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로드셀 디자인 종류가 매우 다양하기 때문에, 어떤 종류가 적합한지 결정하기 어려울 수 있습니다.
이를 돕기 위해, 로드셀의 종류와 각 로드셀의 대표적인 사용 방법과 용도를 정리했습니다.

S형 로드셀 (S Type Load Cell)

S형 센서는 가장 일반적인 센서 유형입니다. 이름처럼 “S” 모양을 하고 있어 S형 센서라고 부릅니다.
주로 고체의 인장력과 압력을 측정하는 데 사용되며, 단독으로 사용하거나 여러 개를 동시에 사용할 수 있습니다.

• 형상: S자형 스프링 요소
• 힘 방향: 기하학적 중심, 힘은 수평축에 수직
• 스트레인 게이지 위치: 로드셀 내부 원형 가공면 안쪽에 부착, 서로 평행하게 배치하여 굽힘 변형 측정

단일 지점 로드셀 (Single Point Load Cell)

단일 지점 로드셀은 저하중 범위에서 고정밀 측정이 가능한 로드셀입니다.
형상은 사각형이며, 측정 결과가 정확하고 신뢰할 수 있습니다.
전자 저울, 주방 저울, 주얼리 저울 등 다양한 분야에서 널리 사용되며, 산업 및 농업 자동화 시스템의 핵심 구성 요소입니다.

• 형상: 평행사변형 구조의 수평 직사각형 “빔” 스프링 요소
• 힘 방향: 수평축에 수직, 고정(end) 반대쪽 빔 끝에 힘 가함
• 스트레인 게이지 위치: 평행사변형 외부 빔의 상단과 하단, 서로 평행하게 부착하여 굽힘 변형 측정

벨로우즈 센서 (Bellows Sensor)

1. 벨로우즈(굽힘 빔) 로드셀:
   저하중 용기 계량 및 공정 계량에 적합

• 형상: 수평 직사각형 “빔” 스프링 요소
• 힘 방향: 수평축에 수직, 고정 반대쪽 빔 끝에 힘 가함
• 스트레인 게이지 위치: 빔 상하단, 서로 수직, 일반적으로 벨로우즈로 덮어 게이지 보호

2. 빔 로드셀:
   저~중하중 계량에 적합, 특히 탱크 계량과 저높이 공정 응용에 최적

• 스트레인 게이지 위치: 빔 양쪽에 45° 각도로 접착, 스프링 요소 단면의 전단 변형 측정
• 힘 방향: 수평축에 수직, 고정 반대쪽 빔 끝에 힘 가함

스포크 로드셀 (Spoke Load Cell)

원판형 로드셀로, 중~대형 하중 계량용으로 설계되었습니다.
좁은 공간에 적합하며, 두 부품 사이에 설치하여 압축, 또는 나사 구멍을 통해 인장력 측정 가능
오프축 하중에서도 정확한 결과 제공

• 형상: 외부 본체에 여러 빔(arms)이 부착된 원통형 허브
• 힘 방향: 수평축에 수직, 빔 arm이 연결된 요소의 기하학적 중심에 힘 가함
• 스트레인 게이지 위치: 스프링 요소 arm에 45° 각도로 부착하여 전단 변형 측정

로드 핀 (Load Pin)

로드 핀은 힘을 가하는 핀이나 축을 대체합니다.
설계와 제작이 매우 맞춤형이며, 다양한 환경에 적응 가능

• 형상: 바(bar) 스프링 요소
• 힘 방향: 스프링 요소 중앙, 수평축에 수직으로 힘 가함
• 스트레인 게이지 위치: 지정된 영역에 45° 각도로 부착하여 전단 변형 측정

컬럼 로드셀 (Column Load Cell)

컬럼 로드셀은 가장 오래된 로드셀 디자인입니다.
압축 또는 인장에 사용 가능하며, 특히 고하중용에 적합
견고한 설계로 잘못된 하중이 가해지지 않는 한 굽힘과 변형에 강함
트럭 저울이나 레일 저울에 일반적으로 사용됨

• 형상: 원통형 스프링 요소
• 힘 방향: 기하학적 중심, 수평축에 수직
• 스트레인 게이지 위치: 센서 기둥 내부, 90° 각도로 부착하여 축방향 및 횡방향 변형 측정

기술의 발전과 함께 로드셀을 사용한 전자식 계량기는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 자재의 신속하고 정확한 계량을 가능하게 하고 있습니다. 특히 마이크로프로세서의 등장으로 산업 생산 공정의 자동화 수준이 지속적으로 향상되면서, 로드셀은 공정 제어에서 필수적인 장비가 되었습니다.

