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인장·압력 로드셀(Tension Pressure Load Cell)의 작동 원리

인장·압력 로드셀은 무게 센서(Weight Sensor)의 한 종류입니다.
물리적 데이터를 정확하게 측정 가능한 전자 신호로 변환하는 장치로, 산업용 계량 장비, 플랫폼 저울, 전자 저울, 훅 스케일, 배칭 저울 등에서 널리 사용됩니다.

로드셀의 종류에 따라 적용 분야와 사용 방식이 다릅니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

1. 일반 인장·압력 로드셀

  • 특정 규격의 계량에 적합 (플랫폼 저울, 사일로 계량 시스템 소프트웨어 등)
  • 정밀 계량이 필요한 산업용 시스템에 특히 적합
  • 비율 안정성과 밀폐 설계로 극한 환경에서도 장기간 안정적 작동 가능

2. 컬럼형 인장 센서(Column-type Tension Sensor)

  • 컬럼형과 S형의 장점을 모두 갖춤
  • 구조가 콤팩트, 외관 미려, 측정 정확도 높음
  • 자동 제어 시스템에서 편향에 강함

3. 인장·압력 로드셀의 일반 특징

  • 고정밀, 저드리프트(low drift), 소형, 편향 저항 강함
  • 세밀한 힘 측정 및 자동 제어 시스템에서 널리 사용됨

4. U형 인장·압력 로드셀

  • 구조가 콤팩트하고 설치 용이
  • 측정 정확도 높음, 편향에 강함
  • 철도 신호 조작, 배칭, 기계 제작 등 정밀 계량 및 자동 제어 시스템에 사용

5. 소·중형 컬럼형 인장 센서

  • 컬럼형과 S형 구조의 장점 모두 보유
  • 콤팩트, 외관 미려, 측정 정확도 높음, 편향 저항 강함
  • 배칭, 기계 제작, 인장 시험기 등 계량 검증 및 자동 제어 시스템에 사용

6. 샤프트 핀 로드셀(Shaft Pin Load Cell)

  • 고정밀 인장·압력 센서
  • 각종 구동 장치, 리프팅 장치, 철도 신호 제어 등에서 적합
  • 계량 검증 작업에 널리 사용

7. 인장 센서(Tension Sensor)

  • 컬럼형과 S형의 장점 보유
  • 측정 정확도 높음
  • 배칭, 기계 제작, 크레인, 강선, 로프 등 제어 시스템에 사용

8. 소·중형 인장 로드셀

  • 콤팩트 구조, 설치가 간편하고 신속
  • 측정 정확도 높음, 편향 저항 강함
  • 배칭, 기계 제작, 인장 시험기 등 계량 검증 및 자동 제어 시스템에 사용

9. 캔틸레버 압력 센서(Cantilever Pressure Sensor)

  • 낮은 프로파일 설계, 고품질 직선형 구조
  • 측면 하중에 강하고 구조가 콤팩트
  • 편향 저항 강함, 과전압 보호 기능 보유
  • 다양한 전자 저울에서 사용 가능

스포크 로드셀과 S형 로드셀의 차이점

로드셀은 플라스틱 인장 시험기의 핵심 부품이며, 로드셀의 성능은 플라스틱 인장 시험기의 시험 성능을 직접적으로 결정합니다.
로드셀을 통해 시험기는 시험편의 변형을 측정 가능한 전기 신호로 변환할 수 있으며, 이를 바탕으로 표준 기술 지표를 설정하거나 해당 지표를 기준으로 시험편의 품질과 성능을 판단할 수 있습니다.

로드셀은 시험기의 시험 효과를 정량화하는 기본 구성 요소로서 없어서는 안 되는 부품입니다. 그렇다면 로드셀에 대해 얼마나 알고 계신가요? 지금부터 자세히 소개해 드리겠습니다.

S형 로드셀 (S-Type Load Cell)

S형 로드셀은 이름 그대로 S자 형태를 가진 로드셀입니다.
이 로드셀은 인장과 압축을 모두 측정할 수 있는 기능을 가지고 있어, 인장력과 압축력을 동시에 측정할 수 있습니다.

S형 로드셀은 다양한 산업 자동화 장비에 널리 사용되며, 일반적으로 크기가 작고 측정 범위가 아주 크지는 않은 편입니다.
주로 100kg ~ 500kg 범위에서 많이 사용됩니다.

이 로드셀의 주 재질은 합금강이며, 우수한 가성비로 인해 플라스틱 인장 시험기 시장에서 많은 고객들에게 선호되고 있습니다.
또한 S형 로드셀은 여러 로드셀 중에서도 편심 하중에 대한 저항 성능이 우수한 편에 속합니다.

스포크 로드셀 (Spoke Load Cell)

플라스틱 인장 시험기에 사용되는 스포크형 로드셀의 기본 원리는, 하중을 스포크 형태의 탄성체로 전달한 뒤, 스포크에 발생하는 전단 응력을 측정하여 간접적으로 하중을 측정하는 방식입니다.
이 때문에 스포크형 전단력 로드셀이라고도 불립니다.

