Load Cell mV/V 감도 의미｜로드셀 출력전압 계산하는 법

로드셀 데이터시트를 보면 Rated Output: 2.0mV/V, Sensitivity: 1.5mV/V 같은 표기를 자주 볼 수 있습니다.

처음 보면 mV/V가 무엇을 의미하는지 헷갈리기 쉽지만 원리는 단순합니다.

mV/V = 로드셀에 1V의 Excitation Voltage를 공급했을 때 정격하중에서 몇 mV가 출력되는지를 나타냅니다.

예를 들어

Rated Output = 2mV/V

인 로드셀에 10V를 공급하면 정격하중에서 약

20mV

가 출력됩니다.

mV/V는 무엇을 의미할까?

로드셀 내부에는 일반적으로 Strain Gauge와 Wheatstone Bridge가 구성되어 있습니다.

하중이 가해지면 스트레인게이지의 저항이 미세하게 변하고, 브리지의 출력전압도 변합니다.

하지만 출력신호가 매우 작기 때문에 보통 V 단위가 아니라 mV 단위로 나타납니다.

2mV/V라는 표기는

Excitation 1V → Full Load에서 2mV 출력

이라는 의미입니다.

따라서 공급전압이 높아지면 출력전압도 비례해서 커집니다.

기본 계산식

정격하중에서의 출력전압은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

Full Scale Output(mV) = Sensitivity(mV/V) × Excitation Voltage(V)

예를 들어

Sensitivity = 2mV/V

Excitation Voltage = 5V

라면

2 × 5 = 10mV

입니다.

즉 정격하중에서 약 10mV가 출력됩니다.

10V를 공급하면 어떻게 될까?

같은 2mV/V 로드셀에 이번에는 10V를 공급해보겠습니다.

2mV/V × 10V = 20mV

따라서

5V Excitation → 10mV
10V Excitation → 20mV

가 됩니다.

여기서 알 수 있는 중요한 점은 mV/V 값 자체가 출력전압이 아니라는 것입니다.

실제 출력전압을 구하려면 반드시 Excitation Voltage를 함께 알아야 합니다.

100kg 로드셀을 실제로 계산해보자

다음과 같은 로드셀이 있다고 가정하겠습니다.

Capacity: 100kg

Rated Output: 2.0mV/V

Excitation: 5V

정격하중에서 출력은

2mV/V × 5V = 10mV

입니다.

따라서 이상적인 선형상태라면

하중	정격 대비	이상적인 출력
0kg	0%	약 0mV
25kg	25%	약 2.5mV
50kg	50%	약 5mV
75kg	75%	약 7.5mV
100kg	100%	약 10mV

으로 생각할 수 있습니다.

실제 로드셀에서는 Zero Balance와 각종 오차가 있으므로 정확히 0mV부터 시작하지 않을 수 있습니다.

37kg이 올라갔다면 출력은?

100kg 정격, 2mV/V, 5V 조건에서 37kg에 해당하는 이상적인 출력값을 계산해보겠습니다.

먼저 정격 대비 비율은

37 ÷ 100 = 0.37

입니다.

Full Scale Output은 10mV이므로

10mV × 0.37 = 3.7mV

입니다.

따라서 이상적으로는 약

3.7mV

가 출력됩니다.

일반식으로 쓰면

Vout = Sensitivity × Excitation × (현재하중 ÷ 정격하중)

입니다.

2mV/V와 3mV/V는 무엇이 다를까?

같은 10V Excitation을 사용한다면

2mV/V → Full Scale 20mV

3mV/V → Full Scale 30mV

가 됩니다.

즉 3mV/V 로드셀은 같은 공급전압과 정격하중 조건에서 더 큰 출력신호를 냅니다.

출력신호가 크면 ADC나 증폭회로에서 신호를 처리하기 유리할 수 있습니다.

