PCB ICP 포스센서, 포스링 (Miniature ICP Force Sensors, Force Ring), 힘센서 - 201 Series
미국 PCB 社의 ICP 포스센서(ICP force sensor) 제품 중 링(ring) 타입의 201 시리즈에 대한 소개 포스팅입니다.
포스센서(force sensor)는 인장(tension)이나 압축(compression)에 대한 힘을 측정하기 위한 센서이며 보통의 로드셀(load cell)과 구분하기 위해 포스센서 혹은 다이내믹 로드셀(dynamic load cell)로 부릅니다.
다이내믹 로드셀(dynamic load cell)로 불리는 것처럼 일반 로드셀과는 달리 상대적으로 급격한 변화가 예상되는 시험에 적합한 센서입니다. 낙하(drop), 충격(shock)과 같은 경우가 그렇죠.
보통 로드셀과 포스센서 사용에 대한 기준은 수백 herz 정도로, 그 미만은 로드셀을 그 이상은 포스센서를 추천드리는 편입니다. 물론 수십, 수백 herz에서도 포스센서를 사용할 수는 있습니다만 특화된 부분을 말씀드리자면.. 그렇다는 겁니다.
하지만 매우 저주파 (0~10Hz 미만)에서는 특정 애플리케이션을 제외하면 굳이 포스센서를 사용하시는 것을 추천드리지 않습니다. 반대로 1kHz 가 넘어갈 정도로 급격한 변화의 시험에서는 로드셀을 사용하시면 안 됩니다. 반응(response)이 못 따라갈 수 있거든요.
201 시리즈와 기존에 소개하였던 208C, 209C 모델과의 극명한 차이점 중에 하나는 바로 적정한 예비 하중(preload)을 반드시 걸어준 상태에서 사용해야 한다는 것입니다.
제조사에서 규정해놓은 예비 하중을 인가한 상태에서 사용해야 하는 이유는 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 인장(tension)력을 계측하기 위한 목적으로 만약 예비 하중을 인가하지 않았다면 압축(compression)에 대한 신호만 볼 수 있습니다. 하지만 그마저도 의미가 없을 수 있는 것이 바로 두 번째 이유로, 제조사에서 검교정(calibration)을 하여 발행한 성적서 결괏값의 기본 환경 조건이 바로 예비 하중을 인가한 상태라는 것이죠. 다시 말해 다른 조건에서는 성적서와 같은 선형성(linearity)을 보장하지 않는다는 의미로 볼 수 있습니다. 이는 특히 낮은 힘이 발생하는 지점에서 오차가 두드러지게 됩니다.
앞서 비교한 208C, 209C의 경우 예비 하중 없이 인장(tension)력을 계측할 수 있는 이유는 사실 내부에 이미 예비 하중을 인가해놓은 상태라서 그렇습니다. 그래서 일반적인 경우 이 시리즈의 모델이 적용하기 훨씬 쉽지요.
예비 하중을 걸어주는 것은 나름대로 까다로운 일이 될 수 있습니다. 매우 어려운 절차를 거쳐야 하는 것은 아니지만 그렇다고 쉽지도 않습니다. 나중에 이에 대한 포스팅을 따로 준비하겠습니다. 참고로 역시 나중에 소개할 포스링크(force link)라는 이름의 모델군은 이런 고민을 덜게끔 예비 하중을 미리 적용하여 제공합니다.
201 시리즈에는 6개의 모델의 있으며 RH201A76 모델을 제외하고 모두 같은 형상으로 감도(sensitivity)와 측정 범위(measurement range)에 차이를 두고 있습니다. 감도로는 500mV/lb(112,405 mV/kN)부터 1mV/lb(224.8 mV/kN)까지 측정 범위로는 10lb(0.0445kN)부터 5,000lb(22.24 kN)까지네요.
RH201A76 모델은 조금 더 납작한 형태(low-profile)로 사이즈와 무게, 커넥터 종류를 제외하면 같은 감도와 측정 범위를 가진 201B05와 같다고 볼 수 있습니다. RH 옵션으로 RoHS 기준을 준수한다는 것도 다르긴 하네요..
201 시리즈는 링타입의 포스센서 중에서도 소형으로 다음에는 더 큰 형상의 더 큰 힘을 측정할 수 있는 모델군을 소개해 드리겠습니다.
 | MODEL: 201B01 Measurement Range: (Compression) 10 lb(0.0445 kN) Sensitivity: (±15%) 500 mV/lb(112405 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.01 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
| MODEL: 201B02 Measurement Range: (Compression) 100 lb(0.4448 kN) Sensitivity: (±15%) 50 mV/lb(11240 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.006 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
| MODEL: 201B03 Measurement Range: (Compression) 500 lb(2.224 kN) Sensitivity: (±15%) 10 mV/lb(2248 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.002 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
| MODEL: 201B04 Measurement Range: (Compression) 1000 lb(4.448 kN) Sensitivity: (±15%) 5 mV/lb(1124 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.001 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
| MODEL: 201B05 Measurement Range: (Compression) 5000 lb(22.24 kN) Sensitivity: (±15%) 1 mV/lb(224.8 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.0003 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
 | MODEL: RH201A76 Measurement Range: (Compression) 5000 lb(22.24 kN) Sensitivity: (±15%) 1 mV/lb(224.8 mV/kN) Low Frequency Response: (-5%) 0.0003 Hz Upper Frequency Limit: 90000 Hz Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) |
이상으로 오늘의 포스팅을 마치며 자세한 문의는 아래로 부탁드립니다.
