로드 셀

부하 전지는 하중 트랜스 듀서.그것은 긴장, 압박, 압력, 혹은, 표준화 측정할 수 있는 전기 신호로 토크와 같은 힘 변환합니다.그 힘이 부하 전지 인상에 지원하면서 전기 신호 변화에 비례하여.부하 전지의 가장 흔한 형태 사용된다 변형 게이지, 공압, 유압의

스트레인 게이지 로드 셀

스트레인 게이지 로드 셀은 산업 환경에서 가장 자주 볼 수 있는 종류입니다.정확도, 다용도, 비용 효율이 뛰어나 이상적입니다.구조적으로 로드셀은 스트레인 게이지가 고정된 금속체를 가진다.차체는 보통 알루미늄, 합금강 또는 스테인리스강으로 만들어져서 매우 튼튼하지만 탄력이 거의 없습니다.이러한 탄성으로 인해 로드 셀의 본체를 지칭하는 "스프링 요소"라는 용어가 생겨났습니다.로드 셀에 힘이 가해지면 스프링 요소가 약간 변형되며 과부하가 걸리지 않는 한 항상 원래 모양으로 돌아갑니다.스프링 요소가 변형되면 변형 게이지도 모양이 바뀝니다.스트레인 게이지의 저항 변화가 전압으로 측정될 수 있습니다.전압의 변화는 셀에 가해지는 힘의 양에 비례하므로 로드 셀의 출력으로부터 힘의 양을 계산할 수 있습니다.

스트레인 게이지

스트레인 게이지는 매우 가는 와이어, 즉 호일로 구성되어 격자 패턴으로 설정되며 유연한 배면에 부착됩니다.스트레인 게이지의 형상이 변경되면 전기저항의 변화가 발생합니다.스트레인 게이지의 와이어 또는 포일은 한 방향으로 힘을 가하면 저항이 선형적으로 변화하도록 배열되어 있습니다.장력에 의해 스트레인 게이지가 늘어나며, 스트레인 게이지가 얇아지고 길어지고 저항이 커집니다.압축력은 그 반대입니다.스트레인 게이지는 압축되어 두꺼워지고 짧아지며 저항은 감소합니다.스트레인 게이지는 유연한 배면에 부착되어 있어 로드 셀에 쉽게 적용할 수 있으며 측정해야 할 미세한 변화를 반영합니다.

단일 스트레인 게이지로 측정한 저항의 변화는 매우 작기 때문에 정확한 측정이 어렵다.일괄적으로 적용되는 변형률 게이지의 수를 늘리면 이러한 작은 변화가 더욱 측정 가능한 것으로 확대됩니다.특정 회로에 설정된 4개의 스트레인 게이지 세트는 휘트스톤 브릿지를 적용한 것입니다.

휘트 스톤 브리지

휘트스톤 브릿지는 다음과 같이 알려진 여자 전압이 인가된 4개의 평형 저항으로 구성됩니다.

여자 $전압{\displaystyle {}_{}}$ V ${\displaystyle {\text{EX}}_{}}${\$style$ V_${\text${\text$}$$EX}}$는 알려진 상수이며 출력 $전압{}_{}$ $V_{}$o {\$textstyle V_{o}}$은 스트레인 게이지의 형상에 따라 가변적입니다.모든 저항이 평형 상태(${\displaystyle \frac{\mathrm{R}}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ R ${\displaystyle \frac{2}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle R\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{4}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{3}{}}$ ${\$ {$R2$}} =$flac {R4}$ {$R3}}$ )인 경우 V$$(\$textstyle V_{$o$$})는 0입니다.저항 중 하나라도 저항이 변경되면 $V{\displaystyle {}_{}}$ $(\$ V_${0})$도 변경됩니다.$V_{}$o { $textstyle V_{o}$의 변화는 옴의 법칙을 사용하여 측정하고 해석할 수 있습니다.옴의 법칙에 따르면 두 지점 사이의 도체를 통과하는 $($암페어 단위로 $측정$됨)는 두 지점 $간$의 전압 $V(\textstyle$$$V$)$에 정비례합니다.저항(${\displaystyle }$ ${\displaystyle$R$\},$ 옴 단위로 측정)은 전류와 관계없이 이 관계에서 상수로 도입됩니다.옴의 법칙은 $방정식{\displaystyle }$ I ${\displaystyle =V}$ /$$ {\$displaystyle$ I$=V/R$로 표현됩니다.

