로드셀이란 무엇인가요?
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로드셀은 정밀 측정 센서로, 기계적 힘을 측정, 조절 및 분석할 수 있는 전기 신호로 변환하는 힘 변환기입니다. 로드셀은 힘(예: 장력, 압축, 전단, 토크 등)이 가해질 때 이 힘을 가해진 힘에 비례하여 변화하는 전기 신호 출력으로 변환합니다.
로드셀 센서는 일관되고 신뢰할 수 있는 힘의 측정을 가능하게 하며 다양한 계량 및 기타 힘 측정 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 여기에는 무역 및 물류에서 제품의 무게를 측정하고, 안전을 보장하며, 자동화를 가능하게 하고, 장치를 보정하는 것이 포함됩니다. 다음과 같은 다양한 산업에서 사용됩니다. 포장, 자동차, 화학 처리, 농업건설, 의료제약, 테스트 및 측정, 로봇 공학 등 다양한 분야에 걸쳐 있습니다.
공압/유압, 압전, 진동 와이어, 스트레인 게이지 등 힘을 다양한 형태의 출력으로 변환하는 로드셀에는 여러 가지 유형이 있습니다. 스트레인 게이지 기술을 사용하는 로드셀이 가장 일반적이며 대부분의 산업 및 상업용 애플리케이션에서 볼 수 있습니다. 스트레인 게이지 기반 로드셀은 다용도성, 내구성 및 상대적인 비용 효율성으로 인해 선호됩니다.
대부분의 전자 저울과 계량 시스템의 '신경'인 로드셀은 저울의 핵심에 표준화되고 일관된 중량 센서를 제공하여 모든 물리적 상품의 상거래를 가능하게 하고 효율성을 극대화합니다. 산업용 애플리케이션에서 로드셀은 단순한 저울용 부품이 아니라 자동화 프로세스, 품질 보증, 장비 교정, 안전 모니터링 등 몇 그램에서 수백 톤에 이르는 광범위한 애플리케이션에서 힘 측정 센서로서 매우 중요합니다.
1. 스트레인 게이지 로드셀
1.1 스트레인 게이지 로드셀이란?
스트레인 게이지 로드셀은 열악한 조건을 견딜 수 있으면서도 높은 수준의 정확도를 제공하기 때문에 산업 및 상업용 어플리케이션에서 가장 일반적인 형태의 로드셀입니다. 간단하면서도 효과적인 설계로 고정밀 실험실 저울부터 중장비 산업용 계량 시스템에 이르기까지 다양한 장비에 쉽게 통합할 수 있습니다.
스트레인 게이지 로드셀은 금속 몸체의 변형을 전기 저항의 비례 변화 형태로 측정값으로 변환합니다.
스트레인 게이지 로드셀은 두 가지 중요한 구성 요소를 기반으로 합니다:
- 요소: 가해지는 힘에 비례하여 일정하게 변형되는 가공된 금속 조각입니다.
- 스트레인 게이지: 금속의 변형에 비례하여 저항 출력이 변하는 가변 저항기 유형입니다.
1.2 스트레인 게이지
스트레인 게이지는 가변 저항기로서 전기 저항을 변경하여 물리적 변형에 반응하며, 이러한 변화는 휘트스톤 브리지 회로에 통합될 때 정밀하게 측정됩니다. 이 설정은 4개의 저항 암이 상호 연결되고 적어도 하나는 스트레인 게이지로 구성되어 있어 매우 정확한 저항 측정이 가능할 뿐만 아니라 온도에 의한 오류를 보정하고 미세한 스트레인으로 인한 저항 변화에 대한 감도를 향상시킵니다. 그 결과 고정밀 힘과 무게 측정에 필수적인 안정적이고 반복 가능한 출력 신호가 생성됩니다.
1.3 로드셀 요소
감지 요소는 스트레인 게이지가 접착되는 정밀하게 가공된 금속 조각(일반적으로 고급 합금강, 스테인리스강 또는 알루미늄으로 제작됨)입니다. 이 요소는 내구성이 뛰어난 인클로저 역할을 하여 섬세한 게이지를 보호할 뿐만 아니라 세심하게 보정된 특성을 지니고 있어 제어된 방식으로 변형할 수 있습니다.
