로드셀 1. Load Cell 종류 재료 스트레인 게이지 선택 방법

로드셀 1. Load Cell 종류, 재료 선택 방법

☞ 로드셀의 종류

스트레인 게이지 로드셀을 크게 3가지로 분류하면 beam, single point, canister로 나눌 수 있고, 각각은 4개의 동작 형태로 분류하면 재료는 인장(tension), 압축(compression), 굽힘(bending), 전단(shear)으로 총 12가지로 세분될 수 있다.

Load Cell 저 용량과 중간 용량의 platform과 산업용 계량 장치 종류에는 Single ended shear and bending beam이 산업용 선택 기준이 되었다. 10ton 이상의 고용량의 경우 canister와 double ended beam이 기준이 되며, single ended beam은 가격이 비싸지게 된다.

작동 원리와 principle

주변 환경에 대한 조건, 안정성(허용과 부하율), 편하중에 대한 감도, 크기와 설치가 쉬운 점 등 로드셀은 종류, 재료, 특성(정밀등급)을 기초로 선정되어야 한다. Load Cell 선정은 가격으로 결정하지 마시고, System 정밀도, 장기간 안정성 및 안전성이 고려돼야만 한다.

『로드셀은 과부하(충격), 낙뢰, 과전류(heavy surges in current), 화학 물질 또는 습기 침투, 취급 부주의(떨어뜨림, 로드셀 선을 잡고 들어 올림 등), 진동, 지진이나 내부 소자 특성 불량』 등에 의해 손상 당할 수 있다.

이 항목은 기본 system설계와 같이 로드셀에 대하여 해야 할 것과 하지 말아야 할 것(선택 / 비선택)으로 나눌 수 있다.

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☞ 로드셀 재료

1. 알루미늄 로드셀

알루미늄 로드셀 소재는 일반적으로 single point, 저 용량에 사용된다. 선택된 합금은 2024나 7075이다. 왜냐하면, creep양이 적고 hysteresis 특성이 작기 때문이다. 알루미늄 Load Cell은 같은 용량 시 공구강 로드셀에 비하여 두꺼운 수감 부위를 가진다.

이것은 용량에 따른 소재의 처짐량이 좋은 특성을 부여한다. 기계 가공 비용도 재료가 무르기 때문에 알루미늄 소재가 적게 든다. single point 로드셀은 대부분의 bending beam과 비슷한 비용의 스트레인 게이지값이 든다. 그러나 스트레인 게이지 부착 및 배선 비용은 다른 형상 종류의 로드셀보다 많이 든다.

작동 원리와 principle

2. 공구강 로드셀 (Tool Steel Load Cells)

오늘날 가장 일반적인 로드셀은 공구강으로 제작된 로드셀이다. 특성이나 가격 면으로 따져보면 공구강 소재가 다른 알루미늄이나 스테인리스강 재질보다 좋다. 가장 일반적인 합금으로 4340이나 4140을 사용한다. 왜냐하면, creep과 hysteresis 특성이 좋다.

• 이 소재는 약간의 Load Cell 설계 변경 시 공급자가 누구이든 언제 제작되었든 상관없이 균일한 제품을 생산할 수 있다.

3. 스테인리스강 로드셀 (Stainless Steel Load Cells)

스테인리스강 로드셀은 알루미늄이나 공구강 로드셀에 비해 특성이 떨어진다. 이것은 스테인레스 종류 중에서 가장 특성이 좋다는 17-4ph 합금조차 탄성 보유 특성이 낮기 때문이다.

이 로드셀은 때때로 부식이나 고습도 분위기에 사용하기 위해서 수감 부위를 완전 밀폐 구조로 제작된다. 스테인리스강 로드셀은 완전 밀폐 구조가 아니더라도 공구강으로 만들어진 로드셀에 비해 약간의 이점을 가지고 있다.

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☞ 스트레인 게이지 보호 선택 (Strain Gage Protection Alternatives)

1. Potted Cell

로드셀의 주변 보호 방법 종류의 하나는 특수 실리콘을 재료로 하는 충진이다. 이 재료는 끈적하고 아교질 같은 것이다. 이것은 로드셀에 하중이 가해진 후에 최초의 형상으로 쉽게 복원된다. 가장 중요한 것은 이 재료가 로드셀의 거동에 어떠한 영향도 미쳐서는 안 된다. 100% 실리콘 재질은 부식성이 있으므로 사용하지 않는다.

작동 원리와 principle

충진 재료는 스트레인 게이지 공극을 충신 시키며 스트레인 게이지까지 습기 침투를 지연시킨다. 로드셀의 주변 보호는 습기와 같은 원치 않는 인물질로 부터의 보호를 위해 필요하나, 로드셀 거동의 방해 원인이 된다. 로드셀을 설치 시 로드셀 케이블은 아래 구배를 향하도록 경사지게 설치해야 한다.

케이블 내부의 습기는 로드셀 쪽으로 향하므로 자체적으로 습기를 배출하는 좋은 효과를 볼 것이다. 이런 보호재로 되어 있는 로드셀은 고습도, 스팀, 물청소하는 장소에는 선택/적용해선 안 된다.

2. 발포 수지를 갖는 판 (Form Backed Plate)

어떤 Load Cell은 스트레인 게이지 보호를 위해 『Form Backed Plate』를 사용하는데 공간 전체를 확실하게 덮는다. 이런 보호 형태는 외부의 습기나 물체로부터 보호할 수 있으나 충전된 로드셀의 충전 재료와 같이 로드셀을 잘 보호하지는 못한다.

작동 원리와 principle

3. 고무 패킹형 (Neoprene Sleeve)

주변 보호의 또 다른 형태는 원통 고무 패킹의 사용이다. 이 형태는 클램프로 스트레인 게이지 부착 부위인 수감 부위를 밀폐시킨다. 이 형태는 스트레인 게이지 수리가 쉽다. 만약 고무 원통이 매끄럽지 않으면 균열이 발생한 것이다. 이때 로드셀의 내부로 습기가 침투한다.

일상적인 점검 시 이런 패킹이 매끄러우면 좋은 것이다.

4. 완전 밀폐 (Hermetically Sealed) - Washdown

완전하게 밀폐된 로드셀은 습기나 다른 이물질에 대하여 가장 좋은 보호를 해준다. 로드셀은 납땜 또는 용접 때문에 금속 뚜껑으로 밀폐돼 있다. 이런 로드셀은 값이 가장 비싸나 고습이나 물이 많은 환경에서 요구된다.

로드셀 1. Load Cell 종류, 재료 선택 방법