탄성체의 변형을 저항 변화로 변환
- 정전용량형 마이크로 로드셀의 커패시터: 탄성체의 변위를 정전용량 변화로 변환
일부 부품은 민감 요소와 변환 요소의 기능을 동시에 수행하기도 합니다.
예를 들어 압전 재료는 외부 하중에 의해 변형되면서 동시에 전류(또는 전압)를 출력하므로, 전압형 로드셀에서는 하나의 요소가 두 가지 기능을 수행합니다.
3. 로드셀의 측정 요소(Measuring Element)
측정 요소는 변환 요소의 출력을 전기 신호로 처리하여, 전송·처리·표시·기록 또는 제어가 가능하도록 합니다.
예시:
- 저항 스트레인 방식 저울 센서의 브리지 회로
- 계량 센서의 전하 증폭기(Charge Preamplifier)
4. 로드셀의 보조 전원(Auxiliary Power Supply)
보조 전원은 센서가 전기 신호를 출력하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.
일반적으로 마이크로 로드셀은 외부 전원이 필요하며, 제품 사양에 전원 요구 조건이 명확히 표시되어야 합니다.
다만, 보조 전원은 로드셀의 필수 구성 요소는 아닙니다.
예를 들어 자기유도식 속도 센서와 같이 출력 에너지가 큰 일부 센서는 외부 전원 없이도 동작할 수 있습니다. 따라서 모든 로드셀이 보조 전원을 필요로 하는 것은 아닙니다.