하지만

3mV/V가 2mV/V보다 무조건 더 정확하다

는 의미는 아닙니다.

mV/V는 기본적으로 감도 또는 Rated Output을 나타내는 값이며 정확도는 별도로

Linearity
Hysteresis
Repeatability
Creep
Temperature Effect

등을 확인해야 합니다.

왜 출력전압이 이렇게 작을까?

로드셀의 스트레인게이지는 하중에 따라 저항이 아주 조금만 변합니다.

따라서 Wheatstone Bridge의 차동출력도 매우 작습니다.

예를 들어 Full Scale에서도

10mV

밖에 나오지 않는다면 50% 하중에서는 약

5mV

에 불과합니다.

이 신호를 MCU의 ADC에 그대로 넣으면 분해능을 충분히 사용하기 어렵고 노이즈의 영향도 커질 수 있습니다.

그래서 로드셀에는 일반적으로

Instrumentation Amplifier

또는

Load Cell ADC

를 사용합니다.

증폭기를 사용하면 어떻게 될까?

Full Scale 출력이

10mV

인 로드셀을 ADC의 0~5V 범위에 연결하고 싶다고 가정하겠습니다.

단순하게 필요한 증폭도를 계산하면

5V ÷ 0.010V = 500배

입니다.

즉 약 500배 증폭하면

0mV → 약 0V
5mV → 약 2.5V
10mV → 약 5V

형태로 사용할 수 있습니다.

실제 회로에서는 Zero Offset과 Overrange 등을 고려해 ADC 범위를 조금 남겨두는 경우가 많습니다.

Excitation Voltage는 높을수록 좋을까?

Excitation Voltage를 높이면 출력신호도 커집니다.

예를 들어 2mV/V 로드셀에서

5V → 10mV

10V → 20mV

가 되므로 신호처리 측면에서는 유리해 보입니다.

하지만 공급전압을 무조건 높이면 안 됩니다.

로드셀에는 데이터시트에

Recommended Excitation

Maximum Excitation

이 별도로 지정됩니다.

Excitation Voltage가 높아지면 브리지에서 소비되는 전력이 증가하고 Self-heating도 커질 수 있습니다.

따라서 제조사가 허용한 범위 안에서 사용해야 합니다.

Rated Output은 정확히 2.000mV/V일까?

항상 그렇지는 않습니다.

데이터시트에는

Rated Output: 2.0 ±0.1% mV/V

처럼 공칭값과 허용오차가 표시될 수 있습니다.

또 개별 로드셀의 Calibration Certificate에는

1.9984mV/V

2.0031mV/V

처럼 실제 측정된 감도가 기록될 수 있습니다.

정밀 계측에서는 단순히 공칭값 2.0mV/V를 사용하는 것보다 개별 센서의 Calibration Sheet에 기록된 실제 Rated Output을 사용하는 것이 더 정확합니다.

Zero Balance란?

하중이 전혀 없는 상태에서도 실제 로드셀 출력은 정확히 0mV가 아닐 수 있습니다.

이를 Zero Balance 또는 Zero Offset이라고 합니다.

예를 들어 Full Scale Output이 10mV인데 무부하에서 0.05mV가 측정될 수 있습니다.

따라서 실제 측정시스템에서는 보통

무부하 상태 → Zero Calibration

을 먼저 수행한 뒤 하중값을 계산합니다.

전자저울에서 TARE 또는 ZERO 기능을 사용하는 것도 이와 관련된 개념입니다.

출력전압만 알면 하중을 역산할 수 있다

반대로 출력전압으로 하중을 계산할 수도 있습니다.

다음 조건을 사용해보겠습니다.

Capacity = 500kg

Sensitivity = 2mV/V

Excitation = 10V

Full Scale Output은

2 × 10 = 20mV

입니다.

현재 출력이 8mV라면 정격 대비 비율은

8 ÷ 20 = 0.4

입니다.