휘트스톤 브리지 회로의 4개 레그에 적용하면 다음과 같은 방정식이 생성됩니다.

${\displaystyle V_{o}=\left({\frac {R3}{R3+R4}}-{\frac {R2}{R1+R2}}\right)V_{\text{EX}}}$

로드셀에서 저항은 스트레인 게이지로 치환되어 장력형성과 압축형성을 번갈아 배치된다.Load Cell에 힘이 가해지면 스트레인 게이지의 구조와 저항이 $변화$하여 $V_{}$o {\$textstyle V_{o$}}이$$ 측정됩니다.$그$ 결과 얻은 ${데이터}_{}$에서 V$$o {\$textstyle$V_{o}}는 ^[1]위의 방정식을 사용하여 쉽게 구할 수 있다.

하중 셀의 공통 유형.

스트레인 게이지 로드 ^[2]셀에는 몇 가지 유형이 있습니다.

• 싱글 포인트 로드 셀.플랫폼 사이즈가 200x200mm에서 1200x1200mm인 중소형 플랫폼에 사용됩니다.
• 평면 빔 로드 셀. 의료용 저울 및 소매용 저울과 같이 공간이 제한된 로프로파일 솔루션에 사용됩니다.
• 벤딩 빔 로드 셀. 팔레트, 플랫폼 및 소형 호퍼 스케일에 사용됩니다.
• 전단 빔 로드 셀. 로프로파일 스케일 및 프로세스 애플리케이션에 사용되며, 100kg ~ 50t의 용량으로 사용할 수 있습니다.
• 듀얼 전단 빔 로드 셀. 트럭 스케일, 탱크 및 호퍼 애플리케이션에 사용됩니다.
• S형 로드 셀: 정적 및 동적 부하를 찾을 수 있는 텐션 애플리케이션에 사용됩니다.
• 압축 부하 셀. 트럭 저울, 대형 플랫폼 저울, 중량 브리지 및 호퍼 저울에 사용됩니다.
• 링 비틀림 로드 셀. 고정밀 호퍼, 사일로, 플랫폼 및 팔레트 스케일에 사용됩니다.
• 스포크 타입 로드셀.로프로파일 고정밀 어플리케이션에 사용됩니다.1t~500t의 고력.
• 온보드 로드 셀: 트럭, 트랙터 및 기타 차량의 온보드 계량 시스템에 사용됩니다.
• 로드핀: 동적, 정적 또는 호이스트 하중을 측정하는 데 사용됩니다.
• 웨이트 패드: 자동차의 무게와 비행기의 무게 중심을 측정하는 휴대용 웨이트 패드입니다.
• 특수, 모든 종류의 특수 센서입니다.

공기 부하 전지

공압 로드 셀은 밸런싱 압력을 자동으로 조절하도록 설계되었습니다.다이어프램의 한쪽 끝에 공기압이 인가되어 로드셀 하단에 배치된 노즐을 통해 빠져나갑니다.로드셀에 압력계를 부착하여 셀 내부의 압력을 측정한다.다이어프램의 편향은 챔버 내부의 압력뿐만 아니라 노즐을 통과하는 기류에 영향을 미칩니다.