기존에는 계량이 어려웠던 대형 탱크나 호퍼의 중량 측정부터, 크레인 저울, 차량 저울의 측정 및 제어, 각종 원자재의 혼합·배합 시스템, 생산 공정 중 자동 검출, 분말 및 입상 재료의 투입량 제어에 이르기까지 거의 모든 계량 분야에 로드셀이 적용되고 있습니다.

현재 로드셀은 거의 모든 계량 분야에서 사용되고 있으며, 적용 분야만큼이나 다양한 종류의 로드셀이 존재합니다. 로드셀을 주문할 때 가장 먼저 받게 되는 질문은 다음과 같습니다.

1. 로드셀이란 무엇인가?

모든 디지털 저울은 로드셀을 사용하여 물체의 무게를 측정합니다. 로드셀에 전류가 흐르는 상태에서 하중이나 힘이 가해지면, 로드셀은 미세하게 휘어지거나 압축됩니다. 이로 인해 로드셀 내부의 전류가 변화하게 되며, 계량 지시기는 이 전류 변화를 감지하여 디지털 중량 값으로 표시합니다.

로드셀은 탄성체(elastomer) 와 스트레인 게이지(strain gauge) 로 구성됩니다. 탄성체는 일반적으로 강철 또는 알루미늄으로 제작되며, 매우 강하면서도 미세한 탄성 변형이 가능합니다. ‘탄성체’라는 명칭 그대로 하중이 가해지면 일정량 변형되었다가, 하중이 제거되면 원래 상태로 복원됩니다. 이러한 미세한 변형은 스트레인 게이지를 통해 감지됩니다.

스트레인 게이지의 변형은 전자 회로를 통해 해석되어 중량 값으로 변환됩니다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 스트레인 게이지는 뱀 모양으로 배열된 전기 도체로, 기판에 단단히 부착되어 있습니다. 기판이 늘어나면 도체도 함께 늘어나고, 수축하면 도체도 짧아지며, 이로 인해 전기 저항값이 변화합니다.

스트레인 게이지는 탄성체에 밀착되어 있기 때문에 동일한 변형을 겪게 됩니다. 로드셀에서는 이러한 스트레인 게이지를 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태로 배열하며, 일반적으로 네 개의 스트레인 게이지가 하나의 브리지를 구성하고, 측정하고자 하는 힘의 방향에 맞게 배치됩니다.

2. 로드셀은 어떤 계량 장비에 사용되는가?

다음 질문들은 적합한 로드셀을 선택하기 위해 매우 중요합니다.

1. 로드셀은 신규 장비에 사용되는가, 아니면 기존 장비를 개조하여 사용하는가?
2. 저울 시스템인가, 아니면 구조물에 통합된 계량 시스템인가?
3. 정적 계량인가, 동적 계량인가?
4. 어떤 환경에서 사용되는가?

로드셀에 대한 기본적인 이해는 로드셀 구매 과정을 훨씬 수월하게 만들어 줍니다.

3. 로드셀의 종류

모든 로드셀은 기본적인 작동 원리는 동일하지만, 적용 분야에 따라 마감 방식, 구조, 정격 용량, 인증, 크기 및 허용 하중이 서로 다릅니다.

로드셀에는 내부 전기 부품을 보호하기 위한 다양한 밀봉 방식이 있으며, 주로 다음 두 가지로 나뉩니다.

▶ 용접 밀봉(Welded Seal)

원통형 로드셀은 환형 평막 또는 주름막 다이어프램을 탄성체와 하우징에 용접하여 밀봉합니다. 스포크형, 축대칭형, 링형 로드셀 또한 다이어프램을 중앙 하중 실린더 및 지지 링과 용접하여 밀봉을 구현합니다.

▶ 접착 밀봉(Glue Seal)

표면 실링 및 블라인드 홀 포팅 방식이 가장 널리 사용되는 보호 및 밀봉 방법입니다.

로드셀은 다양한 재질로 제작될 수 있습니다.

