Strain Gauge 120Ω·350Ω 차이｜스트레인게이지 저항값 선택 기준

스트레인게이지 데이터시트를 보면 120Ω, 350Ω, 700Ω, 1000Ω처럼 여러 저항값을 볼 수 있습니다.

이 숫자는 스트레인게이지의 무부하 상태에서의 공칭 저항값을 의미합니다.

그중 산업현장에서 자주 접하는 것이 120Ω와 350Ω입니다.

가장 간단하게 보면

120Ω = 전통적으로 널리 사용되는 표준적인 저항값

350Ω = 소비전력과 Self-heating을 줄이고 배선저항의 영향을 줄이기 유리

하다고 이해할 수 있습니다.

하지만 350Ω가 120Ω보다 무조건 더 정확하다는 의미는 아닙니다.

120Ω·350Ω 기본 차이

구분	120Ω	350Ω
공칭저항	120Ω	350Ω
같은 전압에서 소비전력	상대적으로 큼	상대적으로 작음
Self-heating	더 커질 수 있음	줄이기 유리
배선저항 영향	상대적으로 큼	상대적으로 작음
절연저항 변화 영향	상대적으로 작음	상대적으로 커질 수 있음
일반적인 용도	범용 측정	정밀·저발열 측정에 유리

따라서 스트레인게이지를 고를 때는 저항값 하나만 보는 것이 아니라 측정재질·여기전압·케이블 길이·측정환경을 함께 고려해야 합니다.

스트레인게이지는 무엇을 측정할까?

Strain Gauge는 물체가 늘어나거나 줄어들 때 발생하는 **미세한 변형률(Strain)**을 측정합니다.

변형이 발생하면 게이지의 저항도 변합니다.

기본 관계는

ΔR / R = k × ε

로 나타낼 수 있습니다.

여기서

ΔR = 저항 변화량

R = 초기저항

k = Gauge Factor

ε = Strain

입니다.

즉 스트레인게이지는 단순히 저항을 측정하는 센서가 아니라 저항의 상대적인 변화량을 이용해 변형률을 계산하는 센서입니다.

120Ω와 350Ω의 감도는 3배 차이날까?

그렇지 않습니다.

350Ω가 120Ω보다 약 2.9배 높은 저항이지만 스트레인 감도가 2.9배 높다는 뜻은 아닙니다.

예를 들어 두 게이지의 Gauge Factor가 모두 약 2.0이고 같은 변형률이 발생한다면

ΔR/R

의 비율은 거의 같습니다.

1000με의 변형이 발생한다고 가정하면

ε = 0.001

이고 Gauge Factor가 2라면

ΔR/R = 2 × 0.001 = 0.002

입니다.

120Ω 게이지의 저항 변화량은

120 × 0.002 = 0.24Ω

이고,

350Ω 게이지는

350 × 0.002 = 0.70Ω

입니다.

절대 저항변화량은 다르지만 브리지 회로에서 보는 **비율 변화는 동일한 0.2%**입니다.

따라서 저항값 자체를 센서 감도로 해석하면 안 됩니다.

350Ω가 Self-heating에 유리한 이유

스트레인게이지에 전압을 인가하면 전류가 흐르고 열이 발생합니다.

전력은 기본적으로

P = V² / R

관계로 결정됩니다.

Wheatstone Bridge가 균형 상태라고 가정하면 각 게이지에는 대략 여기전압의 절반 정도가 걸립니다.

예를 들어 브리지 Excitation이 5V라면 하나의 게이지에는 약

2.5V

가 걸린다고 단순화할 수 있습니다.

120Ω 게이지

P = 2.5² ÷ 120

= 6.25 ÷ 120

≈ 0.052W

즉 약

52mW

입니다.

350Ω 게이지

P = 2.5² ÷ 350

≈ 0.0179W

즉 약

18mW

입니다.

같은 5V 여기전압이라면 350Ω 게이지의 발열이 훨씬 작습니다.

Self-heating이 왜 문제가 될까?

스트레인게이지가 스스로 뜨거워지면 센서를 붙인 물체와 게이지 사이에 온도차가 생길 수 있습니다.

온도가 변하면

게이지 저항
Gauge Factor
접착제 특성
시험체의 열팽창

등도 영향을 받을 수 있습니다.