부하 전지 유압

유압 로드 셀은 피스톤이 얇은 탄성 다이어프램에 배치된 상태에서 기존의 피스톤 및 실린더 배치를 사용합니다.피스톤이 실제로 로드 셀과 접촉하지 않습니다.하중이 일정 한계를 초과할 때 다이어프램의 과도한 변형을 방지하기 위해 기계적 멈춤 장치가 배치되어 있습니다.로드 셀은 오일로 완전히 채워져 있습니다.피스톤에 부하가 가해지면 피스톤과 다이어프램의 움직임에 따라 오일 압력이 증가합니다.그런 다음 이 압력이 고압 ^[3]호스를 통해 유압 게이지로 전달됩니다.게이지의 Bourdon 튜브는 압력을 감지하여 다이얼에 기록합니다.이 센서는 전기 부품이 없기 때문에 위험한 ^[4]지역에서 사용하기에 이상적입니다.일반적인 유압 로드 셀 적용에는 탱크,^[5] 빈 및 호퍼의 무게가 포함됩니다.예를 들어 유압 로드 셀은 일시적인 전압(번개)에 영향을 받지 않기 때문에 이러한 유형의 로드 셀은 실외 환경에서 더 효과적인 장치일 수 있습니다.이 기술은 다른 유형의 로드 셀보다 가격이 비싸다.이는 비용이 더 많이 드는 기술이기 때문에 구매 비용 ^[6]기준으로 효과적으로 경쟁할 수 없습니다.

다른 유형

부하 전지의 진동

진동 와이어 로드 셀은 드리프트 양이 적기 때문에 지구 기계적인 용도에 유용하며, 부하가 캐패시터의 두 플레이트를 서로 밀착시킴으로써 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는 캐패시티브 로드 셀입니다.

압전 부하 전지

압전 부하 셀은 스트레인 게이지 부하 셀과 동일한 변형 원리로 작동하지만 전압 출력은 로드 셀의 변형에 비례하여 기본 압전 물질에 의해 생성됩니다.힘의 동적/주파수 측정에 유용합니다.피에조 기반 로드 셀의 대부분의 애플리케이션은 변형 게이지 로드 셀이 높은 동적 로드 사이클로 고장 날 수 있는 동적 로드 조건입니다.압전 효과는 역동적입니다. 즉, 게이지의 전기 출력은 임펄스 함수이며 정적이 아닙니다.전압 출력은 스트레인이 변화하고 있을 때만 유용하며 정적 값을 측정하지 않습니다.

다만, 사용하는 컨디셔닝 시스템에 따라서는, 「준정적」동작을 실시할 수 있습니다.시간 상수가 긴 충전 증폭기를 사용하면 작은 부하에서는 몇 분, 큰 부하에서는 몇 시간 동안 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.전하 증폭기로 조절된 압전 부하 셀의 또 다른 장점은 측정 범위가 넓다는 것입니다.사용자는 100킬로뉴톤의 범위를 가진 로드 셀을 선택하여 동일한 신호 대 잡음비로 몇 뉴톤의 힘을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 다시 말하지만, 이는 컨디셔닝에 충전 증폭기를 사용해야만 가능합니다.

일반적인 문제

• 기계적 장착: 셀을 올바르게 장착해야 합니다.모든 부하력은 부하 셀의 변형이 감지되는 부분을 통과해야 합니다.마찰로 인해 오프셋이나 이력 등이 발생할 수 있습니다.장착을 잘못하면 셀이 원치 않는 축을 따라 힘을 보고할 수 있으며, 이는 여전히 감지된 부하와 어느 정도 관련이 있어 정비사가 혼란스러울 수 있습니다.
• 오버로드:정격 내에서는 로드셀이 탄성적으로 변형되어 언로드된 후 제 모습으로 돌아갑니다.최대 정격 이상의 부하를 받는 경우 로드 셀의 재료가 소성 변형될 수 있습니다. 이로 인해 신호 오프셋, 선형성 손실, 보정이 어렵거나 불가능한 경우 또는 감지 소자의 기계적 손상(예: 박리, 파열)이 발생할 수 있습니다.
• 배선 문제: 셀에 연결된 와이어가 부식 등으로 인해 고저항이 발생할 수 있습니다.또는 습기의 유입에 의해 병렬 전류 경로를 형성할 수 있다.두 경우 모두 신호에 오프셋이 발생하여(모든 와이어가 동일하게 영향을 받지 않는 한), 정확도가 손실됩니다.
• 전기적 손상: 유도 전류 또는 전도 전류에 의해 로드 셀이 손상될 수 있습니다.구조에 충돌하는 번개 또는 ^[7]셀 근처에서 아크 용접을 수행하면 스트레인 게이지의 미세한 저항기에 과도한 부하가 걸려 손상 또는 파괴가 발생할 수 있습니다.근처에서 용접할 경우 로드 셀을 분리하고 모든 핀을 접지(셀 자체 근처)에 단락하는 것이 좋습니다.고전압은 기판과 스트레인 게이지 사이의 절연체를 파괴할 수 있습니다.
• 비선형성: 스케일 하단에서 로드 셀은 비선형인 경향이 있습니다.이는 매우 넓은 범위를 감지하거나 일시적인 과부하 또는 충격(예: 로프 클램프)에 견딜 수 있는 부하 능력이 큰 셀에 중요해진다.검정 곡선에 더 많은 포인트가 필요할 수 있습니다.
• 응용 프로그램의 특수성:특정 압력 크기와 유형에 적합하지 않은 로드 셀은 정확도, 분해능 및 신뢰성이 떨어집니다.