• 알루미늄: 소용량 단일 포인트 로드셀에 주로 사용
• 공구강(Steel): 가장 널리 사용되는 재질
• 스테인리스강: 내부 전기 부품을 완전 밀봉할 수 있어 고습도 또는 부식성 환경에 적합

4. 저울 시스템용 로드셀 vs 통합형 로드셀

통합형 시스템에서는 로드셀이 호퍼나 탱크와 같은 구조물에 직접 장착되어, 구조물 자체가 계량 시스템이 됩니다. 반면, 전통적인 저울 시스템은 전용 플랫폼 위에 물체를 올렸다가 제거하는 방식으로 작동합니다. 예를 들어 마트의 계산대 저울이 이에 해당합니다.

두 시스템 모두 무게를 측정할 수 있지만, 설계 목적은 다릅니다. 계량 방식에 대한 이해는 로드셀 공급업체가 적합한 로드셀 또는 통합형 솔루션을 제안하는 데 큰 도움이 됩니다.

맞춤형 로드셀 적용 시 고려 사항

일부 적용 환경에서는 엔지니어링 상담이 필요합니다. 다음 질문을 고려해 보십시오.

• 로드셀이 강하거나 빈번한 진동에 노출되는가?
• 부식성 물질에 노출되는 환경인가?
• 고온 환경에서 사용되는가?
• 극한의 하중 용량이 요구되는가?

물체가 로드셀 위에 놓이거나 로드셀에 매달리면 그 무게를 측정할 수 있습니다. 로드셀에서 기대되는 하중은 항상 중력 방향, 즉 지구 중심을 향하는 방향의 힘입니다. 따라서 로드셀은 하중 중 중력 방향 성분만을 측정합니다.

반면, 힘 센서(force sensor)는 구조는 유사하지만, 설치 방향이나 중력 방향과 관계없이 모든 방향의 힘을 감지할 수 있다는 점에서 차이가 있습니다.

로드셀의 출력 특성은 비선형적입니다. 차동 방식(differential type)을 사용하여 이를 개선하지만, 완전히 제거하는 것은 불가능합니다. 다른 유형의 정전용량식 센서 또한 전기장의 가장자리 효과(edge effect)를 무시할 경우에만 선형 특성을 가집니다. 그렇지 않으면 가장자리 효과로 인해 발생하는 추가 정전용량이 센서의 정전용량에 직접 중첩되어 출력 특성이 비선형이 됩니다.

정전용량식 로드셀의 초기 정전용량은 작지만, 센서와 전자 회로를 연결하는 리드선 정전용량, 전자 회로의 기생 정전용량, 센서 내부 전극과 주변 도체 사이에 형성되는 정전용량과 같은 이른바 기생 정전용량은 매우 큽니다. 이는 센서의 감도를 저하시킬 뿐만 아니라, 이러한 정전용량은 불규칙하게 변화하는 경우가 많아 계기의 동작을 매우 불안정하게 만들고 측정 정확도에 영향을 미칩니다.

로드셀의 정전용량은 전극의 기하학적 크기 등에 의해 제한되며, 매우 크게 만들기 어렵습니다. 일반적으로 수십에서 수백 마이크로패럿(μF) 정도이거나, 심지어 몇 마이크로패럿에 불과한 경우도 있습니다. 따라서 SQB 로드셀의 출력 임피던스는 높고 부하 용량은 낮아 외부 간섭의 영향을 받기 쉽고 불안정해질 수 있으며, 심한 경우 정상적으로 작동하지 않을 수도 있습니다.

로드셀로 제작된 전자식 계량기는 이미 사회 전반의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 빠르고 정확한 계량을 실현하고 있습니다. 특히 마이크로프로세서의 등장 이후 산업 생산 공정의 자동화 수준이 지속적으로 향상되면서, 계량 센서는 공정 제어에서 필수적인 장치가 되었습니다. 과거에는 계량이 어려웠던 대형 탱크와 호퍼의 무게 측정부터 크레인 저울, 자동차 저울의 측정 및 제어, 여러 원료를 혼합·배분하는 배칭 시스템, 생산 공정 중 자동 검출 및 분말·입상 물질의 공급량 제어에 이르기까지 모두 로드셀이 적용되고 있습니다. 현재 로드셀은 거의 모든 계량 분야에서 사용되고 있습니다.

다음은 장치 자체로 인해 발생하는 오차입니다. 여기에는 DC 드리프트 값, 잘못된 기울기(slope), 또는 기울기의 비선형 형상 등이 포함됩니다. 이는 장치의 이상적인 전달 함수 특성과 실제 특성 사이에 차이가 존재하기 때문에 발생합니다.