결과적으로 실제 기계적 변형이 없는데도 Apparent Strain, 즉 가짜 변형신호가 발생할 수 있습니다.

특히

플라스틱
복합재료
목재
열전도율이 낮은 재료

처럼 발생한 열을 빠르게 방출하기 어려운 시험체에서는 Self-heating 관리가 더욱 중요합니다.

이런 환경에서는 350Ω 이상의 고저항 게이지가 유리할 수 있습니다.

여기전압을 무조건 낮추면 해결될까?

여기전압을 낮추면 발열은 감소합니다.

예를 들어 전압을 절반으로 낮추면 전력은

V²

에 비례하기 때문에 약 1/4로 줄어듭니다.

하지만 여기전압이 낮아지면 Wheatstone Bridge의 출력전압도 작아집니다.

그러면

신호대잡음비
ADC 활용범위
미세 Strain 측정

측면에서 불리해질 수 있습니다.

그래서 스트레인 측정에서는

높은 Excitation → 큰 신호 + 큰 발열

낮은 Excitation → 작은 발열 + 작은 신호

사이의 균형을 잡아야 합니다.

350Ω는 배선저항에도 유리하다

스트레인게이지와 측정장비 사이의 케이블에도 저항이 존재합니다.

예를 들어 전체 배선저항이 2Ω이라고 가정해보겠습니다.

120Ω 게이지와 비교하면

2 ÷ 120 × 100 ≈ 1.67%

입니다.

350Ω 게이지에서는

2 ÷ 350 × 100 ≈ 0.57%

입니다.

즉 같은 2Ω의 배선저항이라도 350Ω 게이지에서는 게이지 저항에 대한 상대적인 비율이 더 작습니다.

실제 측정오차는 Quarter Bridge·Half Bridge·Full Bridge 구성과 2선·3선·4선식 배선에 따라 달라지지만, 기본적으로 고저항 게이지가 배선저항의 상대적 영향을 줄이는 데 유리합니다.

3선식 Quarter Bridge를 사용하는 이유

단일 스트레인게이지를 사용하는 Quarter Bridge에서는 케이블 저항이 측정값에 영향을 줄 수 있습니다.

이를 줄이기 위해 3-wire 방식을 자주 사용합니다.

적절하게 구성하면 두 리드선의 저항 변화가 서로 보상되도록 만들어 배선저항과 온도변화의 영향을 줄일 수 있습니다.

따라서 긴 케이블을 사용하는 경우에는 단순히

120Ω 대신 350Ω를 쓰면 끝

이라고 생각하기보다는 3선식 배선과 계측기 설정까지 함께 확인하는 것이 좋습니다.

Bridge Completion 저항도 맞아야 한다

Quarter Bridge 측정에서는 스트레인게이지 하나만 실제 센서이고 나머지 저항은 계측기 내부 또는 별도의 Completion 회로에서 구성합니다.

이때 게이지가 120Ω라면 Bridge Completion도 120Ω 계열에 맞아야 합니다.

350Ω 게이지라면 350Ω용 Completion이 필요합니다.

실제로 계측장비에서도

120Ω Quarter Bridge

350Ω Quarter Bridge

입력을 따로 지원하거나 각각의 Completion Resistor를 제공합니다.

따라서 기존 120Ω 게이지를 350Ω로 교체할 때 센서만 바꾸고 측정장비 설정을 그대로 두면 안 됩니다.

120Ω가 유리한 경우도 있을까?

있습니다.

120Ω는 오랫동안 사용되어 온 표준적인 스트레인게이지 저항이며 다양한 계측장비와 호환됩니다.

또 상대적으로 낮은 게이지 저항은 절연저항 변화의 상대적인 영향을 덜 받을 수 있습니다.

습기나 오염으로 게이지와 시험체 사이의 절연저항이 낮아지는 환경에서는 이 점이 영향을 줄 수 있습니다.

또한 낮은 저항의 측정회로가 특정 전자기적 간섭에 상대적으로 덜 민감한 특성을 가질 수도 있습니다.

따라서 350Ω가 모든 환경에서 절대적으로 우수하다고 볼 수는 없습니다.

350Ω가 특히 유리한 경우

다음과 같은 환경에서는 350Ω를 검토할 가치가 있습니다.

플라스틱·복합재료처럼 열전도율이 낮은 시험체

Self-heating을 줄이는 것이 중요합니다.