여자 및 정격 출력

브릿지는 안정화된 전압으로 들뜨고 있습니다(보통 10V이지만 배터리 구동식 계측기의 경우 20V, 5V 이하일 수 있습니다).그러면 부하에 비례하는 차이 전압이 신호 출력에 나타납니다.셀 출력은 최대 정격 기계 부하에서 전압의 전압당 밀리볼트(mV/V) 단위로 정격됩니다.따라서 2.96mV/V 로드 셀은 10V로 들뜨면 최대 부하에서 29.6밀리볼트 신호를 제공합니다.

일반적인 감도 값은 1~3mV/V입니다.일반적인 최대 여자 전압은 약 15V입니다.

배선

풀 브리지 셀은 보통 4선 구성으로 제공됩니다.브릿지의 상단과 하단의 와이어는 들뜸(종종 E+와 E- 또는 Ex+와 Ex-라벨)이며, 측면 와이어는 신호(S+와 S-라벨)입니다.이상적으로는 S+와 S-의 전압차는 제로 부하에서 0이며 로드 셀의 기계적 부하에 비례하여 커진다.

경우에 따라서는 6선 구성이 사용됩니다.2개의 추가 와이어는 "센스"(Sen+ 및 Sen-)이며, 4단자 감지와 유사한 방식으로 Ex+ 및 Ex-와이어로 브릿지에 연결됩니다.이러한 추가 신호를 통해 컨트롤러는 온도 변동과 같은 외부 요인에 의한 와이어 저항의 변화를 보상할 수 있습니다.

브릿지의 개별 저항은 보통 350Ω의 저항을 가집니다.경우에 따라서는 다른 값(통상은 120Ω, 1,000Ω)이 발생할 수 있습니다.

브릿지는 일반적으로 기판으로부터 전기적으로 절연됩니다.온도 차이로 인한 차동 신호를 방지하기 위해 센싱 요소는 근접하고 상호 열 접촉이 양호합니다.

여러 셀 사용

1개 이상의 로드셀을 사용하여 단일 부하를 검출할 수 있습니다.

힘을 단일 지점(소규모 감지, 로프, 인장 하중, 점 하중)에 집중시킬 수 있는 경우 단일 셀을 사용할 수 있습니다.긴 빔의 경우 끝에 있는 두 개의 셀이 사용됩니다.수직 실린더는 3개의 지점에서 측정할 수 있으며, 직사각형 물체는 보통 4개의 센서가 필요합니다.대형 컨테이너나 플랫폼 또는 매우 높은 부하에 더 많은 센서가 사용됩니다.

부하가 대칭임을 보증하는 경우에는 부하 셀 중 일부를 피벗으로 대체할 수 있습니다.이렇게 하면 로드 셀의 비용은 절감되지만 정확도는 크게 저하될 수 있습니다.