또한 조작으로 인한 오차도 있습니다. 여기에는 프로브의 잘못된 설치, 프로브와 측정 위치 간의 부적절한 절연, 공기나 기타 가스의 정화 과정에서의 오류, 송신기 설치 오류 등 작업 과정에서 발생하는 오차가 포함됩니다.

정적 조건에 적합한 로드셀은 감쇠(damping)가 강하기 때문에 입력 파라미터 변화에 대한 반응 속도가 느립니다. 심지어 온도의 계단 변화(step change)에 대해 몇 초가 지나서야 반응하는 경우도 있습니다. 지연 특성을 가진 일부 로드셀은 급격한 변화에 응답할 때 동적 오차를 발생시키며, 응답 시간 지연, 진폭 왜곡, 위상 왜곡 등이 모두 동적 오차의 원인이 됩니다.

또한 센서를 시스템에 삽입함으로써 측정 파라미터가 변화하여 발생하는 삽입 오차도 있습니다. 예를 들어 시스템에 비해 과도하게 큰 송신기를 사용하거나, 시스템의 동적 특성이 너무 느리거나, 시스템 내부의 자기 발열이 과도한 경우 등이 삽입 오차를 유발할 수 있습니다.

로드셀의 사용은 온도, 흔들림, 진동, 고도, 화학 물질의 휘발 등과 같은 환경 조건의 영향을 받습니다. 이러한 요인들은 쉽게 환경 오차를 발생시킬 수 있습니다.

무게나 힘을 측정해야 하는 요구는 특정 산업이나 응용 분야에만 국한되지 않습니다. 로드셀 센서는 다양한 산업과 여러 응용 분야에서 폭넓게 사용되고 있습니다. 아래는 로드셀이 자주 활용되는 6가지 주요 응용 분야입니다.

01. 산업 및 농업

현대의 기계는 점점 더 복잡해지고 있으며, 안전한 운전과 최대 효율을 보장하기 위해 센서가 필수적입니다.
당사는 트럭, 건설 기계, 자재 취급·리프팅 장비, 농업 기계 제조업체를 대상으로 다양한 요구를 충족하는 솔루션을 제공합니다.

차량 차축 하중 측정, 적재 하중 모니터링, 개별 수거 작업 측정을 위한 차량 탑재형 로드셀을 폭넓게 보유하고 있으며, 예를 들어 벌크 운송 차량용 섀시 장착 로드셀이나 쓰레기 수거 차량 붐(암)에 통합된 계량 센서 등이 있습니다.

건설 기계 제조업체들은 고소 작업 플랫폼의 안정성 판단, 크레인의 상태 모니터링, 리치 스태커 작업에서 컨테이너 계량을 위해 당사의 측정 시스템을 사용합니다.

정밀 농업에 대한 수요가 증가함에 따라 농업 기계에 힘 센서의 통합 수준도 높아지고 있습니다.
당사는 베일러, 농업용 트레일러, 콤바인(수확기)의 작동 제어를 위한 다양한 솔루션을 제공합니다. 이러한 솔루션은 신뢰성 높은 스트레인 게이지 기술, 내구성 있는 전자 부품, 우수한 환경 밀봉 설계를 통해 열악한 작업 환경에서도 일관된 정확도를 제공합니다.

02. 의료

의료기기 산업은 매우 다양한 응용 분야를 포함하고 있으며, 점점 더 많은 제조업체가 계량 및 힘 측정 문제 해결을 위해 당사를 찾고 있습니다.
이 분야는 장비마다 특성이 달라 맞춤형 솔루션이 거의 필수적입니다.

현재 당사는 수액 펌프용 센서, 지속적 신대체요법(CRRT) 장비용 계량 시스템, 신생아 인큐베이터용 정밀 저울, 병상·환자 리프트·운동 장비에 사용되는 환자 체중 측정 센서 등을 제공하고 있습니다.

당사의 제품 설계 역량은 센서 개발을 비롯해 전자 회로 설계, 소프트웨어, 플라스틱 성형, 알루미늄 및 강철 주조, 제품 인증까지 폭넓게 아우릅니다.

03. 공정 자동화 및 제어

당사는 공정 자동화 및 제어 분야를 위한 폭넓은 제품 라인업을 보유하고 있습니다.
응용 분야는 마이크로칩을 조립하는 장비부터 지하 유전에서 석유를 퍼 올리는 장비까지 다양합니다.

모든 제품은 최고 수준의 품질 기준에 따라 제조되어 전반적으로 최적의 성능을 보장합니다.
특수한 응용 분야에는 맞춤형 솔루션을 제공합니다.