따라서 하중은

500kg × 0.4 = 200kg

수준으로 계산할 수 있습니다.

즉 기본식은

하중 = 정격하중 × (측정출력 ÷ Full Scale Output)

입니다.

6선식 로드셀에서는 Sense가 왜 있을까?

로드셀에는 4선식뿐 아니라 6선식 제품도 있습니다.

6선식에서는

Excitation+
Excitation-

외에

Sense+
Sense-

선이 추가됩니다.

케이블이 길어지면 배선저항 때문에 로드셀에 실제 공급되는 Excitation Voltage가 전원 출력보다 낮아질 수 있습니다.

Sense 선을 이용하면 로드셀 단자에서 실제로 걸리는 전압을 측정해 보정할 수 있습니다.

따라서 mV/V처럼 Excitation Voltage와 출력이 직접 연관된 센서에서는 공급전압을 정확하게 관리하는 것이 중요합니다.

실제 데이터시트는 이렇게 읽어보자

다음과 같은 로드셀이 있다고 가정하겠습니다.

Capacity: 1,000kg

Rated Output: 2.0mV/V

Recommended Excitation: 5~10V

Zero Balance: ±1% FS

10V를 공급한다면 정격출력은

2 × 10 = 20mV

입니다.

500kg에서는 이상적으로

약 10mV

입니다.

하지만 실제 시스템에서는 Zero Balance와 Linearity, Hysteresis 등의 오차가 있으므로 단순 계산값과 완전히 일치하지 않을 수 있습니다.

그래서 최종 계측장비에서는 Zero Calibration과 Span Calibration을 수행합니다.

흔히 잘못 해석하는 부분

첫 번째는

“2mV/V는 출력전압이 2mV라는 뜻이다.”

라는 생각입니다.

실제로는 Excitation 1V당 2mV라는 뜻입니다.

두 번째는

“mV/V가 크면 더 정확한 로드셀이다.”

라는 생각입니다.

mV/V는 감도이며 정확도는 별도의 오차사양으로 판단해야 합니다.

세 번째는

“Excitation Voltage를 높일수록 무조건 좋다.”

라는 생각입니다.

제조사가 지정한 최대 Excitation을 초과하면 발열과 측정오차, 센서 손상 위험이 생길 수 있습니다.

정리

로드셀의 mV/V는 정격하중에서 발생하는 출력감도를 Excitation Voltage에 대한 비율로 나타낸 값입니다.

가장 중요한 공식은

Full Scale Output = mV/V × Excitation Voltage

입니다.

예를 들어

2mV/V × 5V = 10mV

2mV/V × 10V = 20mV

입니다.

현재 하중에서의 이상적인 출력은

Vout = Sensitivity × Excitation × (현재하중 ÷ 정격하중)

으로 계산할 수 있습니다.

로드셀 데이터시트를 볼 때는

Capacity → mV/V → Excitation Voltage → Full Scale Output → Zero Balance → Linearity·Hysteresis → Calibration

순서로 확인하면 실제 출력과 하중 관계를 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다.

참고자료

• HBK – Load Cell Measurement and Load Cell Specifications: 스트레인게이지 방식 로드셀의 Rated Output을 mV/V로 표시하는 이유와 공급전압에 따른 출력신호 계산 원리를 설명합니다.
• TE Connectivity – Load Cell Fundamentals: Wheatstone Bridge 기반 로드셀의 Excitation Voltage, Rated Output, Zero Balance 및 Sensitivity의 기본 개념을 설명합니다.
• Interface – Load Cell Terminology and Specifications: Rated Output, Zero Balance, Non-linearity, Hysteresis, Repeatability 등의 로드셀 데이터시트 주요 사양을 설명합니다.
• Texas Instruments – Precision Load Cell and Weigh Scale Measurement: mV 수준의 브리지 출력을 Instrumentation Amplifier와 고분해능 ADC로 측정하는 계측회로의 기본 구조를 설명합니다.