스포크 로드셀은 성능 대비 가격 경쟁력이 뛰어나며, 측정 범위의 폭과 측정 정확도 측면에서 모두 강한 경쟁력을 갖추고 있습니다.

기존의 인장·압축 로드셀과 비교했을 때, 휠 스포크 로드셀은 다음과 같은 장점이 있습니다.

  • 높은 정확도
  • 작은 히스테리시스(이력 오차)
  • 우수한 반복성
  • 좋은 선형성
  • 편심 하중 및 측방향 힘에 대한 강한 저항
  • 매우 낮은 구조 높이
  • 가벼운 중량

스포크 로드셀은 힘과 압력, 압축과 인장 측정이 모두 가능하며, 중·대용량 플라스틱 인장 시험기의 측정에 널리 사용됩니다.

S형 로드셀과 스포크 로드셀 비교

장점

  • 충격 저항성과 부분 하중 저항성이 강함
  • 하중 작용 위치나 지지 가장자리에 영향을 거의 받지 않음
  • 선형성이 우수함
  • 고정 설치 방식으로 설치가 쉽고 호환성이 좋음

단점

  • 가공 공정이 복잡함
  • 제조 비용이 비교적 높음
  • 히스테리시스가 커지기 쉬우며 제어가 어려움

측정 범위

  • S형 인장·압축 로드셀의 측정 용량이 스포크 로드셀보다 큼

설치 구조

  • 스포크 로드셀: 평평하고 넓은 구조
  • S형 로드셀: 세로로 길고 폭이 좁은 구조

따라서 선택 시 설치 공간에 맞는 크기와 구조를 고려해야 합니다.

정확도

  • S형 로드셀의 구조적 정확도가 약간 더 높지만,
  • 실제 사용 시 두 로드셀 간 정확도 차이는 크지 않습니다.

샤클(Shackle) 사용 전 점검 방법

샤클 로드셀은 산업용 제품 원스톱 구매 플랫폼에서 구매율이 높은 제품 중 하나입니다.
샤클은 리프팅 작업에서 널리 사용되는 연결 도구로, 주로 리깅(rigging)과 엔드 피팅(end fittings) 사이를 연결하는 데 사용됩니다.

리깅을 빔과 함께 사용할 경우, 샤클을 리프팅 링 대신 리깅 상단에 사용할 수 있으며, 빔의 하단은 러그 플레이트(lug plate)와 연결하여 설치 및 해체가 가능합니다.
샤클은 전력, 금속, 석유, 기계, 철도, 화학, 항만, 광업, 건설 등 다양한 산업 분야에서 리프팅 작업에 널리 사용됩니다.

사용 전 안전 점검의 필요성

리프팅 및 호이스트 작업을 수행할 때는 반드시 안전 작업 규칙을 준수해야 합니다.
사고가 발생하면 인명 피해와 재산 손실이 매우 큽니다.

샤클 로드셀은 호이스트 작업에 필수 도구 중 하나이므로, 느슨하거나 손상된 샤클로 인한 안전 사고를 예방하기 위해 사용 전 반드시 안전 점검을 수행해야 합니다.

샤클 안전 점검 단계

  1. 설치 및 사용 전 점검
    • 샤클은 반드시 제조사 검사 증명서가 있어야 합니다.
    • 증명서가 없으면, 재료 화학 성분 검사 및 필요한 기계적 성능 테스트(인장력, 충격 시험 등)를 수행해야 합니다.
  2. 표면 점검
    • 시각적 관찰 및 촉감을 통해 샤클 표면 점검
    • 표면은 매끄럽고, 버(burr)나 날카로운 모서리 없음
    • 균열, 접힘, 과열, 변형, 녹 등의 결함이 없어야 함
    • 결함이 있을 경우 하중이 걸리면 손상되고 사고 발생 가능성 증가
  3. 내부 결함 점검
    • 필요 시 비파괴 결함 검사 장치로 샤클 내부 점검
    • 사용 안전에 영향을 주는 이물질이 없어야 함
  4. 샤클 가로 볼트(horizontal bolt) 점검
    • 가로 볼트는 잠금의 핵심 부품
    • 전단부(threaded end)와 리프팅 링을 연결
    • 점검 시 나사 상태 확인: 미끄러움, 마모, 비틀림 등
    • 문제가 있으면 볼트가 미끄러지고 훅과 정상 고정 불가
  5. 안전 장치(Safety device)
    • 조건이 허용되면, 물체가 실수로 떨어지지 않도록 안전 장치 설치

추가 주의 사항

  • 폐기 기준에 따라 사용 불가 샤클은 즉시 폐기하고 새 샤클로 교체
  • 샤클이 작다고 해서 안전 점검을 소홀히 하지 않음
  • 모든 점검을 통해 리프팅 작업을 안전하게 수행
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