로드셀 “서브헬스(Sub-health)” 상태의 조기 진단 방법 (Ⅰ)
I. 서론
기업의 기술 개조가 지속적으로 심화됨에 따라 전자 계량기는 공정 흐름, 공정 제어, 정산 및 계량 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있다.
저항 스트레인형 로드셀(이하 센서라 함)은 금속 탄성체를 힘의 전달 매체로 하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가진 계측 장치이며, 전자 계량기의 핵심 부품이다.
센서는 자체적인 고유 특성과 더불어 복잡하고 열악한 사용 환경에 놓이기 때문에, 고장 형태가 다양하고 복잡하며 고장 발생률 또한 비교적 높다. 현재 현장에서의 판단에 따라 센서를 교체할 경우, 정상적인 생산 리듬에 영향을 미칠 뿐만 아니라 송풍 중단, 가열로 정지, 불량품 발생, 계량 오류 등으로 이어져 기업의 경제적 이익에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
따라서 유지보수 인력은 센서 고장을 사전에 예측하고 경고할 수 있는 방법을 절실히 필요로 하고 있다.
수년간의 연구와 탐구를 통해, 로드셀이 고장 상태인지 여부(이를 “서브헬스” 상태로 약칭)를 정확하게 진단할 수 있는 방법이 제시되었으며, 이를 통해 유지보수의 주도성을 높이고 “무고장(Zero Failure)” 유지보수를 실현할 수 있다.
2. 원리와 현상
로드셀은 역학, 전기, 화학 등 여러 학문 분야가 복합적으로 관련되어 있으며, 고장 원인이 복잡해 판단이 쉽지 않다. 특히 로드셀이 고장으로 발전하기 전의 “서브헬스” 상태를 사전에 진단하는 것은 매우 어렵다.
로드셀의 고장은 원인에 따라 다음 세 가지로 구분할 수 있다.
A. 탄성체로 인한 고장
B. 전기적 충격 및 회로 문제로 인한 고장
C. 스트레인 게이지 부착 공정으로 인한 고장
그러나 어떤 유형의 고장이든 출력 불균형 현상으로 반드시 반영된다.
로드셀의 영점 출력(Zero Output) 크기는 생산 공정의 품질과 설계 품질을 반영하는 지표일 뿐만 아니라, 잠재적 고장의 가장 명확한 표현 중 하나이다.
영점 출력이 과도하게 크면 센서의 신뢰성에 잠재적인 위험을 초래하며, 영점 변화는 센서의 안정성을 보장할 수 없게 만든다. 사용 중 영점이 지나치게 크다는 것이 발견된다면 이는 반드시 어떤 형태의 고장이 존재함을 의미한다.
로드셀 영점의 장기 안정성은 센서 신뢰성과 안정성에서 필수적인 기술 지표이며, 이는 오랜 실무 경험을 통해 얻어진 확실한 결론이다.
이러한 인식을 바탕으로 연구한 결과, 로드셀의 무부하 출력(공저울 출력) 및 무하중 출력 신호 변화를 모니터링·추적·분석함으로써 로드셀의 “건강 상태”를 파악할 수 있으며, 출력 변화량을 통해 센서의 “서브헬스” 상태를 조기에 정확히 진단할 수 있음이 밝혀졌다.
또한 공저울 출력 변화는 로드셀의 두 가지 핵심 기술 지표인 영점과 선형성을 집중적으로 반영하는 현상임을 설명한다.
로드셀이 “서브헬스” 상태에 있을 때 가장 흔하고 민감하게 나타나는 현상은 다음 두 가지이다.
- 사용 중 계량 표시기의 영점이 자주 변하지만, 자동으로 영점 복귀가 가능하며 계량에는 큰 영향을 주지 않는다.
- 표준 분동을 올려 검정할 때 미세한 허용 오차 초과 현상이 자주 발생하지만, 가변저항(포텐셔미터) 조정을 통해 정상 상태로 복구된다.
이 두 가지 현상 중 하나라도 나타난다면, 해당 저울에는 “서브헬스” 상태의 센서가 존재함을 의미한다.
그렇다면 이러한 센서를 어떻게 발견하고 진단할 수 있을까?
