로드셀의 종류와 동작 원리

1. 로드셀이란?

 

로드셀은 스트레인  게이지를 기반으로 하는 일종의 힘 센서로, 힘  변환기는 압전 저항 힘 감지기를 사용합니다. 이러한 힘 센서는 스트레인 게이지의 변형과 힘을 연관시키는 대신 힘을 직접 감지합니다.

 

 

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2. 로드셀 동작원리

로드셀은 인장, 압축, 압력 또는 토크와 같은 측정된 전기 출력 신호를 평가 및 제어할 수 있는 정량적 전기 출력 신호로 생성하는 힘 변환기입니다.

전기 신호는 로드셀에 가해지는 힘에 따라 변합니다.

 

1) 저항성 로드셀

• 저항성 로드셀은 압전 저항률 개념에서 작동합니다.
• 하중/힘/응력이 감지 소자에 가해지면 저항이 변합니다.
• 입력 전압이 제공되면 이러한 저항의 변화로 인해 출력 전압이 변경됩니다.

 

 

2) 용량성 로드셀

• 용량성 로드셀은 용량성 변화를 기반으로 작동하며, 이는 전압이 추가될 때 특정 충전 수준을 저장하는 시스템의 용량을 나타냅니다.
• 일반적인 병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스는 플레이트 중첩 속도 및 플레이트 사이의 유전 상수와 직접적인 관련이 있으며 분리에 반비례합니다.

 

 

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3) 저항성로드셀 동작방식

• 로드셀은 스트레인 게이지 아이디어에 따라 작동합니다.
• 스트레인 게이지가 있는 벤딩 빔은 가장 기본적인 종류의 로드셀입니다.
• 금속 호일 스트레인 게이지의 전기 저항은 가해지는 힘에 따라 변동합니다.
• 힘, 압력, 인장, 압축, 토크, 무게 등이 전기 저항의 변화로 변환(또는 변환)되어 측정될 수 있습니다.
• 힘 센서의 구성 요소는 금속 호일 스트레인 게이지입니다.
• 이 기술의 흥미로운 용도 중 하나는 스트레인 게이지 브리지를 통한 중량 측정입니다.
• 스프링 요소에 장착된 스트레인 게이지(SG)는 이 스트레인(포지티브 또는 네거티브)을 전기 출력으로 변환합니다.
• 스트레인 게이지는 필름에 지그재그로 부착된 전기 전도체입니다.
• 이 필름이 늘어나면 도체와 마찬가지로 늘어나고 늘어납니다.
• 전기 전도체의 저항은 구조적 변화로 인해 변합니다.
• 이 개념에 기초하여, 로드셀에 가해지는 변형률을 측정할 수 있으며, 변형계 저항은 적용된 변형률에 따라 증가하고 수축에 따라 감소합니다.
• 변형률/저항 변화를 부하에 비례하는 전압으로 변환하기 위해 휘트스톤 브리지 회로를 적용합니다.
• 센서 본체는 종종 알루미늄 또는 스테인리스강으로 구성되며, 이는 센서에 큰 하중을 견딜 수 있는 인성과 힘이 풀릴 때 약간 구부러지고 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 유연성이라는 두 가지 필수 특성을 제공합니다.

 

4) 휘트스톤 브리지 회로

 

• 4개의 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지 구조로 함께 연결되어 있으며, 휘트스톤 브리지 네트워크에 표시된 것처럼 4개의 개별 저항기가 결합되어 있습니다.
• 활성화 전압(일반적으로 10V)은 한 쌍의 모서리로 전달되고 다른 두 모서리 사이의 전압 차이가 결정됩니다.
• 4개의 저항이 값이 밀접하게 일치하면 부하가 적용되지 않을 때 전압 출력은 0이거나 0에 매우 가깝습니다.
• 그렇기 때문에 평형 브리지 회로라고 합니다.
• 스트레인  게이지가 장착된 금속 요소에 힘이 가해지면 이어지는 변형으로 인해 저항기 중 하나(또는 그 이상)의 저항이 변경됩니다.

 

 

 

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5) 스트레인 게이지 기반 로드셀의 장/단점

 

 

 

장점

1. 높은 정확도
2. 스테인리스강 또는 알루미늄으로 제작된 견고한 구조
3. 혹독한 조건에서 높은 성능 발휘
4. 더 나은 수명

단점

1. 반응성이 매우 높거나 부식성이 강한 물질은 게이지 재료를 파괴할 수 있기 때문에 스트레인 게이지 로드셀은 특정 유형의 물질의 압력 측정에 사용할 수 없습니다.
2. 게이지에 의해 생성되는 신호는 밀리볼트 정도이며, 이는 출력에 표시되기 위해 증폭되어야 함을 의미합니다.
3. 이 기기로 매우 높은 하중을 측정할 수 없습니다.

