스포크형 로드셀 CZL204

제품 소개

스포크형 로드셀 은 변형 저항 원리를 기반으로 하는 힘 감지 요소로, 스포크 형태의 엘라스토머가 핵심 구조입니다. 외력이 가해지면 엘라스토머의 변형이 스트레인 게이지를 통해 저항 변화를 발생시키고, 이는 측정 가능한 전기 신호로 변환됩니다. 이 제품은 구조가 소형화되어 있고 편심 하중에 대한 저항 성능이 뛰어난 장점을 결합하여 중저하중이며 공간이 제한된 계량 환경에서 널리 사용됩니다. 다음은 선택, 기술 평가 및 솔루션 작성의 요구사항을 충족하기 위해 핵심 차원별로 자세히 설명합니다: 제품 선택, 기술 평가 및 솔루션 작성의 요구 사항을 충족하기 위한 내용입니다:

1. 제품 특징 및 기능

주요 기능

• 구조 설계: 스포크형 일체 구조를 채택하여(림과 허브가 스포크로 연결되며, 높이는 일반적으로 20~80mm 범위), 균일한 강성 분포 특성을 가지며 비편심 하중/측면력에 대한 우수한 저항 성능을 제공합니다(정격 하중의 ±15% - ±20% 범위 내 비편심 하중을 견딜 수 있음). 비축 방향 하중의 충격을 효과적으로 분산시키며, 높은 하중 지지 안정성을 갖추고 있습니다.

• 정확도 성능: 정확도 등급은 C2 - C6까지 적용되며, 주류 모델은 C3 등급에 도달합니다. 비선형 오차는 ≤ ±0.02%FS, 반복성 오차는 ≤ ±0.01%FS, 영점 드리프트는 ≤ ±0.003%FS/℃ 이내로 억제되며, 동적 간헐적 하중 조건에서도 우수한 정확도 유지 성능을 제공합니다.
• 재질 및 보호: 엘라스토머는 일반적으로 합금강(항복 강도 ≥ 900MPa) 또는 304/316L 스테인리스강을 사용하며, 부식 저항성을 향상시키기 위해 표면을 패시베이션 처리하거나 니켈 도금합니다. 보호 등급은 일반적으로 IP66/IP67이며, 특수 주문 제작 모델의 경우 IP68까지 가능하여 습기가 많고 먼지가 많은 산업 환경에 적합합니다.
• 설치 호환성: 상부 및 하부 단면은 볼트 고정 또는 플랜지 연결 방식을 사용하며, 일부 모델은 나사 어댑터를 지원합니다. 설치 높이가 낮아(최소 18mm) 수직 하중을 주로 받는 좁은 공간에 적합하며, 독립적으로 또는 다수 조합으로 사용할 수 있습니다.

핵심 기능

• 무게/하중 값 검출: 정적 계량 및 준동적 계량(응답 시간 ≤ 8ms)을 지원하며, 측정 범위는 0.1t - 200t까지 커버합니다. 일반적인 적용 분야는 주로 1t - 50t 범위에 집중되어 있으며, 일부 맞춤형 모델은 200t 이상의 특수 요구 사항도 충족시킬 수 있습니다.
• 신호 출력: 표준 아날로그 신호(4 - 20mA, 0 - 5V, 0 - 10V) 및 디지털 신호(RS485/Modbus RTU)를 제공합니다. 일부 지능형 모델은 CANopen 프로토콜을 지원하여 PLC, DCS 및 계량 관리 시스템에 직접 연결할 수 있습니다.
• 추가 기능: 광범위한 온도 보상 기능(-30°C ~ 80°C)을 통합하여 과부하 보호(정격 하중의 150% - 250%)를 제공하며, 방폭 모델은 Ex d IIB T4 Ga/Ex ia IIC T6 Ga 인증을 획득했고, 일부 모델은 케이블 파단 방지 설계를 갖추고 있습니다.
• 장기적 신뢰성 피로 수명 ≥ 10⁷회 이상의 하중 사이클, 정격 하중 조건에서 우수한 연속 작동 안정성, 연간 드리프트 ≤ ±0.015%FS로 산업 현장에서의 장기적인 연속 운전에 적합합니다.

