로드셀 저항 스트레인 게이지의 원리
스트레인 게이지는 변형(strain)을 측정하는 소자로, 기계 부품에 발생하는 변형의 변화를 전기 저항의 변화로 변환합니다.
저항 스트레인 게이지는 직경 Φ=0.02~0.05mm의 콘스탄탄(Constantan)선 또는 니켈-크롬선을 격자 형태로 감거나(또는 매우 얇은 금속 박을 격자 형태로 에칭) 두 겹의 절연 시트(베이스) 사이에 끼워 제작됩니다. 스트레인 게이지의 와이어 그리드에는 은도금 구리선을 연결하여 리드선으로 사용합니다.
저항 스트레인 게이지에는 여러 형태가 있으며, 일반적으로 와이어 타입과 포일 타입이 사용됩니다. 직경 0.02~0.05mm의 콘스탄탄선 또는 니켈-크롬선을 격자 형태로 감거나, 매우 얇은 금속 포일을 격자 형태로 식각하여 두 겹의 절연 베이스 사이에 넣어 제작합니다. 주석 도금된 구리선이 스트레인 게이지 와이어 그리드에 연결되어 측정 회로와 연결됩니다.
스트레인 게이지의 측정 원리는 다음과 같습니다.
금속선의 저항값은 재료의 특성뿐 아니라 길이와 단면적에도 영향을 받습니다. 금속선을 부품에 부착한 상태에서 외력이 가해져 부품이 변형되면, 금속선의 길이와 단면적도 함께 변하고, 그 결과 저항값이 변화합니다.RdR=Ks⋅ε
여기서
- Ks: 재료의 감도 계수로, 단위 변형당 저항 변화율을 의미하며 해당 재료의 스트레인 효과가 얼마나 큰지를 나타냅니다.
- ε(엡실론): 측정 지점의 변형률로 무차원 값이며, 일반적으로 마이크로스트레인(με) 단위로 표현합니다.
즉, 금속선에 변형이 발생하면 변형률 ε과 저항 변화율 dR/R 사이에는 선형 관계가 성립하며, 이것이 금속 스트레인 게이지로 부품의 변형을 측정할 수 있는 이론적 근거입니다.
로드셀의 주요 용도
지능형 계량 센서는 설치가 간단하고 환경 적응성이 뛰어나 다양한 산업의 계량 요구를 충족할 수 있습니다. 주요 용도는 다음과 같습니다.
로드셀은 적용 범위가 매우 넓으며, 주로 전자저울, 산업 제어, 온라인 제어, 안전 과부하 경보, 재료 시험기 등의 분야에 사용됩니다.
예를 들면 다음과 같습니다.
- 전자 트럭 스케일
- 전자 플랫폼 스케일
- 전자 지게차 저울
- 동적 축중 저울
- 전자 크레인 스케일
- 전자 가격 계산 저울
- 전자 철강 저울
- 전자 레일 저울
- 호퍼 저울
- 배합 저울
- 충전 저울 등
로드셀 종류별 적용 예:
- 알루미늄 합금 캔틸레버 빔 로드셀: 전자 가격 계산 저울, 플랫폼 스케일, 소형 저울 등에 적합
- 강철 캔틸레버 빔 로드셀: 전자 벨트 스케일, 분류 저울 등에 적합
- 강철 브리지형 로드셀: 철도 저울, 트럭 스케일 등에 적합
- 컬럼(기둥)형 로드셀: 트럭 스케일, 동적 레일 저울, 대용량 호퍼 저울 등에 적합
S형 로드셀 설치 방법
① 상단과 하단의 나사산 양쪽을 동시에 수직 또는 수평으로 당겨 인장력을 측정합니다.
② 한쪽은 나사 구멍을 통해 장비에 고정하고, 다른 한쪽은 압축력을 받도록 사용합니다
(실험용 프레스와 유사하며, 누르는 방향의 힘을 직접 측정).
S형 로드셀은 주로 고체 간의 인장력과 압축력을 측정하는 데 사용됩니다. 외형이 알파벳 “S”와 유사하여 S형 센서라 불리며, 인장형 센서 또는 압축형 센서라고도 합니다. 설치가 간편하여 전자 크레인 스케일, 배합 저울 등에 널리 사용됩니다.
S형 로드셀 설치 시 주의사항
- 실제 사용 환경에 맞게 적절한 용량과 정격 하중의 S형 로드셀을 선택해야 합니다. 로드셀에는 일정 수준의 과부하 허용 범위가 있지만, 설치 및 사용 중 과부하는 반드시 피해야 하며, 단시간 과부하로도 센서가 영구 손상될 수 있습니다.
- S형 로드셀은 취급 시 각별히 주의해야 합니다. 특히 알루미늄 합금 엘라스토머를 사용하는 소용량 S형 센서는 진동으로 인한 충격이나 낙하만으로도 큰 출력 오차가 발생할 수 있습니다.
- 설치 전에 반드시 매뉴얼에 따라 배선을 수행해야 합니다. 일반적인 배선 색상은 다음과 같습니다.
- 빨강: 전원 + (EXC+)
- 검정: 전원 − (EXC−)
- 초록: 신호 + (SIG+)
- 흰색: 신호 − (SIG−)
- 파랑: 피드백 + (SEN+)
- 노랑: 피드백 − (SEN−)
※ 제조사에 따라 출고 시 배선 색상이 다를 수 있으므로 반드시 제품 설명서 기준으로 배선해야 합니다.
- S형 센서의 외함, 보호 커버, 케이블 접합부는 모두 밀봉 처리되어 있으므로 임의로 분해하지 마십시오. 센서 케이블 길이는 출고 시 출력 저항값에 맞게 조정되어 있으므로, 임의로 늘리거나 줄이면 출력 저항이 변하여 정확도에 영향을 줍니다. 정확도를 유지하기 위해 케이블을 임의로 연장하지 마십시오. 불가피하게 연장해야 할 경우, 납땜 후 방습 실링 처리를 하고 저항을 다시 조정해야 합니다.
- 센서 케이블은 강전류 전원선이나 펄스 노이즈가 많은 환경에서 멀리 배치하여 외부 간섭에 의한 신호 오류를 줄이고 측정 정확도를 향상시켜야 합니다.
- 고정밀 측정이 필요한 경우, 센서와 계측기는 약 30분간 예열한 후 사용하십시오.
- 예비 부품으로 구매한 로드셀은 건조하고 통풍이 잘되며 부식성 가스가 없는 장소에 보관해야 합니다.