[자연과학]실험보고서 - Load cell[로드셀] 실험

` 목적 `
Load cell의 구조 및 특성을 알기위해 스트레인 게이지를 이해하고, Load cell 변환 회로의 동작을 이해하는데 있다.
` 이론 `
일반적으로 로드 셀이라 함은 하중을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭으로 스트레인 게이지(Strain Guage)식 로드 셀을 의미한다.
스트레인(Strain)이란 어떤 탄성체를 당기거나 밀면 변형이 일어나고 이때 줄거나 느는 양을 스트레인이라 하며, 이 미세한 변형 량을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 사용하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 변형 량을 하중으로 변환하여 측정하는 것이 바로 로드 셀의 원리이다.
이러한 미세한 변화를 검출하기 위해 전기적으로 브릿지 회로라는 회로를 사용하게 된다. 즉, 평상시에는 전기적으로 평형이 유지되어 (물의 수면이 동일한 경우와 같은 경우) 극히 미세한 전류를 흘려 보내다가, 어느 한쪽의 불균형이 발생하면(저항 값이 변하면) 그쪽으로 전류가 흘러 이 전류의 흐름이 전압의 변화로 나타나 검출된다. 이때 저항값의 변화는 스트레인에 의해서만 나타나지 않고 온도나 습도에 따라 변할 수도 있으므로 이에 대한 보상이 반드시 필요하며, 로드 셀의 좋고 나쁨의 기준이 된다.
즉, 스트레인 게이지를 금속 탄성체에 점착하고, 그 탄성체에 하중을 가했을 때 탄성체의 스트레인을 감지부 표면에 부착된 스트레인 게이지의 저항변화를 측정함으로써 가해진 하중의 크기에 비례한 전기적 출력신호를 얻을 수 있다.
스트레인 게이지는 도체의 저항은 그 길이에 비례하고 단면적(굵기)에 반비례한다. 길이가 외부에서 가해진 힘에 의해 늘어나가나 줄어지면 그 저항도 바뀌게 되는 원리를 이용한다.
길이 L과 그에 일치되는 저항 R을 가진 도체에 힘이 가해지면 길이의 감소와 단면적의 증가만큼 저항이 만큼 줄어…
()
R : 저항
: 변화한 저장

① Load cell에만 하중이 가해 ② Load cell 변환회로를 통한

③ 그래프

④ 변환기 출력에서의 전압 대 하중 변환 비율