긴 센서 케이블

배선저항의 상대적인 영향을 줄일 수 있습니다.

낮은 발열이 필요한 정밀측정

열에 의한 Apparent Strain을 줄이는 데 도움이 됩니다.

높은 Excitation Voltage를 활용하고 싶은 경우

동일한 전압에서 120Ω보다 소비전력이 작기 때문에 열설계 측면에서 여유가 커질 수 있습니다.

5V에서 120Ω와 350Ω의 차이를 정리해보자

균형잡힌 브리지에서 각 게이지에 약 2.5V가 걸린다고 단순화하면

120Ω

전류 ≈ 2.5 ÷ 120

≈ 20.8mA

전력 ≈ 52mW

350Ω

전류 ≈ 2.5 ÷ 350

≈ 7.14mA

전력 ≈ 17.9mW

입니다.

즉 같은 조건에서 350Ω 게이지의 전력소모는 120Ω 게이지의 약 34% 수준입니다.

이 차이가 Self-heating을 줄이는 핵심 이유입니다.

실제 데이터시트는 어떻게 읽을까?

다음과 같은 스트레인게이지가 있다고 가정하겠습니다.

Nominal Resistance: 350Ω

Gauge Factor: 2.05

Resistance Tolerance: ±0.3%

Maximum Excitation Voltage: 5V

이를 해석하면

350Ω

게이지의 공칭저항

Gauge Factor 2.05

변형률과 상대적인 저항변화 사이의 감도계수

±0.3%

공칭저항 자체의 허용범위

5V

제조사가 지정한 최대 여기조건

을 의미합니다.

여기서 350Ω 숫자만 보고 측정 정확도를 판단할 수는 없습니다.

흔히 잘못 해석하는 부분

첫 번째는

“350Ω가 120Ω보다 약 3배 민감하다.”

라는 생각입니다.

스트레인 감도는 주로 Gauge Factor를 확인해야 합니다.

두 번째는

“저항값이 높으면 무조건 더 정확하다.”

는 생각입니다.

저항값은 발열·배선·노이즈 등의 설계조건과 관련된 요소이며 정확도는 전체 측정시스템으로 판단해야 합니다.

세 번째는

“120Ω 대신 350Ω를 그냥 연결해도 된다.”

는 생각입니다.

Quarter Bridge에서는 Completion Resistance와 계측기 설정을 350Ω에 맞춰야 합니다.

정리

Strain Gauge의 120Ω와 350Ω는 공칭저항의 차이입니다.

같은 조건에서는 일반적으로

120Ω = 소비전력과 Self-heating이 상대적으로 큼

350Ω = 소비전력과 Self-heating이 작고 배선저항 영향 감소에 유리

합니다.

하지만 측정감도는 단순 저항값이 아니라 Gauge Factor와 브리지 구성에 의해 결정됩니다.

따라서 스트레인게이지를 선택할 때는

120Ω·350Ω → Gauge Factor → Bridge 구성 → Excitation Voltage → Self-heating → 케이블 길이 → 시험체 열전도율

순서로 확인하는 것이 좋습니다.

참고자료

• HBM – Which strain gauge resistance is the right one for my measurement application?: 120Ω·350Ω·700Ω·1000Ω 스트레인게이지를 비교하며 고저항 게이지가 낮은 측정전류와 Self-heating, 배선저항 영향 감소 측면에서 유리할 수 있음을 설명합니다. HBM
• HBM – Strain Gauges and Accessories: 스트레인게이지의 공칭저항과 Gauge Factor를 구분해 설명하며 HBM 제품에서 120Ω·350Ω·700Ω·1000Ω 등의 저항값이 사용되는 사례를 확인할 수 있습니다. HBM
• Micro-Measurements – Strain Gage Definitions: 120Ω보다 350Ω·1kΩ 같은 고저항 게이지가 발열과 리드선 저항의 영향을 줄이는 데 유리할 수 있으며 저항값 선택 시 Heat Dissipation·Leadwire Desensitization·SNR을 고려해야 한다고 설명합니다. Micro-Measurements
• HBM – Measurement Uncertainty in Experimental Stress Analysis: 5V Bridge Excitation과 120Ω 게이지에서 약 52mW의 발열이 발생하는 계산 사례와 Self-heating이 Apparent Strain으로 이어질 수 있음을 설명합니다.