전자 조립 장비나 스크린 인쇄 장비에서는 부품 삽입 시 가해지는 힘이나 접착제 도포량을 제어하기 위한 맞춤 솔루션을 제공합니다. 단순히 기계 부품을 스트레인 게이지 브리지로 변환하는 방식부터, 소형·고강도 힘 센서를 새롭게 설계하는 방식까지 가능합니다.

또한, 내구성이 뛰어난 로드셀 솔루션은 석유 및 가스 산업에 적합하며, 유정 효율을 제어하는 펌프 차단 제어용 로드셀로도 사용됩니다.

04. 공정 계량(Process Weighing)

당사는 공정 계량 응용을 위한 범용 제품군을 폭넓게 제공합니다.
고속 포장 기계부터 대용량 사일로의 레벨 제어까지 적용 범위가 매우 넓습니다.

제품군에는 로드셀, 애플리케이션 하드웨어, 접속함(Junction Box), 증폭기, 계량 기기 등이 포함되며, 모두 최고 품질 기준에 따라 제조됩니다.

사일로 내부 물질 계량, 원료 혼합 공정 제어, 고체 또는 액체 충전 작업에는 사일로 계량 시스템이 효과적입니다.
사일로용 로드셀과 계량 모듈은 저용량부터 고용량까지 모든 형태의 사일로 계량에 적합하도록 설계되었으며, 계량 모듈은 최대 50톤까지 지원합니다.

탱크 및 용기 계량을 위한 저용량부터 대용량 센서도 제공합니다. 탱크 로드셀은 탱크 내부에 저장되거나 혼합되는 물질의 무게를 정확하게 측정하도록 특별히 설계되었습니다. 또한, 다양한 계량 모듈 및 전자 액세서리와 결합해 사용할 수 있으며, 매달린 탱크용 인장형 로드셀도 제공합니다.

05. 계량 기계

계량 기계 제조에 사용할 수 있는 범용 제품 라인업을 보유하고 있습니다.
모든 제품은 최적의 성능을 보장하기 위해 고품질로 제작됩니다.

알루미늄, 합금강, 스테인리스강 재질 중 선택이 가능하며, 고성능 엘라스토머 재질 또는 레이저 용접 커버를 사용한 환경 밀봉 설계도 제공합니다.

06. 시험 및 측정(Test & Measurement)

당사의 스트레인 게이지, 로드셀 및 계측 기기는 시험 및 측정 분야에 매우 적합합니다.
인장 및 압축 로드셀은 재료 시험기에서 시편 보정 및 기계적 특성 분석을 위해 널리 사용됩니다.

로드셀(load cell)은 중력(하중)을 전기 신호로 변환하는 장치로, 전자식 계량기에서 가장 핵심적인 구성 요소입니다.
힘을 전기 신호로 변환할 수 있는 센서에는 여러 종류가 있으며, 대표적으로 저항 스트레인 방식, 전자기력 방식, 정전용량 방식이 있습니다.

• 전자기력 방식: 주로 전자 저울(전자 분석저울)에 사용
• 정전용량 방식: 일부 전자 크레인 저울에 사용
• 저항 스트레인 방식: 대부분의 계량 제품에 사용

저항 스트레인 로드셀은 구조가 비교적 단순하고, 정확도가 높으며, 적용 범위가 넓고, 비교적 열악한 환경에서도 사용이 가능하다는 장점이 있습니다. 이러한 이유로 저항 스트레인 로드셀은 계량기 분야에서 가장 널리 사용되고 있습니다.

로드셀은 어떻게 작동하는가?

산업 현장에서 가장 많이 사용되는 저울은 저항 스트레인 게이지 방식 로드셀입니다.
스트레인 게이지 로드셀은 스트레인 게이지가 부착된 **고체 금속 본체(또는 스프링 요소)**로 구성되어 있습니다.

하중이 가해지면 로드셀 본체는 아주 미세하게 변형(굴곡)됩니다. 이 변형은 하중이 가해질 때 로드셀의 주축 방향으로 길이가 변화하는 현상을 의미합니다.

• 인장·압축 로드셀: 변형 시 게이지가 짧아지고 두꺼워짐
• 인장 전용 로드셀: 변형 시 게이지가 늘어나 길어지고 얇아짐

로드셀 본체의 형태 변화에 따라 스트레인 게이지 역시 변형되며, 이로 인해 전기 저항값이 변화합니다. 이 저항 변화는 전압 변화로 측정할 수 있으며, 전압 변화량은 가해진 하중(무게)에 비례하므로, 이를 통해 물체의 무게를 계산할 수 있습니다.

