스트레인게이지를 응용한 트랜스듀서로서 가장 많이 쓰이는 것이 로드셀(load cell), 압력트랜스듀서(pressure transducer), 토크셀(torque cell)등을 들 수 있습니다. 어느 것이나 모두 힘이 작용하는 부분에 스트레인게이지를 접착시켜 힘이 작용하면 발생하는 변형율을 검출하여 하중, 압력, 토크등을 공학단위로 표시합니다.
여기서는 로드셀에 대해서만 중점적으로 다뤄보겠습니다. 로드셀은 하중을 감지하는 방식에 따라서 링크형, 빔형, 링형, 전단웹(shear web)형등이 있습니다.아래 그림은 링크형 로드셀입니다. 로드셀의 원리를 알아봅시다.
(그림이 좀 희미하지만 이해해 주시고...) 링크의 네 면에 축방향 2개, 횡방향 2개의 스트레인게이지를 붙여서(그림 a), 그림 b와 같은 Wheatstone bridge회로를 만들었습니다. 네 게이지의 저항변화는 다음과 같습니다.
여기서 A는 단면적, E는 탄성계수입니다. 이 식을 2장의 (1)식에 대입하면 출력전압은 다음과 같습니다.
로드셀이 받을 수 있는 최대하중 P는 재료의 항복강도를 사용하면 무방하겠습니다. 재료의 물성치를 위 식에 모두 대입하여 를 계산해 보니 3 (mV/V)가 나왔다고 가정해 봅시다. 이것을 로드셀의 sensitivity라 고 합니다. 예를 들어 최대용량이 1 톤인 로드셀의 sensitivity가 3 (mV/V)라면 1 V의 입력전압을 가하고 1톤의 하중을 가해줄 때 출력은 3 mV가 나온다는 뜻입니다. 이 개념은 센서를 이용한 계측에 있어 매우 중요한 지식이므로 잘 알아두어야 합니다.
로드셀에서의 Wheatstone bridge회로에서는 4개의 스트레인게이지가 모두 액티브 게이지입니다. 이것을 풀 브리지(Full bridge)라고 합니다. 실제 로드셀에서는 회로자체에 온도변화에 따른 보상을 위해 보상저항을 덧붙이는 경우도 있습니다.(아래 그림 참조)
그림에서 Exc단자는 공급전압(Excitation voltage)단자를 말하고, Sig단자는 출력 시그널 단자입니다.