이 요소는 다양한 모양과 크기로 제공되므로 스트레인 게이지 로드셀을 크고 작은 다양한 애플리케이션에 쉽게 통합할 수 있습니다.
자세히 알아보기 일반적인 로드셀 모양.
2. 유압 로드셀
2.1 유압 로드셀이란 무엇인가요?
유압 로드셀에는 유체가 채워진 챔버와 피스톤이 있습니다. 피스톤에 힘이 가해지면 유압 유체에 압력이 가해지며, 압력 게이지 또는 변환기로 측정하여 힘을 나타냅니다.
유압식 로드셀은 열악한 환경과 무거운 하중을 견딜 수 있어 본질적으로 견고하고 고용량 계량에 적합합니다. 또한 전기장의 변동에 영향을 받지 않습니다.
그러나 유압식 로드셀에는 몇 가지 한계가 있습니다. 전자 로드셀보다 반응 속도가 느려 급격한 변화가 발생하는 동적 측정에는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한 유압 유체의 점도는 온도에 따라 달라질 수 있어 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 유압 시스템은 누출을 방지하기 위해 엄격한 밀봉이 필요하므로 유지보수가 복잡할 수 있습니다. 또한 유압 로드셀의 복잡성과 크기로 인해 소형화가 요구되는 공간에서는 사용이 제한될 수 있습니다. 이러한 단점에도 불구하고 내구성과 정상 상태 힘 측정의 정밀성 덕분에 특정 산업 분야에 유용한 도구로 사용할 수 있습니다.
3. 공압 로드셀
3.1 공압 로드셀이란?
공압 로드셀은 공기압을 이용해 힘을 측정하는 방식으로 작동합니다. 이 셀은 다이어프램에 가해지는 기계적 힘이 기압의 변화로 변환되어 측정되는 유체 역학의 원리를 활용합니다.
하중이 가해지면 공압식 로드셀 내부의 다이어프램에 변형이 발생합니다. 이 변형은 셀 내부의 부피를 변화시켜 공기 압력에 영향을 미칩니다. 그런 다음 공기를 추가하거나 방출하여 압력을 설정 지점으로 안정화합니다. 이 균형을 유지하는 데 필요한 공기압의 양은 가해지는 힘을 나타내며 압력 센서로 측정됩니다.
공압식 로드셀은 전기 부품이 없기 때문에 휘발성 환경에서 사용하기에 더 안전하지만, 몇 가지 단점이 있습니다. 전자 로드셀보다 응답 시간이 느릴 수 있으며 주변 기압 및 온도 변화에 따라 정확도가 영향을 받을 수 있습니다. 또한 해상도가 낮은 경향이 있어 정밀한 측정이 중요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
4. 압전 로드셀
4.1 압전 로드셀이란?
압전 로드셀은 특정 재료(예: 석영)가 가해진 기계적 응력에 반응하여 전하를 생성하는 압전 효과에 기반하여 힘을 측정합니다.
힘이 가해지면 압전 소자의 고유한 특성으로 인해 그 힘에 비례하는 전압이 발생합니다. 이 즉각적인 반응은 일반적으로 전하 증폭기를 통해 포착되어 판독 가능한 전기 신호로 변환됩니다.
압전 로드셀은 동적 하중에 대한 빠른 응답과 높은 정밀도에도 불구하고 시간이 지남에 따라 전하가 누설될 수 있기 때문에 정적 측정에는 적합하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 힘의 변화를 빠르게 감지하는 능력은 일시적인 힘을 측정하는 애플리케이션에 유용합니다.
5. 진동 와이어 로드셀
5.1 진동 와이어 로드셀이란?
진동 와이어 로드셀은 인장된 와이어의 주파수 변화 원리를 이용해 힘을 측정합니다. 이 유형의 로드셀은 다음과 같이 구성됩니다:
장력 와이어: 셀 내 양쪽 끝에 고정되어 있는 금속 와이어입니다.
자기 코일: 와이어를 둘러싸고 진동을 유도하고 와이어의 고유 진동수를 측정하는 데 사용됩니다.