고정 중량 소포장 자동 제어 시스템 전체에서 로드셀은 전자저울의 측정 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 부품입니다.
이 시스템에서는 GYL-3 스트레인형 로드셀이 사용되며, 네 개의 저항 스트레인 게이지가 풀 브리지 회로를 구성합니다.

브리지에 인가되는 전압 U가 일정할 경우, 센서 출력 신호는 로드셀에 작용하는 중력과 브리지 공급 전압에 비례합니다. 따라서 브리지 전압의 안정성은 계량 정확도에 매우 중요합니다.

밀리볼트(mV) 단위의 센서 출력 신호는 증폭되어 0~10V 전압 신호로 변환되며, 이후 V/F 변환기를 통해 A/D 변환됩니다. 변환된 주파수 신호는 마이크로컨트롤러(8031)의 타이머 입력으로 전달되어 무게를 계산합니다.

마이크로컴퓨터는 설정값과 측정값을 비교하여 PID 제어를 수행합니다.

• 무게가 부족하면 계속 투입
• 설정값에 도달하거나 초과하면 투입 중단
• 최종 무게 표시 후 포장 완료 신호 출력

그림 2는 자동 계량 및 충전 장치를 보여줍니다.
컨베이어 벨트를 따라 이동하던 박스나 포대가 계량 위치에 도달하면 벨트가 멈추고, 전자저울의 호퍼가 열리며 내용물이 투입됩니다. 투입이 완료되면 컨베이어가 다시 작동하여 다음 공정을 진행합니다. 이 과정은 충분한 원료와 포장 용기가 있는 한 연속적으로 자동 운전이 가능합니다.

로드셀은 어디에 사용되는가?

로드셀은 매우 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.

전통 산업 분야

• 계량기 제조
• 금속, 석유화학
• 식품 생산
• 기계 제조
• 제지, 철강
• 운송, 광산
• 시멘트, 섬유 산업 등

적용 예

• 탱크 및 호퍼 계량
• 반응기(반응조)
• 플랫폼 저울
• 전자 저울
• 벨트 스케일
• 바닥 저울
• 크레인 저울
• 분류기
• 포장 저울
• TMR 사료 혼합기
• 배합 계량 시스템 등

신산업 및 IoT 분야

최근에는 사물인터넷(IoT) 기반 계량 시스템에도 널리 활용되고 있습니다.

• 스마트 쓰레기통 계량
• 무인 자판기
• 물류 보관 선반
• 무인 슈퍼마켓
• 자동 캔 충전
• 스마트 계량 쇼핑카트
• 급식 계량 시스템
• 차량 탑재 계량 시스템
• 의료용 침대 계량 시스템 등

S형 로드셀 설치 방법

1. 상하 양쪽 끝의 나사를 수직 또는 수평으로 직접 당겨 인장력을 측정합니다.
2. 한쪽 끝은 장비에 나사 구멍을 통해 고정하고, 다른 쪽 끝은 압력을 가하는 데 사용합니다.

컬럼 로드셀 설치 방법

센서의 바닥을 물체나 장비에 직접 고정하고, 상단을 통해 직접 압력을 가하여 힘을 측정합니다.
주로 대형 힘 측정 상황에서 사용됩니다.

캔틸레버 빔 마이크로 로드셀 테스트기 설치 방법

센서의 나가는 끝을 장치에 나사로 고정하고, 다른 쪽 끝은 힘을 가해 눌러 측정합니다.

참고: 캔틸레버 빔 센서를 설치할 때는 중간 부분이 공중에 떠 있어야 하며, 한쪽 끝은 고정하고 다른 쪽 끝에 힘이 가해져야 합니다.

휠 스포크 로드셀 설치 방법

1. 센서 바닥을 장치에 있는 8개의 작은 나사 구멍을 통해 고정하면, 압력을 아래 방향으로 직접 측정할 수 있습니다.
2. 가운데 큰 나사 구멍을 통해 당기는 힘을 측정할 수도 있습니다.

벨로우즈 로드셀 5kg 설치 방법

1. 센서의 한쪽 끝을 나사로 장치에 고정하고, 다른 쪽 끝으로 힘을 눌러 측정합니다.
   (벨로우즈 센서를 설치할 때는 중간 부분이 공중에 떠 있어야 하며, 한쪽 끝은 일정 구간의 힘을 위해 고정)
2. 한쪽 끝을 고정하고 다른 쪽 끝을 당겨 압력을 측정할 수도 있습니다.

