로드셀은 어떻게 작동하나요?
스트레인 게이지 로드셀은 가해진 압력이나 하중에 따라 저항을 변화시키는 정밀 스트레인 게이지를 통해 힘을 전기 신호로 변환합니다.
이러한 변환은 스트레인 게이지 로드셀의 두 가지 주요 구성 요소인 스트레인 게이지와 감지 소자를 통해 가능합니다.
- 스트레인 게이지: 금속의 변형에 비례하여 저항 출력이 변하는 가변 저항의 일종입니다.
- 요소: 가해지는 힘에 비례하여 예측 가능하게 반응하는 가공된 금속 조각입니다.
스트레인 게이지는 감지 요소에 세심하게 접착되어 있으며, 함께 스트레인 게이지 로드셀의 핵심을 형성합니다.
스트레인 게이지의 감도와 정확도를 높이기 위해 스트레인 게이지가 통합된 휘트스톤 브리지 회로. 이 회로는 로드셀이 저항의 미세한 변화를 감지하는 능력을 향상시켜 매우 정밀한 측정이 가능합니다.
추가적인 전기 부품으로 보완된 스트레인 게이지 로드셀은 다양한 계량 및 힘 측정 애플리케이션에 필수적인 정밀하고 안정적인 신호를 제공하도록 미세 조정된 시스템입니다.
2. 스트레인 게이지
스트레인 게이지란 무엇인가요?
스트레인 게이지는 기계적 변형, 특히 물체의 변형률을 측정하는 데 사용되는 정밀 센서입니다. 물체에 외부 힘이 가해지면 응력과 변형이 발생합니다. 변형률은 원래 길이에 대한 변형의 비율이며, 이 변형률을 측정하면 테스트 중인 재료 또는 물체의 성능과 구조적 무결성에 대해 많은 것을 알 수 있습니다. 스트레인 게이지를 스트레인 물체에 부착하면 물체가 받는 응력 또는 스트레인을 측정하고 이를 저항 변화의 형태로 전기 출력으로 변환할 수 있습니다.
물리적으로는 스트레인 게이지 는 캐리어라고 하는 유연한 뒷면 소재 위에 얇은 금속 호일 패턴(“게이지”)을 배치하는 방식으로 구성됩니다. 호일은 일반적으로 지그재그 패턴으로 배열되어 좁은 면적 내에서 길이를 최대화하여 변형에 대한 민감도를 높입니다. 테스트 대상 재료의 표면에 접착되면 게이지가 재료와 함께 변형됩니다.
스트레인 게이지는 로드셀에 어떻게 적용됩니까?
정밀도를 높이고 오류를 줄이기 위해 스트레인 게이지는 일반적으로 다음과 같이 통합됩니다. 휘트스톤 다리 회로를 로드셀에 사용할 때 사용합니다. 휘트스톤 브리지는 전기 저항 변화를 높은 정확도로 측정하는 데 사용되는 전기 회로입니다. 가장 일반적인 구성은 4개의 저항 암으로 구성되며, 스트레인 게이지는 이러한 암 중 하나 이상을 형성합니다. 스트레인이 게이지의 저항을 변화시키면 브리지의 불균형이 해소되어 측정할 수 있는 차동 전압이 생성됩니다.
이 설정은 단일 게이지를 사용할 때보다 몇 가지 장점이 있습니다. 저항 판독값에 영향을 줄 수 있는 온도 변화를 보정하고 스트레인으로 인한 저항의 아주 작은 변화도 측정할 수 있어 감도와 정확도가 향상됩니다. 브리지 회로는 안정적인 전압 또는 전류로 여기될 수 있으며, 스트레인의 함수인 결과 출력 신호는 안정적이고 반복 가능합니다.
3. 감지 요소
로드셀 요소란 무엇인가요?
감지 요소(“스프링 요소” 또는 “스프링 본체'라고도 함)는 정밀하게 가공된 금속 조각으로, 일반적으로 고급 합금강, 스테인리스강 또는 알루미늄을 사용합니다. 강도, 선형 탄성 및 내식성에 대한 엄격한 요구 사항이 있기 때문에 소수의 합금만 사용할 수 있습니다. 성능과 내구성을 더욱 향상시키기 위해서는 표면 및 열처리와 함께 정밀 가공이 필요합니다.
