품질은 7가지 기본 물리량 중 하나입니다. 실제 응용에서 질량은 물체의 무게로 나타나는 경우가 많습니다. 무게는 질량으로 인해 물체에 작용하는 힘입니다.
물체의 무게는 어떻게 측정되나요? 이는 중력의 영향으로 가해지는 압력을 감지하여 수행됩니다. 가해지는 압력을 감지하여 무게를 측정하는 장치를 계량센서라고 합니다. 스트레인 게이지 계량 센서는 매우 일반적이며 마이크로컨트롤러 및 마이크로컴퓨터에 직접 연결됩니다. 이 기사에서는 다양한 유형의 계량 센서와 계측기 계량 센서에 대해 설명합니다.
계량 센서는 압력이나 기계적 힘을 측정 가능한 전기 신호로 변환합니다. 계량 센서는 크기, 모양 및 작동 원리가 다른 다양한 변형으로 제공됩니다. 계량 센서는 일반적으로 가정용 및 산업용 애플리케이션에 사용됩니다. 계량 센서의 국내 응용 분야로는 개인용 저울, 주방 저울, 욕실 저울, 트레이 저울, 수하물 저울 등이 있습니다. 계량 센서의 일부 산업 응용 분야에는 지반 공학 장비, 의료 기기, 벨트 스케일, 호퍼 스케일, 레일 스케일 및 차량 계량 기계가 포함됩니다.
계량 센서의 크기, 모양, 적용 및 작동 원리에는 상당한 차이가 있습니다. 계량 센서를 분류하는 가장 간단한 방법은 작동 원리를 기반으로 합니다. 이를 바탕으로 거의 모든 계량 센서는 다음 세 가지 범주 중 하나에 속합니다.
유압식 계량 센서
공압식 계량 센서
스트레인 게이지 계량 센서
유압 계량 센서는 유체에 가해지는 추력을 감지하여 기계적 힘을 측정합니다. 이는 두 개의 피스톤 사이에 유체가 저장되는 일반적인 피스톤과 실린더 구성을 가지고 있습니다. 하나의 피스톤은 고정되어 있고 다른 피스톤은 압력이나 추력의 작용으로 움직일 수 있습니다. 피스톤의 움직임은 부르동관 내부의 압력 변화를 일으키고, 압력 게이지는 이 변화를 감지합니다. 이러한 유형의 계량 센서는 일반적으로 아날로그입니다.
공압식 계량 센서는 공기 또는 가스 압력을 감지하여 기계적 힘을 측정합니다. 이는 실린더가 공기 또는 가스로 채워지고 이동식 피스톤이 계량 센서 위에 배치되는 유사한 원통형 구성을 가지고 있습니다. 피스톤에 압력이 가해지면 실린더 내부의 압력이 변화하여 실린더 바닥에 있는 노즐에서 공기가 빠져나갑니다. 빠져나가는 공기/가스에 의해 가해지는 압력은 계량 센서 내부의 압력 게이지로 측정됩니다.
스트레인 게이지 계량 센서는 계량 센서 내부에 있는 하나 이상의 스트레인 게이지의 변형을 감지하여 기계적 힘을 측정합니다. 스트레인 게이지 계량 센서가 가장 일반적인 유형입니다. 그들은 다양한 모양과 구성으로 제공됩니다. 예를 들어, 막대형 계량 센서에는 4개의 스트레인 게이지가 있습니다. 두 개는 막대 끝에 배치됩니다. 스트레인 게이지는 체중계의 두 플랫폼 사이에 Z자 모양으로 배열되어 있습니다. 바(상단 플랫폼)에 일부 추를 얹으면 적용된 힘으로 인해 계량 센서가 구부러집니다. 막대에 있는 두 개의 스트레인 게이지는 장력을 측정하고 두 개는 압축을 측정하여 결과적인 굽힘 변형을 감지합니다. 바형 계량 센서는 벤딩 빔 계량 센서라고도 합니다.
4개의 계량 센서가 휘트스톤 브리지 형태로 배열되어 일반적인 계량기에서 최대 감도를 달성합니다.
바를 따라 배치된 스트레인 게이지는 바의 굽힘 변형에 대한 최대 변형을 견뎌냅니다. 내부적으로 스트레인 게이지는 아래 그림과 같이 휘트스톤 브리지 구조로 배열되어 있습니다.
