2025-11-28
계량/인장 센서의 내부 구조 및 작동 원리
계량 센서는 힘을 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 외부 힘이 가해지면 출력에서 전기 신호를 생성합니다. 스트레인 게이지 계량 센서는 무게 측정을 위해 사용되는 가장 일반적인 유형 중 하나입니다. 이 기사에서는 계량 센서의 작동 원리와 다양한 사양을 소개합니다.
**계량 센서란 무엇인가?**
계량 센서는 일종의 힘 변환기입니다. 센서는 한 형태의 에너지를 읽을 수 있는 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 특히, 계량 센서는 힘을 전자 장비에서 읽을 수 있는 전압으로 변환합니다. 일상 생활에서 가장 일반적으로 사용되는 계량 센서는 스트레인 게이지 유형이며, 무게를 측정하는 거의 모든 장치에 존재합니다.
**계량 센서는 어떻게 작동합니까?**
계량 센서에는 유연한 기판에 부착된 매우 얇은 저항성 물질이 포함되어 있습니다. 외부 힘이 계량 센서의 본체에 작용하면 유연한 기판이 변형되어 저항성 물질도 변형됩니다. 저항성 트레이스의 치수가 변경됨에 따라 전기 저항도 변경됩니다.
그러나 저항 변화는 재료의 원래 총 저항에 비해 매우 작으며 일반적으로 1:100 정도입니다. 이로 인해 절대 저항을 직접 측정하는 것이 매우 어렵습니다. 따라서 유연한 기판의 저항성 물질은 휘트스톤 브리지라고 하는 회로 구조로 배열됩니다. 휘트스톤 브리지(제안자 Charles Wheatstone의 이름을 따서 명명됨)는 다이아몬드 모양의 저항 배열로, 각 측면에 하나의 저항이 있습니다. 아래 그림과 같습니다.
여기에서 여기 전압이 다이아몬드 모양의 반대쪽 모서리 한 쌍에 적용되고 출력 전압 신호는 다른 쌍에서 읽을 수 있습니다. 일반적으로 외부 힘이 가해지지 않으면 모든 저항의 값이 동일합니다. 휘트스톤 브리지의 각 "다리"는 저항성 전압 분배기 역할을 합니다. 모든 저항이 동일하므로 각 다리의 출력 전압도 동일합니다. 즉, 출력 지점이 각 분배기의 중간 지점에 있으므로 차동 출력은 0V입니다. 외부 힘이 가해지면 저항 중 하나의 저항이 변경되어 해당 다리의 전압이 변경됩니다. 이로 인해 출력에 작은 전압 차이가 나타납니다.
**계량 센서를 사용하는 방법?**
계량 센서의 출력 전압은 매우 작고 높은 임피던스 소스(즉, 저항성 분배기)에서 나옵니다. 따라서 전압을 정확하게 읽으려면 신호 컨디셔닝이 필수적입니다. 신호 컨디셔닝 회로는 분배기에 부하를 가하지 않도록 높은 입력 임피던스, 각 다리의 절대 전압이 여기 전압의 절반이므로 높은 공통 모드 제거율, 높은 차동 이득을 가져야 합니다. 이를 위해서는 위의 모든 기준을 충족하는 계측 증폭기가 필요합니다. 아래 그림은 이득이 100인 AD620 계측 증폭기를 사용하는 예시 회로를 보여줍니다. 즉, 입력 전압이 1mV마다 출력은 100mV가 됩니다. 예를 들어, 브리지의 전체 스케일 출력이 ±25mV인 경우 증폭기의 출력은 ±2.5V가 됩니다.
**디지털 계량 센서**
아날로그 계량 센서 사용과 관련된 기술적 문제를 극복하기 위해 UART 및 RS485와 같은 인터페이스가 있는 디지털 계량 센서를 선택할 수 있습니다. 이러한 센서는 표준 MODBUS-RTU 통신 프로토콜을 지원하여 PLC, 컴퓨터, 디스플레이 모듈 및 무선 데이터 전송 장치와 쉽게 연결할 수 있습니다.