 

 

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3. 로드셀의 종류

 

 

 

1) 인라인 로드셀

 

• 일반적으로 인라인 포스 트랜스듀서는 수나사가 있는 포스 센서입니다.
• 이 유형의 하중 하중 변환기는 미는 힘과 당기는 힘 모두에 적합합니다.
• 인라인 센서는 극도의 정밀도와 내구성을 제공하는 동시에 작은 장착 간격을 요구합니다.
• 내구성 테스트, 프레스 인 힘 측정 및 체육관 훈련 장비용 힘 측정 감지기에 적합합니다.
• 마이크로 로드셀은 마이크로 포스 센서, 미니어처 로드셀, 미니어처 포스 센서 또는 밀리그램 로드셀과 같은 더 작은 형태로도 사용할 수 있습니다.

 

 

 

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2) 컬럼 로드셀

• 컬럼 로드 셀(Column Load Cells)은 캐니스터 로드 셀(Canister Load Cells)이라고 합니다.
• 이 로드셀은 CNC 기계 바이스 클램핑력 테스트와 같은 강력한 압축 테스트를 위해 고안되었습니다.
• 이 장치는 2,000에서 30,000lbs 범위의 용량을 견디고 특징으로합니다.
• Small Load Cell Canister 시리즈는 공간이 제한된 어플리케이션을 위한 제품입니다.

 

 

3) 로드 버튼

• 압축 응력은 이러한 힘 변환기의 단일 평평하고 융기된 표면(버튼이라고 함)에 가해집니다.
• 로우 프로파일 로드셀 설계는 로드 버튼입니다. 그들의 작은 크기에 관계없이, 그들은 그들의 내구성을 위해 알려져 있고 고갈 신청에서 사용됩니다.
• LLB-130 초소형 로드셀 로드 버튼과 같은 미니어처 모드는 대부분의 산업 응용 분야에서 매우 중요합니다.
• 하중 버튼은 구름 요소 지지 하중을 평가하는 데 사용됩니다.

 

 

 

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4) S 빔 로드셀

 

• 일반적으로 Z 빔 센서 또는 S 타입 로드셀이라고 하는 S 빔 로드셀입니다. 
• 이것은 설치를 위한 암나사가 있는 인장 및 압축 로드셀입니다.
• 이 힘 센서 유형은 높은 정확도와 좁은 빔 로드 셀 및 컴팩트한 프로파일로 인해 인라인 처리 및 자동화된 제어 피드백 응용 분야에 탁월합니다.
• 유체 유량 측정 어플리케이션에서 S 빔 로드셀은 비접촉식 유량 센서로도 사용할 수 있습니다.

 

 

5) 스루 홀 로드셀

• Thru Hole Load Cell은 도넛 로드셀 또는 와셔 로드셀이라고 합니다.
• 스루홀 로드셀은 샤프트가 중심을 통과하도록 하는 압축력을 감지하기 위해 사용되는 균일한 나사산이 없는 내경을 가지고 있습니다.
• 이 센서 유형의 가장 일반적인 응용 분야 중 하나는 볼트 하중을 결정하는 것입니다.

 

 

 

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6) 팬케이크 로드셀

 

• 팬케이크 로드셀, 범용 로드셀 또는 전단 웹 로드셀에는 장력 또는 압축 응력을 측정하기 위한 중앙 드릴 구멍이 있습니다.
• 이 힘  트랜스듀서는 재료 하중 테스트, 탱크 밸런싱 시스템 로드셀 또는 크레인 로드셀 활동을 포함하여 높은 내구성, 연장된 서비스 수명 또는 높은 인라인 측정이 필요한 응용 분야에 사용됩니다.
• 또한 축외 하중에 매우 강하며 로우 프로파일 팬케이크 로드셀 설계로 제공됩니다.

 

 

7) 로드 엔드 로드셀

 

• 액추에이터 로드셀(Actuator Load Cell)이라고도 하는 이 부하 센서 설계에는 부착용 단일 수나사와 1개의 암나사가 포함되어 있습니다.
• 수나사 및 암나사 조합은 실제 고정 장치에 힘 센서를 통합해야 하는 용도에 가장 적합합니다.

 

 

 

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8) 벤딩 빔 로드셀

 

• 산업 응용 분야에 적합한 얇은 형태를 가지고 있습니다.
• Bending Beam Load Cells는 산업 응용 분야에서 힘, 표면 압력 및 변위를 정량화하기 위해 압축에 사용됩니다.
• 캔틸레버 로드셀은 컴팩트한 크기로 인해 제한된 공간에 탁월한 선택입니다.

 

 

 

9) 단일 포인트 로드셀

 

• 전단 빔 로드 셀은 단일 포인트 로드 셀의 또 다른 이름입니다.
• 이러한 단일 지점 설계의 측면 장착형 로드 셀은 높은 정확도 또는 대규모 벌크 작업이 필요한 산업 응용 분야를 위해 특별히 고안되었습니다.
• 소형 평행사변형 센서 또는 단일 지점 로드 셀이라고도 하는 이 변형 계측 힘 감지기는 압축과 장력을 모두 모니터링합니다.