장력을 받는 스트레인 게이지는 얇아지고 길어집니다. 결과적으로 저항이 증가합니다. 압축된 스트레인 게이지는 두꺼워지고 짧아집니다. 결과적으로 저항이 감소합니다. 정상적인 조건에서 모든 스트레인 게이지의 저항 값은 동일하며 휘트스톤 브리지 출력의 전압 차이는 0입니다. 센서에 무게가 실리면 스트레인 게이지 R1과 R3은 장력을 받아 저항이 증가하고, 스트레인 게이지 R2와 R4는 압축을 받아 저항이 감소합니다. 이는 휘트스톤 브리지의 출력에 다른 전압을 생성합니다. 출력 전압은 mV 범위에 있으며 증폭기 회로로 전송됩니다.
휘트스톤 막대형 계량 센서에는 최소 4개의 와이어가 있습니다. 2개의 와이어는 스트레인 게이지(전원 전압 및 접지)의 여기를 위한 것이고, 나머지 2개의 와이어는 휘트스톤 브리지의 차동 전압을 측정합니다.
바형 계량 센서는 단일 지점, 단일 종단 전단 빔, 이중 종단 전단 빔 또는 와이어 로프 계량 센서일 수 있습니다.
S형 계량 센서: 이 계량 센서는 매달린 중량을 측정하는 데 사용됩니다. 계량 센서는 S자 모양으로 양쪽 끝에 걸이 볼트나 로드 끝을 고정할 수 있는 구멍이 있습니다. 중량 센서에 중량이 매달리면 양쪽 끝에 있는 스트레인 게이지 양쪽에 장력이 발생합니다. 무게 측정 센서에 무게추를 놓으면 끝에 있는 두 스트레인 게이지가 모두 압축됩니다. 막대형 계량 센서도 동일한 원리로 작동합니다.
단일 스트레인 게이지 계량 센서: 이 계량 센서는 단일 스트레인 게이지로 구성됩니다. 스트레인 게이지는 구성에 따라 장력 또는 압축을 받습니다. 인장 또는 압축 시 출력 저항이 변경되고 증폭 회로에서 감지됩니다. 이러한 계량 센서는 계량 버튼, 평면 계량 센서 및 로드 핀으로 사용할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 계량 센서 4개는 무게를 측정하기 위해 플랫폼 아래 동일한 거리에 배치됩니다.
탱크형 계량 센서: 탱크형 계량 센서는 디스크형 계량 센서와 유사합니다. 이 계량 센서는 차량용 저울, 철도 차량 계량, 호퍼 저울, 농업용 저울 등 고용량 측정에 사용됩니다. 이 계량 센서는 압력만 측정하도록 설계되었습니다.
토크 계량 센서: 이 계량 센서는 토크 힘을 측정하는 데 사용됩니다. 토크는 물체를 회전시키는 힘입니다. 아래 그림은 토크 계량 센서의 예를 보여줍니다.
계량센서 출력
단일 스트레인 게이지 계량 센서이든 휘트스톤 계량 센서이든 계량 센서의 출력 전압은 여기 전압으로 표현됩니다. 이는 전체 부하 용량에 대한 mV/V 사양으로 제공됩니다. 예를 들어, 계량 센서의 출력 전압은 사양표에 4mV/V로 지정되어 있습니다. 여기 전압이 10V이면 최대 부하 시 계량 센서의 출력 전압은 40mV입니다. 다음 공식은 계량 센서의 출력 전압을 제공합니다.
V_output = V_여기 * Z mV/V
여기서 Z는 mV/V 사양입니다.
무게 측정은 다양한 응용 분야에 적합한 다양한 모양, 크기, 사용 사례 및 작동 원리를 갖춘 계량 센서를 사용하여 수행됩니다. 이러한 계량 센서는 단일 스트레인 게이지 또는 휘트스톤 계량 센서일 수 있습니다. 모양과 구성에 따라 스트레인 게이지 계량 센서는 벤딩 빔 계량 센서, 버튼/디스크형, S형, 토크 계량 센서 또는 탱크형 계량 센서가 될 수 있습니다. 최대 감도를 달성하기 위해 단일 스트레인 게이지 계량 센서도 휘트스톤 구성에 사용되는 경우가 많습니다."