2. 해결된 핵심 문제

• 편심 하중 조건에서 측정 오차 발생: 기존 센서가 비축하에서 오차가 큰 문제를 해결하기 위해 스포크 구조의 힘 전달을 최적화함으로써 편심 하중 오차를 ±0.03% FS 이내로 억제하여 실로 편심 및 물질 충격과 같은 상황에서의 정확도 문제를 해결합니다.
• 좁은 공간에서 설치가 어려움: "짧고 통통한" 구조적 특성(지름 50~200mm, 높이 20~80mm)을 통해 장비 내부, 소형 계량기기, 내장형 계량 모듈과 같이 공간이 제한된 상황에서의 설치 적응 문제를 해결하며 추가적인 여유 공간이 필요하지 않습니다.
• 진동 및 충격에 의해 손상되기 쉬움: 스포크형 엘라스토머의 응력 분포는 보다 균일하며, 기둥형 센서에 비해 충격 저항성이 30% 이상 향상되어 기계적 진동 및 물질 낙하 충격과 같은 상황에서 센서의 영구 변형을 효과적으로 방지하고 수명을 연장시킵니다.
• 다양한 상황에 대한 적응성 부족: 재료 개선(예: 316L 스테인리스강)과 강화된 보호(IP68)를 통해 식품 가공 및 화학 배합과 같은 습기 있고 부식성 있는 환경에서 센서의 부식 문제를 해결하며, 폭발 방지 모델은 가연성 및 폭발성 환경의 안전 요구사항을 충족합니다.
• 시스템 통합 및 연결이 번거로움: 다양한 종류의 신호 출력과 주요 산업용 프로토콜을 지원하여 미쓰비시, 슈나이더 등 브랜드가 서로 다른 PLC 및 계량기기와의 호환성 문제를 해결하고 신호변환기와 같은 중간 장비 투자 비용을 줄입니다.

3. 사용자 경험

• Installation convenience: 표준화된 단면 마운팅 홀과 위치 기준면, 전용 마운팅 가스켓 및 체결 볼트를 통해 전문 캘리브레이션 도구 없이도 수평 정렬이 가능하며, 한 명의 작업자가 30분 이내에 센서 하나의 설치와 시운전을 완료할 수 있습니다.
• 운영 및 캘리브레이션: 기기의 원버튼 제로링과 2점 캘리브레이션을 지원하여 캘리브레이션 절차를 간소화합니다(정격 부하의 20% 및 100%인 표준 질량체만 필요). 디지털 모델은 호스트 컴퓨터 소프트웨어를 통해 원격 캘리브레이션 및 파라미터 설정이 가능하여 조작 난이도를 낮춥니다.
• 낮은 유지 보수 비용: 완전 밀폐 구조로 먼지와 습기의 유입을 최소화하여 연평균 고장률이 ≤ 0.3%입니다. 단자대는 풀림 방지 설계를 적용했으며, 케이블 인터페이스는 방수 및 방진 밀봉 처리되어 있습니다. 일상적인 사용 시 분기별 청소 및 영점 검사만 필요하므로 유지보수 부담이 적습니다.
• 데이터 피드백: 정적 무게 측정 데이터 변동폭은 ≤ ±0.005%FS 이하이며, 준동적 상황에서도 명확한 지연 현상이 없습니다. 디지털 모델은 내장형 고장 진단 모듈을 갖추고 있어 과부하, 단선, 이상 온도 등의 상태를 실시간으로 피드백하여 문제를 신속하게 파악할 수 있도록 지원합니다.
• 호환성 경험: 시장에 나와 있는 무게 측정 제어 장치의 95% 이상과 호환되며, 복수의 센서를 병렬로 사용할 때 자동 부하 분배를 지원하여 추가적인 균형기기가 필요하지 않습니다. 지능형 모델은 산업용 IoT 플랫폼에 직접 연결 가능하여 원격 데이터 모니터링을 실현할 수 있습니다.

