제1과목 · 센서·신호변환
로드셀의 구조와 힘 측정
+보강용개념 시각자료
스트레인게이지 로드셀 신호 흐름
하중에서 브리지 전압까지의 변환 단계를 보여 주는 자체 제작 도식입니다.
Step 1 · Concept
개념부터 이해하기
1로드셀은 힘 또는 하중을 전기신호로 바꾸는 변환기다.
2스트레인게이지식은 탄성체의 미세변형을 저항변화로 바꾸고 브리지 회로로 읽는다.
3정격하중뿐 아니라 하중방향, 편심, 온도, 과부하, 설치강성을 함께 확인한다.
정의
로드셀은 작용하는 힘에 의해 생긴 탄성체 변형을 측정 가능한 전기신호로 변환하는 센서다. 압축형, 인장·압축형, 굽힘보형, 전단보형 등은 힘을 탄성체에 전달하는 구조가 다르다.
원리
탄성체에 부착된 스트레인게이지의 길이와 단면이 변하면 전기저항이 달라진다. 여러 게이지를 휘트스톤 브리지로 구성하면 작은 저항변화를 차동 전압으로 검출하면서 공통 온도영향을 줄일 수 있다.
공식·조건
게이지의 기본관계는 GF = (ΔR/R)/ε다. GF는 게이지율, ΔR/R은 상대저항변화, ε는 변형률이다. 실제 하중 환산에는 로드셀 정격출력과 계측증폭기의 교정값을 사용한다.
비교
스트레인게이지식은 정적·동적 힘 측정에 널리 쓰이고, 압전식은 빠른 동적변화에 유리하지만 정적 측정에는 별도 조건이 따른다. 압축형과 인장형은 힘의 방향과 하중도입 구조가 다르다.
시험 포인트
‘하중 → 탄성체 변형 → 게이지 저항변화 → 브리지 출력’ 순서를 기억한다. 로드셀은 변위센서가 아니라 힘을 전기신호로 바꾸는 변환기라는 점이 핵심이다.
오답 함정
정격용량만 맞으면 된다고 보지 않는다. 편심하중·측력방향·설치면·케이블 차폐·온도범위는 오차와 파손을 좌우하며 최종 선정은 해당 모델 데이터시트를 따른다.
출처
Step 3 · Exam practice
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