1. 힘 센서 (Force Sensor)란?
힘 센서는 무게, 장력, 압축, 토크, 변형률, 응력 또는 압력과 같은 기계적 입력 힘을 힘의 크기를 나타내는 데 사용할 수 있는 전기 출력 신호로 변환하는 변환기입니다. 작업자에게 알리거나 기계 및 프로세스를 제어하기 위한 입력 역할을 하기 위해 신호는 표시기, 컨트롤러 또는 컴퓨터에 전달될 수 있습니다.
힘 센서와 힘 변환기는 기술적으로 서로 다르지만 두 문구는 가장 자주 같은 의미로 사용됩니다. 전력 장비, 엔지니어링 기계, 다양한 운영 기계 및 산업 자동화 시스템은 모두 그 어느 때보다 힘 센서를 필요로 합니다. 힘 센서는 다양한 크기로 제공되며 수백 그램에서 수백 톤에 이르는 힘을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
2. 힘 센서 작동 원리
힘 센서가 작동하는 방식의 기본 아이디어는 적용된 힘에 반응하여 그 값을 정량화 가능한 값으로 변환하는 것입니다. 다양한 감지 구성 요소를 기반으로 시장에는 다양한 유형의 힘 센서가 있습니다. 특정 물질은 힘을 받을 때 저항 등급을 변경할 수 있는 힘 감지 저항기라고 합니다.
여기에는 일반적으로 전극과 감지 재료가 포함되며 물체에 가해지는 힘은 힘 센서를 사용하여 측정할 수 있습니다. 적용된 힘은 힘 감지 저항의 저항 값이 얼마나 변하는지 측정하여 결정할 수 있으며 힘 감지 저항은 대부분의 힘 센서를 설계하는 데 사용됩니다.
힘 감지 저항기의 작동은 접촉 저항 특성을 기반으로 하며 힘 감지 저항기에서 전도성 폴리머 시트는 표면에 힘이 예측 가능하게 가해질 때 저항을 변경합니다. 이 필름은 마이크로미터 미만의 전기 전도성 및 비전도성 입자의 매트릭스로 구성됩니다.
미세한 크기의 입자는 필름 표면에 힘이 가해질 때 센서 전극에 닿아 필름의 저항을 변경합니다. 저항 값에서 발생하는 변화의 정도는 적용된 힘의 게이지 역할을 합니다. 즉, 기계적 힘이나 압력에서 측정할 수 있는 전기 저항을 변경합니다.
3. 힘 센서의 종류
일반적으로 4가지 유형의 힘 센서 기술은 감지 요소가 어떻게 동작하는지에 따라 구별할 수 있습니다. 용량성, 유도성, 압전 및 압전 저항 요소를 포함하는 이러한 힘 감지 방법은 다양한 환경 조건에서 성공적으로 작동합니다.
1) 유도력 센서
유도 센서는 전자기 유도 원리를 사용하여 항목을 감지하거나 측정하는 장치입니다. 전류가 인덕터를 통과하여 자기장을 생성할 때와 달리 자기장이 변할 때 인덕터를 포함하는 회로를 통해 전류가 흐르며 자기장과 상호 작용하는 금속 물체는 이 효과를 통해 찾을 수 있습니다.
유도 센서는 액체나 일부 유형의 먼지와 같은 비금속 물체가 자기장과 상호 작용하지 않기 때문에 축축하거나 더러워진 환경에서 작동할 수 있습니다. 일부 유도 센서는 자체 인덕턴스, 상호 인덕턴스 또는 와전류 생성과 같은 힘을 측정하기 위해 특성을 변경합니다.
낮은 힘 판독 및 변위 측정은 유도 힘 센서에 가장 적합합니다. 양방향 유도력 센서의 개발로 평면에서 힘의 진폭과 방향을 측정할 수 있게 되었습니다. 와전류는 LC 센서의 AC 자기장의 결과로 도체 표면에서 발생합니다. 유도 센서의 인덕턴스는 반대 자기장을 생성하는 와전류에 의해 효과적으로 감소하며 거리의 함수로 인덕턴스가 변경됩니다.
2) 자기 유도 센서
영구 자석의 존재는 자기 센서를 활성화하며 얇은 판이 불활성 가스가 있는 유리 전구로 밀폐된 리드 접점은 작동 이론의 기초를 형성합니다. 얇은 판은 자기장이 존재할 때 서로 구부러지고 접촉하여 전기 접촉을 생성합니다. 저전류 또는 고유도 회로에 특히 적합한 특정 물질이 플레이트 표면에 도포되었습니다.
