[DAQmx] NI 9237을 이용한 로드셀(Load cell) 측정하기

NI 9237을 이용한 로드셀(Load cell) 측정하기

1) 로드셀이란?

로드셀은 힘(질량, 토크)르 검출하는 센서입니다. 일반적으로 로드, 압력, 토크에 대한 측정은 완전 브리지(Full Bridge) 스트레인 기반의 트랜스 듀서를 사용하는데, 로드/힘 측정을 하는 로드셀은 힘을 통해서 발생한 게이지의 변형을 측정하고 이 변형을 전기적 신호로 변환하여 출력을 합니다. 

로드셀은 일반적으로 힘측정을 하는 곳이라면 어디서나 사용이되며, 쉬운 예로는 전자저울, 시험기, 유량계등에 많이 사용이 됩니다. 

로드셀의 종류는 크게 4가지로 구분이 됩니다. 빔형, 원주형, S자형, 다이어그램형으로 구분할 수 있는데 이 들은 각각 힘이 가해지는 곳이 다릅니다.

2) 로드셀의 측정 원리

로드셀의 표면에는 스트레인 게이지가 부착이 되어 있습니다. 스트레인 게이지가 변형하고 이 변형에 대한 양으로 인해 저항값이 변화를 하는 센서가 로드셀입니다.

로드셀에 힘을 가하면 로드셀이 먼저 변화하고, 이로 인해 스트레인 게이지가 변형하고 저항값도 변환합니다. 이때 로드셀에 외부 전원(Vex)가 들어가게 되면 변화된 저항값에 비례하여 전압이 출력됩니다. 

로드셀을 측정하기 위해서는 로드셀의 Spec을 명확히 파악을 해야 합니다.

로드셀에서 알아야 하는 스펙은 (1) 무게 최대 측정 범위 (2) 감도(Sensitivity) (3) 전압 (4) 저항 (5) 오차 범위를 알아야 합니다.

감도(Sensitivity)란?

감도의 단위는 mv/v입니다. 외부 전압을 1V 걸어주었을 때 mv 가 걸린다는 의미인데, 2 mv/v라고 되어 있다면 1V를 외부 전압으로 넣어주고 로드셀의 최대 무게에 대한 힘이 로드셀에 실린다면 2mv가 로드셀로 부터 출력이 된다는 의미입니다. 

즉, 

전압 출력(mV) = 현재 물체의 하중(걸리는 힘) / 로드셀이 감당할 수 있는 최대 하중 * 로드셀의 감도 * 구동 전압

3) NI장비를 통해서 로드셀 측정하기

NI 장비를 통해서 로드셀을 측정할 때 가장 많이 사용되는 제품은 NI 9237 입니다. 9237의 간략한 제품 내용을 살펴보겠습니다.

4) MAX(Meausrement & Automation Explorer) 에서 테스트하기

MAX에서 간략히 Task를 생성하여 9237을 통해서 로드셀을 측정할 수 있습니다. 

4-1) MAX에서 9237 장비를 확인합니다. 아래의 그림은 디바이스와 인터페이스에서 오른쪽 마우스 버튼을 클릭하여 시뮬레이션 장비를 만들어 놓은 모습입니다. 

4-2) 채널 및 태스크 관리로 가서 태스크를 새롭게 생성을 합니다. 

4-3) 태스크 생성 부분에서 신호 수집 -> 아날로그 입력 -> 힘 -> 힘(브리지)를 선택합니다. 

4-4) 생성된 태스크에 자신이 보유한 로드셀 스펙에 맞게 설정을 합니다.설정이 필요한 부분의 설명은 아래의 표와 같습니다. 

이름	설명
최대/최소 (신호 입력 범위)	로드셀의 최대/최소 중량 값을 적습니다.
브리지 타입	로드셀은 일반적으로 완전 브리지를 사용합니다.
전압 구동 소스	9237을 통해서 전압을 구동할 것인지, 외부 전압을 사용할 것인지를 결정합니다.
전압 구동값	구동 전압값을 결정합니다.
브리지 저항	로드셀의 브리지에 있는 저항값을 넣습니다.

다음과 같이 설정을 한뒤 시작 버튼을 누르게 되면 로드셀을 통해서 값이 들어오는 것을 확인 할 수 있습니다. 만약 결선이 제대로 되어 있지 않다면 4-5) 과정을 통해서 결선 방법을 확인할 수 있습니다.

Appendix : 4-5) 9237과 로드셀 결선하기

9237과 로드셀을 결선할 때에는 신경쓰셔야 하는 부분은 실질적으로 신호가 나오는 CH+, CH-와 구동 전압이 들어가야 하는 EX+, EX-를 확인하는 것입니다. 9237과 로드셀이 바로 결선이 안되기 때문에 결선을 위해서는 NI9944/9945 혹은 9949가 필요합니다. 이 터미널 블록들의 핀맵에 적힌 번호를 아래의 그림에 맞게 결선을 하시면 됩니다. 

5) LabVIEW에서 테스트하기 (LabVIEW 2013 기준)

NI LabVIEW에서는 로드셀 측정을 편리하게 하기 위한 예제를 제공해 주고 있습니다. 예제의 위치는 다음과 같습니다.

LabVIEW의 메뉴중 도움말 -> 예제 찾기 -> 하드웨어 입력과 출력 -> DAQmx -> 아날로그 입력 -> Bridge - Continuous Input.vi

VI 여신뒤에 MAX에서와 동일한 설정을 한뒤 실행을 하시면 됩니다. 랩뷰 예제에서는 추가적으로 교정과 오프셋 널 셋팅등이 가능합니다. 관련 내용은 스터디 하시기 바랍니다. 

도움이 되셨다면,

아래의 그림을 클릭해주세요. ^^