로드 셀은 병렬로 접속할 수 있습니다.이 경우 대응하는 모든 신호가 서로 접속됩니다(Ex+에서 Ex+, S+에서 S+, ...). 결과 신호는 모든 감지 요소로부터의 신호의 평균입니다.이는 개인 체중계 또는 기타 다지점 체중 센서에 자주 사용됩니다.

가장 일반적인 색상 할당은 Ex+의 경우 빨간색, Ex-의 경우 검은색, S+의 경우 녹색, S-의 경우 흰색입니다.

덜 일반적인 할당은 Ex+의 경우 빨간색, Ex-의 경우 흰색, S+의 경우 녹색 및 S-의 경우 파란색 또는 Ex+의 경우 파란색, S+^[8]의 경우 노란색입니다.Ex+의 경우 빨간색, Ex-의 경우 녹색, S+의 경우 노란색, S-의 ^[9]경우 파란색 등 다른 값도 사용할 수 있습니다.

호출음

모든 로드 셀은 갑작스런 부하 변화에 따라 "링"될 수 있습니다.이는 로드 셀의 스프링 같은 동작에서 비롯됩니다.하중을 측정하려면 변형시켜야 합니다.이와 같이 강성이 유한한 로드셀은 고유진동수로 진동을 나타내는 스프링과 같은 거동을 가져야 한다.발진 데이터 패턴은 링잉의 결과일 수 있습니다.호출음은 수동적인 방법으로 제한적으로 억제할 수 있다.또는 제어시스템은 액추에이터를 사용하여 로드셀의 링잉을 능동적으로 감쇠시킬 수 있다.이 방법을 사용하면 복잡성이 크게 증가하지만 성능이 향상됩니다.

사용하다

로드 셀은 실험실 균형, 산업용 척도, 플랫폼^[10] 척도 및 범용 테스트 기계와 같은 여러 유형의 ^[11]측정 기기에 사용된다.1993년부터 영국 남극 조사국은 알바트로스 ^[12]병아리의 무게를 측정하기 위해 유리 섬유 둥지에 부하 전지를 설치했다.로드 셀은 경주용 자동차를 설치할 때 자주 사용되는 7 포스트 셰이커 등 다양한 품목에 사용됩니다.

성능을 측정하는 셀 로드

로드 셀은 산업 환경에서 무게를 측정하기 위해 일반적으로 사용됩니다.무게 용량을 제어하기 위해 호퍼, 원자로 등에 설치할 수 있으며, 이는 산업 공정에서 매우 중요하다.로드 셀의 일부 성능 특성을 정의 및 지정하여 예상되는 서비스에 대응할 수 있도록 해야 합니다.이러한 설계 특성에는 다음이 포함됩니다.

• 복합오류
• 최소 검증 간격
• 결의안

로드 셀 사양

로드 셀의 전기적, 물리적 및 환경적 사양은 로드 셀이 적합한 응용 프로그램을 결정하는 데 도움이 됩니다.일반적인 사양은 다음과 같습니다.^[13]

