PCB 3축 ICP 포스센서, 포스링 (Triaxial, ICP Force Sensors, Force Ring), 힘센서 - 260A Seires

PCB 3축 ICP 포스센서, 포스링 (Triaxial, ICP Force Sensors, Force Ring), 힘센서

- 260A Seires

미국 PCB 社의 ICP 포스센서(ICP force sensor) 제품 중 3축 링(ring) 타입의 모델 260A 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.

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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.

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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.

모델 260A 시리즈는 링 혹은 와셔 타입의 모델로 패널과 패널 사이, 샤프트와 샤프트 사이 등 주로 대상체의 연결부에 설치하여 그 사이에 발생하는 축방향의 압축과 인장력 뿐만 아니라 횡방향으로 발생하는 힘도 측정하여 모멘트까지 알 수 있도록 합니다.

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모델 260A 시리즈 역시 적정한 예비 하중(preload)을 반드시 걸어준 상태에서 사용해야 합니다.

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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.

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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.

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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 포스 링크(force link)라는 이름의 모델군은 이런 고민을 덜게끔 예비 하중을 미리 적용하여 제공합니다.

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260A 시리즈의 ICP 타입에는 세 모델이 있습니다. 형상은 중앙에 홀이 뚫려있는 납작한 육면체의 형태로 역시 감도(sensitivity)와 측정 범위(measurement range)에 따라 모델이 나뉘어 있습니다. 감도는 2.5mV/lb에서 1.25mV/lb, 측정 범위는 1klb에서 10klb 범위의 모델이 있는데요, 주의하셔야 할 점은 축 당 감도와 측정 범위가 다른 모델이 있어서 제품 선정 시 눈여겨 보셔야 합니다.

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커넥터는 모두 1/4-28 UNF 사이즈의 4핀 커넥터를 사용합니다. 일반적으로 3축 가속도센서에도 사용하는 것으로 혼용하여 사용하실 수 있습니다.

	MODEL: 260A01 Triax ICP® force sensor, 1k lb (Fz), 500 lb (Fx,y), 2.5 mV/lb (z), 10 mV/lb (x, y) Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) Electrical Connector: 4-Pin
	MODEL: 260A02 Triax ICP® force sensor, 1k lb (Fz), 1k lb (Fx,y), 2.5 mV/lb (z), 5 mV/lb (x, y) Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) Electrical Connector: 4-Pin
	MODEL: 260A03 Triax ICP® force sensor, 10k lb (Fz), 4000 lb (Fx,y), 0.25 mV/lb (z), 1.25 mV/lb (x, y) Temperature Range: -65 to +250 °F(-54 to +121 °C) Electrical Connector: 4-Pin

이상으로 오늘의 포스팅을 마치며 자세한 문의는 아래로 부탁드립니다.

PCB ICP 포스센서, 포스링 (Miniature ICP Force Sensors, Force Ring), 힘센서 - 207C

PCB ICP 포스센서, 포스링 (Miniature ICP Force Sensors, Force Ring), 힘센서 - 207C

미국 PCB 社의 ICP 포스센서(ICP force sensor) 제품 중 링(ring) 타입의 모델 207C에 대한 소개 포스팅입니다.

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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.

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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.

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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.

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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.

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모델 207C는 링 혹은 와셔 타입의 모델로 패널과 패널 사이, 샤프트와 샤프트 사이 등 주로 대상체의 연결부에 설치하여 그 사이에 발생하는 압축과 인장력을 측정하는데 사용합니다.

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모델 207C와 기존에 소개하였던 208C, 209C 시리즈 모델과의 극명한 차이점 중에 하나는 바로 적정한 예비 하중(preload)을 반드시 걸어준 상태에서 사용해야 한다는 것입니다.

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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.

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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.

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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.

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모델 207C는 앞서 소개한 201, 202, 203, 204, 205, 206시리즈보다 크기와 무게가 늘고 측정 범위(measurement range)도 커진 모델입니다. 감도(sensitivity)는 0.05mV/lb(11.2mV/kN)이고 측정 범위(measurement range)는 100,000 lb(444.8 kN)로 PCB의 링 타입 포스센서 중 가장 큰 측정 범위를 가지고 있습니다.

PCB Piezotronics Inc. Model 207C

모델 207C의 상세 스펙은 아래의 표를 참고하시면 됩니다.

​	ENGLISH:	SI:
PERFORMANCE
Sensitivity (±15 %)	0.05 mV/lb	11.2 mV/kN
Measurement Range (Compression)	100000 lb	444.8 kN
Maximum Static Force (Compression)	110000 lb	489.3 kN
Broadband Resolution (1)	2.0 lb-rms	8.9 N-rms
Low Frequency Response (-5 %)	0.0003 Hz	0.0003 Hz
Upper Frequency Limit	35000 Hz	35000 Hz
Non-Linearity	≤1 % FS	≤1 % FS
ENVIRONMENTAL
Temperature Range	-65 to +250 °F	-54 to +121 °C
Temperature Coefficient of Sensitivity	≤0.12 %/°F	≤0.216 %/°C
ELECTRICAL
Discharge Time Constant (at room temp)	≥2000 sec	≥2000 sec
Excitation Voltage	20 to 30 VDC	20 to 30 VDC
Constant Current Excitation	2 to 20 mA	2 to 20 mA
Output Impedance	≤100 Ohm	≤100 Ohm
Output Bias Voltage	8 to 14 VDC	8 to 14 VDC
Spectral Noise (1 Hz) (1)	0.0524 lb/√Hz	0.23 N/√Hz
Spectral Noise (10 Hz) (10)	0.0230 lb/√Hz	0.10 N√Hz
Spectral Noise (100 Hz) (100)	0.00854 lb/√Hz	0.0381 N/√Hz
Spectral Noise (1000 Hz) (1)	0.00214 lb/√Hz	0.00955 N/√Hz
Output Polarity (Compression)	Positive	Positive
PHYSICAL
Preload	33750 lb	150.13 kN
Stiffness	131 lb/µin	23 kN/µm
Size - Diameter	2.950 in	74.9 mm
Size - Height	0.670 in	17.02 mm
Size - Bolt Diameter	1.5 in	36 mm
Size - ID (Hole Diameter)	1.610 in	40 mm
Size - OD (Sensor)	2.950 in	74.9 mm
Size - Sensing Surface	2.660 in	67.6 mm
Weight	11.57 oz	328 gm
Housing Material	Stainless Steel	Stainless Steel
Sealing	Hermetic	Hermetic
Electrical Connector	10-32 Coaxial Jack	10-32 Coaxial Jack
Electrical Connection Position	Side	Side

이상으로 오늘의 포스팅을 마치며 자세한 문의는 아래로 부탁드립니다.

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