진동 와이어 기술의 메커니즘은 전자기장으로 와이어를 잡아당겨 진동을 일으키는 것입니다. 진동 주파수는 와이어의 장력에 정비례하여 변화하며, 이는 가해지는 힘이나 하중에 따라 달라집니다. 이 주파수 변화는 전기 신호로 변환되어 힘의 측정값으로 판독 및 해석할 수 있습니다.
진동 와이어 로드셀은 장기간 사용해도 안정성과 신뢰성이 높고 다른 유형보다 드리프트에 덜 민감한 것으로 알려져 있습니다. 그러나 제조가 더 복잡할 수 있으며 온도 변화에 민감할 수 있어 와이어의 장력에 영향을 미쳐 주파수 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 내구성이 뛰어나 환경 조건이 크게 달라질 수 있는 지질 공학 및 장기 모니터링 애플리케이션에 적합합니다.
로드셀은 어디에 있나요?
모든 가정용품은 소비자의 손에 전달되기 전에 여러 번 무게를 측정합니다.
로드셀은 힘이나 무게를 측정해야 하는 모든 곳, 특히 높은 수준의 정밀도나 내구성이 요구되는 애플리케이션에서 찾을 수 있습니다. 로드셀은 수백 톤 이상부터 몇 그램 이하까지 모든 것을 측정하는 데 사용되며, 물리적 제품을 취급해야 하는 거의 모든 산업에 필수적입니다.
생산부터 배송까지 로드셀은 중추적인 역할을 합니다.
로드셀의 필수적인 역할을 설명하기 위해 A4 인쇄용지 더미의 여정을 생각해 보십시오:
로드셀과 힘 변환기는 로드셀이 장착된 기계식 암이 갓 벌목한 나무를 들어 올려 무게를 측정하는 지점부터 운송 안전 및 임업 규정에 따라 수확한 목재의 질량을 결정하는 트럭 저울에 이르기까지 사용됩니다. 제지 가공 공장에서도 컨베이어 시스템에서 로드셀은 가공 전에 원료 섬유의 무게를 모니터링하는 데 중요한 역할을 합니다. 생산 후에는 종이의 무게를 꼼꼼하게 검사하여 배치 균일성을 확인합니다. 마지막으로 종이 팔레트가 창고에 들어오고 나갈 때 로드셀은 재고 관리를 위해 화물 중량을 확인하고, A4 용지 한 팩이 주문되면 선적 전 정확한 운임 비용 계산을 위해 무게를 측정합니다.
스트레인 게이지 로드셀이 널리 사용되는 이유는 무엇입니까?
스트레인 게이지 로드셀은 정밀도, 다용도성 및 신뢰성으로 인해 다양한 산업 분야에서 필수적인 제품으로 선호되고 있습니다. 밀리그램에서 인치 파운드, 킬로톤에 이르는 광범위한 무게 또는 힘 범위를 측정할 수 있어 수많은 애플리케이션의 다양한 요구 사항을 충족합니다.
그리고 정밀도 의 스트레인 게이지는 미세한 물리적 변형을 전기 신호로 변환하여 무게와 힘 측정의 정확성을 보장합니다. 이러한 정확도는 생산 라인 전반의 품질 관리를 유지하고 규제 표준을 준수하는 데 매우 중요합니다.
내구성 스트레인 게이지 로드셀은 열악한 환경과 가혹한 산업 조건에서도 효과적으로 작동할 수 있도록 견고하게 제작되어 내구성이 뛰어난 것이 또 다른 핵심 요소입니다. 이러한 견고함은 수명과 일관된 성능으로 이어지며, 이는 지속적인 운영에 필수적인 요소입니다.
상대 비용 효율성 의 스트레인 게이지 로드셀이 널리 사용되고 있습니다. 스트레인 게이지 로드셀은 고품질 측정과 경제성이 균형을 이루고 있어 과도한 비용 지출 없이 운영을 최적화하고자 하는 기업에게 필수적입니다.
또한 통합의 용이성 로드셀을 다양한 시스템에 적용할 수 있고 맞춤형 어플리케이션을 위한 확장성을 갖추고 있어 기존 기술 설정에 원활하게 적용할 수 있습니다. 무게 변화에 대한 높은 감도로 미세한 변화도 포착할 수 있어 정밀한 공정 제어가 가능합니다.