• FSO(Full Scale Output): 전자 출력(mV/V)입니다.풀스케일로 측정.
• 복합 오류: 정격 용량에서 무부하와 부하 사이에 그려진 직선에서 최대 편차를 나타내는 풀 스케일 출력의 백분율.부하가 감소하거나 증가하는 동안 종종 측정됩니다.
• 비선형성:정격 용량과 제로 로드 사이에 그려진 직선에서 검정 곡선의 최대 편차입니다.증가하는 부하로 측정되며 풀 스케일 출력의 백분율로 표시됩니다.
• 이력: 동일한 부하에 대한 부하 셀 출력 신호 간의 최대 차이.첫 번째 측정은 정격 출력의 로드를 줄이고 두 번째 측정은 로드를 0에서 증가시켜 얻을 수 있습니다.
• 반복성: 동일한 조건에서 반복 로드에 대한 출력 측정 간의 최대 차이입니다.정격 출력의 퍼센트로 측정됩니다.
• 제로 밸런스(오프셋):부하가 없는 상태에서 정격 들뜸이 있는 로드 셀의 출력 판독치.실제 제로 측정과 제로 부하에서의 실제 로드 셀 사이의 출력 편차는 풀 스케일 출력의 백분율로 표현됩니다.
• 보정 온대 범위:로드 셀이 지정된 한계 내에서 제로 밸런스와 정격 출력을 보장할 수 있도록 보정되는 온도 범위입니다.°F 또는 °C로 표시됩니다.
• 동작 온도 범위:로드 셀이 성능 특성에 영구적이고 부정적인 영향을 미치지 않고 작동할 수 있는 극한 온도 범위입니다.°F 또는 °C로 표시됩니다.
• 출력에 대한 온도 영향:로드 셀 온도로 인한 출력 판독값 수정.°F 또는 °C 도당 풀 스케일 출력의 백분율로 표시됩니다.
• 온도가 영점에 미치는 영향: 주위 온도 변화에 의한 영점 밸런스 변화°F 또는 °C 도당 풀 스케일 출력의 백분율로 표시됩니다.
• 입력 저항:로드 셀 브리지 회로의 입력 저항.부하가 가해지지 않은 상태에서 양극 및 음극 여자 리드에서 측정됩니다.옴 단위로 측정됩니다.
• 출력 저항:로드 셀의 브리지 회로의 출력 저항.부하가 가해지지 않은 상태에서 양극 및 음극 여자 리드에서 측정됩니다.옴 단위로 측정됩니다.
• 절연 저항:브리지 회로와 변환기 소자, 브리지 회로와 케이블 실드, 변환기 소자와 케이블 실드 사이의 경로를 따라 측정된 저항입니다.일반적으로 표준 테스트 조건에서 50V로 측정됩니다.
• 권장 들뜸: 변환기가 사양 내에서 작동하기 위한 최대 권장 들뜸 전압.VDC로 표시됩니다.
• 케이블 길이: 로드 셀을 보정하는 표준 케이블 길이.케이블 길이는 로드 셀의 교정 방법에 영향을 줍니다.
• 안전 과부하:퍼포먼스 사양에 영속적인 영향을 주지 않고 로드 셀에 적용할 수 있는 최대 부하.풀 스케일 출력의 퍼센트로 측정됩니다.
• 극한 과부하: 구조적 고장을 일으키지 않고 견딜 수 있는 최대 부하.
• 소재:로드 셀의 스프링 요소를 구성하는 물질.

로드 셀 보정

로드 셀은 산업, 항공우주 및 자동차 산업에서 대부분의 중량 측정 시스템의 필수적인 부분이며, 엄격한 일상 사용을 견딘다.시간이 지남에 따라 로드 셀은 드리프트, 에이징 및 오정렬이 발생합니다.따라서 정확한 결과를 ^[14]유지하기 위해 정기적으로 보정해야 합니다.ISO9000 및 기타 대부분의 표준은 로드 셀 열화 수준에 따라 재교정 절차 사이에 최대 18개월에서 2년의 기간을 규정한다.연간 재교정은 가장 정확한 측정을 보장하기 위해 많은 로드 셀 사용자에 의해 모범 사례로 간주됩니다.

표준 교정 테스트에서는 선형성과 반복성을 교정 지침으로 사용합니다. 이 두 가지 모두 정확도 결정에 사용됩니다.보정은 오름차순 또는 내림차순으로 점진적으로 시작됩니다.예를 들어 60톤 로드셀의 경우 5, 10, 20, 40 및 60톤 단위로 측정하는 특정 테스트 웨이트를 사용할 수 있습니다.보통 5단계 보정 프로세스로 디바이스가 정확하게 보정되는 데 충분합니다.일관된 ^[15]결과를 얻으려면 이 5단계 보정 절차를 2~3회 반복하는 것이 좋습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 스프링 스케일
• 스트레치 센서

레퍼런스

표준

• ASTM E4 – 테스트 기계의 강제 검증 프랙티스
• ASTM E74 – 시험 기계의 힘 표시 확인을 위한 힘 측정 기기의 교정 연습
• NTEP – 전국 도량형 회의 (적합 증명서)