샤프트 핀 센서 설치 방법

장비의 관통 구멍을 통해 설치하며, 축 방향 힘을 측정합니다.

브리지 로드셀 설치 방법

브리지형 로드셀은 일반적으로 바닥 저울이나 트럭 저울에 사용됩니다.
베이스를 지면이나 강판에 직접 설치하고, 상부에서 접촉면을 통해 직접 힘을 가합니다.

마이크로 로드셀 설치 방법

센서 바닥을 물체나 장비에 단단히 고정하고, 상부를 직접 눌러 힘을 측정합니다.
주로 공간이 제한된 상황에서 힘을 측정할 때 사용됩니다.

산업 기술이 고도화되면서 힘과 하중을 정밀하게 측정하는 기술의 중요성이 점점 커지고 있습니다. 이러한 환경에서 압축력 센서(Compression Force Sensor)는 다양한 산업 분야에서 핵심적인 측정 장치로 활용되고 있습니다. 압축력 센서의 작동 원리를 이해하면 공정 품질 향상과 장비 신뢰성 확보에 큰 도움이 됩니다.

압축력 센서의 기본 원리

압축력 센서는 일반적으로 로드셀(load cell) 구조를 기반으로 설계되어 있으며, 스트레인 게이지(strain gauge) 기술을 이용해 힘을 측정하는 방식입니다. 센서 본체에는 외부에서 압축력이 가해질 때 미세하게 변형되는 금속 구조가 존재합니다. 이 변형은 육안으로는 거의 보이지 않을 정도로 작지만, 스트레인 게이지는 이러한 변화를 매우 민감하게 감지합니다.

센서에 하중이 가해지면 금속 구조가 압축되면서 스트레인 게이지의 전기 저항값이 변화합니다. 이 저항 변화는 전기 신호로 변환되며, 이후 신호 처리 과정을 거쳐 실제 힘 값으로 환산되어 출력됩니다. 이 과정을 통해 매우 정밀한 힘 측정이 가능해집니다.

다양한 산업 분야에서의 활용

압축력 센서는 활용 범위가 매우 넓은 것이 특징입니다. 제조 공정에서는 제품 조립 시 가해지는 압력을 관리하거나, 프레스 장비의 하중을 측정하는 데 사용됩니다. 연구소에서는 재료 시험 장비에 적용되어 물질의 강도나 변형 특성을 분석하는 데 활용됩니다. 또한 무게 측정 장치, 자동화 설비, 로봇 시스템 등에도 폭넓게 적용되고 있습니다.

디지털 기술과의 결합

최근에는 디지털 기술이 접목된 압축력 센서도 증가하고 있습니다. 일부 제품은 무선 통신 기능을 갖추고 있어 측정 데이터를 실시간으로 전송할 수 있습니다. 이를 통해 중앙 제어 시스템에서 장비 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 공정 이상이 발생할 경우 즉각적인 대응이 가능해집니다. 이러한 기능은 생산 효율 향상과 설비 관리 최적화에 큰 도움이 됩니다.

안전 관리 측면에서의 중요성

압축력 센서는 안전 관리 측면에서도 중요한 역할을 수행합니다. 크레인, 리프팅 장비, 대형 구조물 지지 시스템 등에서는 하중을 지속적으로 감시해야 합니다. 센서를 통해 과부하 상태를 조기에 감지할 수 있으며, 이는 사고 예방과 작업 환경 안전성 확보에 기여합니다.

결론

압축력 센서는 하중으로 인한 미세한 변형을 감지하고 이를 전기 신호로 변환하여 힘을 정밀하게 측정하는 장치입니다. 높은 정확도와 다양한 적용 가능성, 그리고 디지털 기술과의 결합 덕분에 현대 산업에서 필수적인 센서로 자리 잡고 있습니다. 앞으로 기술이 발전함에 따라 압축력 센서는 더욱 정밀하고 지능적인 형태로 진화할 것입니다.

그것이 어떻게 만들어지고 무게와 힘을 어떻게 측정하는지 알아봅시다.

스트레인 게이지 로드셀은 무게를 측정하는 데 사용되는 센서입니다. 일반적으로 계량 시스템이나 힘, 압축, 인장력을 측정하는 시스템에 사용됩니다. 로드셀에 가해지는 힘은 기계적 변형을 측정하여 읽습니다. 센서는 이 변형에 비례하는 mV 단위의 전기 신호로 변환합니다.
로드셀은 정확히 어떻게 작동할까요?