4. 일반적인 적용 사례

1) 산업용 계량장비 제조

• 소형 및 중형 플랫폼 저울/바닥 저울: 1-50톤 플랫폼 저울 및 바닥 저울을 위한 핵심 센싱 유닛으로, 계량 장비 내부 설치에 적합한 소형 구조를 가지며, 편심 하중에 대한 저항 특성을 통해 다양한 계량 위치에서도 정확도 일관성 유지 (예: 슈퍼마켓 가격 측정용 플랫폼 저울 및 작업장 물류용 바닥 저울)

• 맞춤형 계량 장비: 폭발 방지 전자 저울 및 부식 방지 화학 저울에 사용되며, 316L 소재와 폭발 방지 인증을 통해 특수 산업 분야의 요구 사항을 충족 가능. 스포크 구조는 계량 장비의 다양화된 구조 설계에 적응 가능

2) 엔지니어링 및 건설 기계

• 로더/삽의 중량 측정: 버킷의 유압 시스템에 설치되어 유압 압력을 감지함으로써 간접적으로 중량을 측정하며, 스포크 형 구조는 강한 진동 및 충격 저항 능력을 갖추고 있어 건설기계의 혹독한 운용 환경에 적합하며, 정확도는 최대 ±0.5%FS에 이릅니다.

• 유압 지지대의 압력 모니터링: 석탄 광산에서 유압 지지대의 작동 저항을 모니터링하며, 방폭형 스포크 센서를 사용하여 보호 등급 IP67을 달성하고, 먼지가 많고 습한 환경에서도 장기간 안정적으로 작동할 수 있으며, 지지대의 안전성을 위한 데이터 지원을 제공합니다.

3) 산업 공정 제어

• 소형 및 중형 재료 탱크/실로의 계량: 제약 및 식품 산업에서 배합 탱크 및 버퍼 실로의 계량으로, 4개의 센서를 대칭적으로 설치하여 물질 탱크의 중심 이탈 문제를 해결하는 편심 하중 방지 특성을 갖추고 있으며, 제어 시스템과 연동하여 정확한 투입을 구현합니다.

• 포장 기계의 계량: 입자 포장기 및 액상 충진기를 위한 동적 계량 모듈로, 응답 시간 ≤8ms를 달성하여 고속 포장 요구사항을 만족시키며, 정확도는 ±0.1%FS 이내로 유지되어 포장 측정 규정 준수를 보장합니다.

4) 재료 시험 및 과학 연구 장비

• 인장/압축 시험기: 재료 역학 시험에서 정적 하중 측정으로, C2 등급 정확도가 과학 연구 수준의 시험 요구사항을 충족하며, 스포크 구조로 균일한 응력을 분산시켜 시험 데이터의 반복성과 정확성을 보장합니다.

• 피로 시험 장비: 부품의 피로 수명 시험에서 하중 모니터링을 수행하며, 사이클 수명이 ≥10⁷회 이상이고 안정적인 기계적 특성을 갖추어 장기 시험 실험의 요구 조건을 충족할 수 있음.

5) 특수 산업 응용 분야

• 식품 및 제약 산업: 위생 등급 316L 스테인리스강 센서로 표면 연마 처리(Ra ≤0.8μm)를 완료하여 GMP 표준을 준수하며 원료 무게 측정, 완제품 계량 등의 공정에 사용되며 세척 및 소독이 용이함.

• 광산 및 야금: 고온 스포크형 센서(보상 온도 -40°C~120°C)로 광석 선별 장비 및 야금로 호퍼의 무게 측정에 사용되며 고온 및 먼지 많은 환경에서도 사용 요구 조건에 적합함.

