스포크형 로드셀(spoke-type force load cell)은 스포크(바퀴 살) 형태의 탄성체 구조를 사용하고 전단 응력 원리를 적용한 힘 측정용 로드셀입니다.
외형이 바퀴의 살(spoke)을 가진 휠과 매우 유사하기 때문에 **휠 스포크 로드셀(wheel-spoke load cell)**이라고도 불리며, 전체 높이가 매우 낮아 로우 프로파일(load profile) 로드셀이라고도 합니다.
이 유형의 로드셀은 공통적으로 낮은 높이, 높은 정확도, 우수한 선형성, 편심 하중에 대한 강한 내성, 큰 측방향 힘 대응 능력을 갖추고 있습니다.
압축력(압력) 측정은 물론 인장력 측정에도 사용할 수 있습니다.
스포크 로드셀의 기본 원리
높이가 매우 낮기 때문에 로우 프로파일 로드셀이라고도 불립니다.
이 로드셀의 두드러진 특징은 다음과 같습니다.
- 낮은 높이
- 높은 정밀도
- 우수한 선형성
- 편심 하중 및 측방향 힘에 대한 강한 내구성
압축력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 인장력 측정도 가능하여 계량 및 힘 측정 분야에 매우 적합합니다.
스포크 로드셀 구조 설계의 주요 원칙
- 우수한 강성 확보
로드셀의 작동 상태를 안정적으로 유지하고 외부 진동의 영향을 줄이기 위해, 하중이 가해졌을 때 탄성체의 탄성 변위를 가능한 한 줄여야 합니다.
이를 통해 고유 진동수를 높일 수 있습니다. - 단순하고 효과적인 일체형 구조
탄성체는 가능한 한 하나의 일체 구조로 설계하여 조립식 구조를 피해야 합니다.
이는 체결 풀림, 용접 변형 등으로 인한 영향을 줄이기 위함입니다. - 외란력에 둔감한 설계
탄성 변형이 발생하는 민감 영역의 응력 분포는 가해지는 힘의 크기에만 반응해야 하며, 간섭력의 영향을 최소화해야 합니다.
또한 가공성, 접착성, 밀봉 성능이 우수해야 하고 설치 공정도 용이해야 합니다. - 로우 프로파일 구조의 장점
낮은 높이의 구조는 설치가 쉽고 호환성이 뛰어나며, 편심 하중에 대한 저항성을 향상시켜 안정적인 작동 상태를 유지할 수 있습니다.
스포크 로드셀의 설치 방식
스포크 로드셀은 정적 측정과 동적 측정 모두에 사용됩니다.
작동 메커니즘은 외력이 가해지면 **탄성체(탄성 요소, 민감 빔)**가 탄성 변형을 일으키고, 그 표면에 부착된 **저항 스트레인 게이지(변환 요소)**도 함께 변형됩니다.
스트레인 게이지가 변형되면 저항값이 증가하거나 감소하며, 이 저항 변화는 측정 회로를 통해 전기 신호로 변환되어 외력을 전기 신호로 바꾸는 과정이 완성됩니다.
휠 스포크 로드셀 설치 방법
로드셀의 설치 방식은 유형마다 다르지만, 일반적으로 다음 원칙을 따릅니다.
- 한쪽은 확실하게 고정되는 부분
- 다른 한쪽은 힘을 받는 부분
고정 부분은 견고해야 하며, 하중이 가해지는 쪽에서는 편심 하중이 발생하지 않도록 해야 합니다.
휠 스포크 로드셀 배선 방법
일반적인 로드셀은 4심 차폐 케이블을 사용합니다.
보통 색상은 빨강, 검정, 초록, 흰색으로 구분됩니다.
- 빨강 / 검정: 여기 전원(Excitation)
- 일반적으로 DC 5~10V
- 빨강: 전원(+)
- 검정: 전원(–)
- 굵은 검정선: 차폐선(Shield)
- 접지(GND) 또는 하우징에 연결
실제로 이 굵은 검정선은 차폐 케이블 외부의 차폐층이며, 열수축 튜브로 덮여 있습니다.