기존의 기계식 스위치에 비해 자기 센서는 밀폐형 유리 전구와 불활성 가스로 인해 접점은 먼지, 산화 및 부식으로부터 고도로 보호되며 접점은 기계 부품이 아닌 자기장에 의해 작동됩니다. 긴 접촉 수명은 접점의 특수 표면 처리로 보장됩니다.
3) 정전식 힘 센서
유전체 환경에서 도체 간의 전기 커패시턴스 측정은 정전 용량 감지에 사용됩니다. 재료에는 유전 상수와 같이 용량성 센서가 측정할 수 있는 특성이 포함되어 있어 집적 회로와 잘 작동하여 소형 센서를 가능하게 합니다. 정전 용량 센서의 응용 분야에는 압력, 거리, 두께, 근접도 및 터치 측정이 포함됩니다.
4) 아날로그 정전 용량 센서
아날로그 정전식 센서는 단순히 일반 정전식 센서처럼 작동하지만 사용 방법에 따라 다양한 이점을 제공합니다. 아날로그 정전식 센서와 기존의 정전식 근접 센서를 비교하면 다양한 이점을 볼 수 있습니다. 재료 선택, 제품 두께 모니터링, 농도 변화 및 근접 감지와 관련된 설정을 포함한 다양한 설정에서 효과적으로 작동합니다.
5) 소형 정전 용량 센서
소형 정전용량 센서는 작업 계산에 사용되는 감지기와 같은 기능을 하며 주로 기계 프로세스를 모니터링하고 조절하는 데 사용됩니다. 소형 센서 헤드는 가능한 최고의 정밀도로 작은 장소에 장착하기 위해 추가 증폭기가 필요하며 합니다.
6) 고온 정전 용량 센서
센서 헤드가 광범위한 온도에 노출되는 경우 고온 정전 용량 센서가 사용됩니다. 가장 혹독한 조건에서도 이 센서는 뜨거운 재료 및 온도와 밀접하게 접촉하는 경우에도 액체 온도와 벌크 제품을 감지할 수 있습니다.
7) 압전 힘 센서
압전 효과를 활용하는 가제트는 압전 힘 센서의 예입니다. 일부 재료는 기계적 응력이나 힘이 특정 평면을 따라 가해질 때 전압을 생성합니다.
8) 피에조레지스티브 힘 센서
저항 유형의 힘 센서는 저항을 변화시키고 힘, 변형률 및 압력을 포함한 다양한 환경 요인을 모니터링하면서 필요한 출력을 생성합니다. 센서에서 직접 제조하거나 센서에 결합할 수 있는 힘 감지 물질이 스트레인 게이지에 사용됩니다.
저항력 센서 감지 기술은 센서에 외력이 가해질 때 기판에 대해 저항 요소가 변형되는 것을 포함합니다. 기판 상의 전도성 물질은 스페이서 조리구로부터의 공기가 꼬리 부분의 통풍구를 통해 강제될 때 활성 영역과 접촉하게 된다. 결과적으로 전도가 가능하고 재료의 저항이 감소합니다.
저항 유형의 힘 센서는 저항을 변화시키고 힘, 변형률 및 압력을 포함한 다양한 환경 요인을 모니터링하면서 필요한 출력을 생성합니다.
9) 옵티컬 포스 센서(Optical Force Sensor)
빛에 대한 압력의 영향은 광학 압력 센서가 압력 변화를 식별하는 방법으로 가장 기본적인 형태는 압력이 상승할 때 빛을 어둡게 하는 기계 장치일 수 있습니다. 위상차를 측정하면 보다 정교한 센서에서 미세한 압력 변화를 매우 정확하게 측정할 수 있습니다.
압력이 상승하면 강도 기반 광학 압력 센서에서 광원이 점진적으로 막히며 수신된 빛의 변화를 측정합니다. 압력으로 인해 다이어프램이 움직이고 관련 불투명 베인이 LED의 밝기를 더욱 어둡게 합니다. 포토다이오드는 광도의 감소를 감지하고 압력을 직접 측정합니다.
베인에 의해 방해받지 않는 기준 광 다이오드는 이와 같은 간단한 광학 압력 센서에 필요합니다. 이를 통해 센서는 공급 전압의 변화와 다른 변수로 인한 광 출력의 변화를 보상할 수 있습니다.
'데이터계측분석 > 센서 기술자료' 카테고리의 다른 글
| RTD센서의 종류 (0) | 2024.05.15 |
|---|---|
| 압력게이지의 종류 (0) | 2024.05.12 |
| 스트레인 게이지 작동원리와 종류 (0) | 2024.05.03 |
| 스트레인 게이지 브릿지회로 (0) | 2024.05.02 |
| 로드셀의 종류 (0) | 2024.05.02 |