5. 사용 설명서(실용 가이드)

1) 설치 절차

• 준비: 설치 표면을 청소하십시오(평탄하고 돌기 없어야 하며, 평탄도 오차는 ≤0.05mm/m 이내여야 함). 센서 외관을 점검하고(엘라스토머에 변형이 없으며 케이블이 손상되지 않아야 함), 설치 볼트 사양이 센서와 호환되는지 확인하십시오.

• 위치 결정 및 고정: 센서를 마운팅 베이스 위에 수직으로 놓아 하중이 축 방향으로 전달되도록 하고, 토크 렌치를 사용하여 지정된 토크 값에 따라 조이십시오(합금강 센서의 경우 권장 토크는 15-40N·m, 스테인리스강의 경우 10-30N·m임). 엘라스토머가 손상될 수 있으므로 과도하게 조이지 않도록 주의하십시오.

• 배선 사양: 아날로그 신호의 경우 "붉은 - 전력 +, 검은 - 전력 -, 녹색 - 신호 +, 흰 - 신호 - "의 배선 원칙을 따르십시오; 디지털 신호의 경우 Modbus 프로토콜에 따라 해당 핀을 연결하십시오. 배선은 강한 전자기 간섭 원소 (주파 변환기 및 고전압 케이블

• 보호 치료: 야외 또는 습한 환경에서 설치할 때, 케이블 관절을 밀폐하기 위해 방수 연결 상자를 사용하며, 센서의 노출된 부분에 먼지 덮개를 설치할 수 있습니다. 부식성 환경에서, 스트레스 대상이 아닌 표면에 특수 부식 방지 코팅을 적용해야합니다.

2) 캘리브레이션 및 디버깅

• 제로 캘리브레이션: 전원을 켜고 20분간 예열한 후, 저울 장치 또는 호스트 컴퓨터를 통해 "제로 캘리브레이션" 명령을 실행하여 제로 출력이 ±0.002%FS 이내에 있도록 하며, 편차가 너무 클 경우 설치 수평 상태를 점검하십시오.

• 부하 캘리브레이션: 정격 부하의 20% 및 100%에 해당하는 표준 중량을 순서대로 올려놓고 센서의 출력 신호 값을 기록한 후, 캘리브레이션 소프트웨어를 통해 선형 오차를 보정하며, 각 부하 지점에서의 오차가 해당 정확도 등급의 허용값 이하(예: C3 등급의 경우 ≤±0.02%FS)가 되도록 합니다.

• 동적 디버깅: 준동적 상황에서 계기의 필터링 파라미터(필터링 주파수 8-15Hz)를 조정하고, 센서의 응답 속도와 데이터 안정성을 테스트하여 재료 충격으로 인한 신호 변동을 방지합니다.

3) 정기 유지보수

• 정기 점검: 월 1회 센서 표면의 먼지와 기름을 청소하고 배선 단자의 조임 상태를 확인합니다. 6개월마다 제로 캘리브레이션을 수행하고, 매년 전체 범위 캘리브레이션 및 성능 테스트를 완료하십시오.

• 고장 처리: 데이터 드리프트가 발생할 경우, 먼저 전원 공급 전압(10-30V DC에서 안정적)과 설치 면의 평탄도를 점검하십시오. 신호가 비정상일 경우 케이블 손상 여부 또는 스트레인 게이지의 과부하 및 손상 여부를 확인하고, 필요 시 센서를 교체하십시오.

6. 선택 방법 (요구사항에 정확히 부합)

1) 핵심 파라미터 결정

• 범위 선정: 실제 최대 하중의 1.3 - 1.6배 범위를 가진 모델을 선택하십시오 (예: 최대 하중 10t인 경우, 13 - 16t 센서 선택 가능). 충격 하중으로 인한 손상을 방지하기 위해 충분한 과부하 마진을 확보하십시오.