요소는 특정 방향으로 힘이 가해질 때 예측 가능하고 일관된 방식으로 변형되도록 설계되었습니다. 이러한 변형은 무작위로 발생하는 것이 아니라 감도와 정확도를 극대화하도록 설계된 잘 정의된 영역에서 발생합니다. 이러한 영역에 부착된 스트레인 게이지는 물리적 형태에 변화가 발생하고, 이로 인해 전기 저항이 변경됩니다. 이러한 저항의 변화는 변형의 양에 정비례하므로 가해지는 힘에 비례합니다.
감지 요소는 다음과 같은 역할을 합니다:
- 스트레인 게이지 및 기타 민감한 전기 부품을 보관하고 보호합니다.
- 스트레인 게이지가 정확하고 반복적으로 측정할 수 있도록 탄성 변형이 제어된 방식으로 이루어집니다.
- 특정 모양과 크기가 필요한 다양한 애플리케이션에 무게 또는 힘 센서를 쉽게 통합할 수 있습니다.
감지 요소는 측정할 힘의 유형, 특정 애플리케이션 및 정격 용량에 맞게 설계되고 최적화된 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 일부는 더 높은 안전 계수 또는 내구성을 위해 설계된 반면 다른 일부는 감도 또는 응답 시간에 최적화되어 있습니다.
요소 모양은 일반적으로 몇 가지 일반적인 로드셀 유형으로 분류됩니다:
4. 모든 것이 함께 작동하는 방식
로드셀이 실제로 모든 구성 요소와 함께 작동하는 방식을 보여드리기 위해 기본 단일 포인트 로드셀을 사용하여 시연해 보겠습니다. 플랫폼은 압축력을 측정하기 위해 개별 싱글 포인트 로드셀을 사용할 수 있습니다.
단일 포인트 로드셀의 감지 요소는 이 그림과 유사하게 보입니다(그림 4.1):
적재 지점에서 로드셀에 하중이 가해지면 센서 요소는 다음 시뮬레이션과 유사한 스트레인을 생성합니다. 스트레인 게이지는 일반적으로 가장 많은 스트레인이 발생하는 센서 요소에 접착됩니다.
감지 요소의 모양 변화는 설명을 위해 과장된 것입니다. 대부분의 로드셀의 일반적인 편향은 풀 스케일에서 약 0.1mm ~ 1mm입니다.
로드셀의 설치 프로세스는 설계에 따라 다르며 특정 사용 사례에 맞게 조정됩니다. 예를 들어, 싱글 엔드 및 싱글 포인트 타입 로드셀은 한쪽 끝(‘고정 엔드’)을 견고한 구조물에 단단히 고정하고, 반대쪽 끝(‘라이브 엔드’)은 부착되지 않은 상태로 유지하여 적용된 하중을 정확하게 기록할 수 있습니다. 약간의 정렬 불량이나 제약 조건만 있어도 측정값이 왜곡되어 로드셀의 정확도가 저하될 수 있으므로 올바른 설치가 중요합니다.
보정은 그 다음 중요한 단계로, 정지 상태에서 제로 밸런스를 유지하고 사용 중 정확한 힘 측정을 보장하기 위해 로드셀을 미세 조정합니다. 이 조정에는 종종 로드셀에 알려진 중량을 적용하고 이러한 표준에 따라 출력을 보정하여 시스템의 신뢰성을 보장하는 작업이 수반됩니다. 애플리케이션의 규제 환경에 따라 특정 규정 준수 표준을 충족하기 위해 인증이 필요할 수도 있습니다.
마지막 단계는 로드셀을 판독 또는 데이터 수집 시스템과 통합하여 전기 신호를 판독 가능한 무게 또는 힘 메트릭으로 변환하는 것입니다. 이러한 연결은 측정값의 시각화를 용이하게 할 뿐만 아니라 다양한 분야의 운영을 간소화하는 핵심 기능인 데이터 인터페이스 및 전송을 가능하게 합니다. 이러한 구성 요소와 프로세스의 응집력 있는 어셈블리는 스트레인 게이지 로드셀이 수많은 어플리케이션에 필수적인 신뢰할 수 있고 정확한 측정값을 제공하도록 보장합니다.
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