그것이 만들어지는 방법

로드셀의 작동 원리를 이해하려면 먼저 로드셀의 구조부터 살펴봐야 합니다.

로드셀은 기계 본체와 전기 회로, 두 부분으로 구성됩니다.

본체는 센서에 가해지는 무게나 힘을 지탱합니다.
일반적으로 고급 강철이나 알루미늄으로 제작됩니다. 이러한 소재는 강하면서도 탄성이 뛰어나 하중을 받으면 약간의 변형을 겪고 원래 위치로 돌아가 응력에 반응합니다.
따라서 이러한 소재는 기계적 신뢰성과 균일한 변형 분포를 보장합니다.

이러한 기계적 특성을 회복성이라고 합니다. 회복성이 높을수록 재료가 에너지를 흡수하고 변형할 수 있는 능력이 커지지만 변형은 영구적이지 않습니다.

이러한 기계적 특성을 회복성이라고 합니다. 회복성이 높을수록 재료가 에너지를 흡수하고 변형할 수 있는 능력이 커지지만 변형은 영구적이지 않습니다.

작동 원리

로드 셀에 힘이 가해지면 로드 셀은 약간 휘어집니다. 금속은 변형되었다가 하중이 제거되면 원래 모양으로 돌아갑니다. 로드 셀 본체와 완전히 일체형인 스트레인 게이지는 표면과 함께 변형되어 늘어나거나 줄어듭니다. 밀리미터의 천분의 일(마이크로미터 또는 미크론) 단위로 표현되는 이러한 미세한 크기 변화는 스트레인 게이지를 구성하는 도체의 전기 저항에 변화를 일으킵니다. 도체가 늘어나면 저항이 증가하고, 압축되면 저항이 감소합니다.

저항 변화는 휘트스톤 브리지에 연결된 스트레인 게이지를 통해 측정되고 mV 단위의 비례 신호로 변환됩니다. 아날로그 로드셀의 경우, 로드셀의 mV 신호는 트랜스미터 또는 외부 중량 표시기를 통해 처리되어 디지털 신호로 변환되어 중량 값으로 표시됩니다. 디지털 로드셀의 경우, 이러한 변환은 로드셀 내부에서 직접 이루어집니다. 마지막으로, 중량 값은 아날로그 출력 또는 필드버스를 통해 PC 또는 PLC로 전송될 수 있습니다.

다양한 유형의 로드셀

로드셀의 구성과 기본 작동 방식을 간략하게 살펴보았듯이, 로드셀은 매우 다재다능한 센서입니다. 실제로 로드셀은 매우 다양한 응용 분야에서 정확한 성능을 제공하며 여러 분야에서 필수적입니다.

• 산업 자동화 및 자동차;
• 화학-제약, 축산 및 식품 산업;
• 건축, 리프팅 시스템, 포장, 섬유 및 제지;
• 운송 및 취급 소매(중량 판매용 저울).

특정 응용 분야에 따라 로드 셀은 서로 매우 다를 수 있는 모양, 치수 및 특성을 갖도록 설계됩니다.

Structure of Contact-Type Torque Sensors

▶ Most commonly used in the field
▶ A sensor that detects the torsion (TORQUE) applied to a rotating shaft using a strain gauge
▶ Torque data obtained by the strain gauge (S/G) is transmitted through a slip ring and brush
▶ Under prolonged use depending on working conditions, contact resistance may occur in the slip ring and brush due to friction, leading to data distortion
▶ Efficient in electromechanical systems with varying speeds where electronic noise is easily generated
▶ Cannot be used in conditions exceeding 4000 rpm

Structure of a Non-Contact Torque Sensor

Types of Coupling

▶ Single-Flex Coupling accommodates only angular misalignment. It acts like a hinge or pivot, and cannot compensate for parallel (offset) misalignment.

▶ Double-Flex Coupling accommodates both angular and parallel misalignment. It can be thought of as two Single-Flex Couplings connected with a short spacer or separated by a certain distance between pivots.
Whether Single-Flex or Double-Flex Couplings can accommodate end float depends on the specific design.

▶ Rigid Coupling, as the name implies, is simply a set of flanges mounted directly onto the shaft, and it does not compensate for or allow any type of misalignment.

Source: CAS Scale Korea (카스스케일코리아), Technical Documentation on Coupling Types.