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| 소개글 |
계측 및 센서 - 로드셀 |
| 요약 |
<로드셀>
1. 로드셀 정의
(1)원리
로드셀은 힘 이나 하중등의 물리량을 전기적 신호로 변환시켜 힘이나 하중을 측정하는 하중감지센서이다. 물체는 힘이나 하중에 의하여 이에 비례하는 변형이 발생하며 단위 길이당 발생하는 변형량을 변형률이라고 한다. 이때 발생되는 변형률은 힘이나 하중의 크기에 직선적으로 변화하는 특징을 가지고 있다. 공학적 필요에 의하여 변형률의 측정이 요구되었으며 이를 위하여 개발된 측정소자가 스트레인게이지다. 스트레인 게이지는 “물체의 전기 저항값은 길이와 단면 변화에 의하여 변화한다.”는 원리를 기초를 한다. 로드셀은 힘이나 하중에 대하여 구조적으로 안정된 변형을 발생시키는 탄성 변형체의 수감부에서 발생하는 물리적 변형을 스트레인 게이지를 이용하여 전기저항 변화로 변환시키고 Wheatstone Bridge라는 전기회로를 구성하여 정밀한 전기적 신호로 변환시키는 원리를 가지고 이루어져있다.(로드셀의 작동 원리 참조)
<그림 3>은 하중에 의한 탄성변형체의 변화와 여기에 부착된 스트레인 게이제 거동을 도식적으로 나타낸 그림이다.
(2) 로드셀 원리에 대한 공학적인 접근
앞에서 설명한 로드셀의 원리를 간단한 수식으로 정리하여 나타내면 다음과 같다.
인장 혹은 압축을 받고 있는 재료에서 발생하는 응력과 변형률에 대한 관계는 아래의 식으로 간단하게 나타낼 수 있다.
재료에서 발생하는 저항은 재료의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하게 나타난다. 스트레인 게이지의 저항변화와 변형률 사이의 관계는 대부분의 재료에서 선형적으로 나타나므로 다음과 같이 사용할 수 있다.
로드셀에 하중이 작용하여 변형률이 발생한 경우 스트레인 게이지의 저항변화량 Wheatstone Bridge에 의해서 전압변화량의 값으로 환산하여 나타난다. 이 관계는 아래의 식으로 나타낼 수 있다.
여기서
R : 스트레인 게이지 저항값 / R : 스트레인 게이지의 저항변화
K : 스트레인 게이지의 Gage Factor / ε: 변형률(STRAIN)
σ: 응력(STRESS |
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