• 정확도 등급: 산업용 계측의 경우 C3 등급(오차 ≤ ±0.02%FS)을 선택하고, 과학 연구 테스트의 경우 C2 등급(오차 ≤ ±0.01%FS)을 선택하며, 일반 모니터링의 경우 C6 등급(오차 ≤ ±0.03%FS)을 선택하십시오.

• 신호 유형: 기존 제어 시스템의 경우 아날로그 신호(4~20mA)를 선택하고, 지능형 IoT 시스템의 경우 디지털 신호(RS485)를 선택하며, 건설기계의 경우 CANopen 프로토콜을 지원하는 모델을 선택하십시오.

2) 환경 적응성에 따른 선택

• 온도: 일반적인 상황(-30°C ~ 60°C)에서는 일반 모델을 선택하고, 고온 상황(60°C ~ 120°C)에서는 고온 보상 모델을 선택하며, 저온 상황(-50°C ~ -30°C)에서는 저온 내구 모델을 선택하십시오.

• 매체: 건조한 환경의 경우 합금강을 선택하고, 습기가 많거나 약간 부식성이 있는 환경의 경우 304 스테인리스강을 선택하며, 높은 부식성이 있는 환경(산-염기 용액)의 경우 316L 스테인리스강 또는 하스텔로이 재질을 선택하십시오.

• 보호 등급: 실내 건조 환경의 경우 ≥ IP66; 실외/습기 있는 환경의 경우 ≥ IP67; 수중 또는 먼지가 많은 환경의 경우 ≥ IP68.

3) 설치 및 시스템 호환성

• 설치 방식: 좁은 공간의 경우 단면 볼트 연결 방식을 선택하고, 큰 하중이 작용하는 상황에서는 플랜지 연결 방식을 선택한다. 특히 편심 하중이 큰 경우에는 편심 하중 오차가 ≤ ±0.01%FS인 강화 모델 사용을 권장한다.

• 호환성: 센서 신호가 기존 계측기/PLC의 통신 프로토콜과 일치하는지 확인해야 한다. 여러 센서를 함께 사용할 경우 주소 코딩을 지원하는 디지털 모델을 선택하여 신호 충돌을 방지한다. 4. 추가 요구사항 확인

• 인증 요구사항: 폭발 위험 환경에는 해당 폭발방지 등급 인증이 필요하며(예: 석탄 광산용 Ex d I, 화학 산업용 Ex ia IIC T6), 식품 산업의 경우 FDA/GMP 인증이 필요하고, 정밀 측정 용도에는 CMC 인증이 요구된다.

• 특수 기능: 동적 무게를 위해 응답 시간이 ≤ 5ms 인 모델을 선택하십시오. 원격 모니터링을 위해 LoRa / NB-IoT 무선 모듈을 갖춘 지능형 모델을 선택하십시오. 고온 시나리오를 위해 온도 보상 칩을 갖춘 특수 모델을 선택하십시오.

요약

스포크형 로드셀은 '우수한 편심 하중 저항성, 컴팩트한 구조 및 높은 안정성'을 핵심 장점으로 하며, 주로 중저하중, 공간 제약 조건 및 편심 하중 상황에서의 정밀 계량 문제를 해결합니다. 사용자 경험 측면에서는 설치 용이성, 유지보수 간편성 및 신뢰할 수 있는 데이터에 초점을 맞추고 있습니다. 모델 선택 시 범위, 정확도, 설치 공간, 환경의 네 가지 핵심 요구사항을 먼저 명확히 한 후, 시스템 호환성과 추가 기능을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다. 사용 시에는 장기적인 안정적인 작동을 보장하기 위해 축방향 하중 설치 원칙과 정기적 교정 규정을 철저히 준수해야 합니다. 이 제품은 산업용 계량기기, 건설기계, 공정 제어 등 다양한 분야에 적합하며, 중저하중 및 특수 설치 조건에 이상적인 계량 센싱 솔루션입니다.

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