◆ 저 울 ◆

◆ 저 울 ◆

물건의 무게를 다는 기구·기계의 총칭. 계량법에서는 질량계라고 한다. 한자어로는 형(衡)이나
칭(秤)이라 하고 영어에서는 천칭(天秤)이나 대저울류(類)를 밸런스(balance), 그 외의 것을
스케일(scale)이라 한다. 저울의 구조는 일반적으로 측정하려는 물체에 작용하는 지구중력
가속도에 의한 힘을 분동(分銅)이나 추(錘)의 힘과 평형을 이루게 하며 힘에 의한 탄성체(彈性體)의
변형과 변위(變位)로 바꿀 수 있게 되어 있다.

〔 종 류 〕
종류는 매우 다양하고 분류방법도 여러 가지가 있으나 천칭·대저울·앉은뱅이저울·용수철저울
등으로 나뉜다.

< 천 칭 >

인간이 최초로 만든 저울로 오늘날까지도 쓰이고 있다.
BC5000년 무렵의 이집트 분묘 속에서 돌추와 함께
천칭이 출토되었다. BC3000년 무렵의 파피루스에 그려진
천칭은 오늘날의 저울과 큰 차이 없는 구조로 되어 있다.
정밀도 또한 높아서 고대 이집트의 약조제의 최소단위는
0.7g 정도였으므로 가장 정교한 저울의 감도는 0.1g에
달했을 것으로 생각된다. 고대 중국에서는 은(殷)나라 때
이미 천칭이 쓰이고 있었다. 그들은 구리와 주석의
일정비율의 합금인 청동을 만들기 위해 천칭을 썼으나
받침점·중점에 끈이나 핀이 쓰여서 정밀도에는 한계가 있었다. 17세기 무렵 받침점에 나이프에지가
쓰이게 되어 정밀도는 매우 향상되었고 이것이 과학, 특히 화학의 발달을 촉진시켰다.
또한 역학(力學)의 발달에 힘입어 천칭대의 구조와 평형을 잡는 기구와 기술이 개량되어 오늘날의
킬로그램원기(原器) 비교용 천칭은 1/1억을 넘는 정밀도를 가지게 되었고, 전자·광학기술을
응용함으로써 자동화가 진척되고 있다. 종전의 천칭은 좌우 가로대의 길이가 똑같은 것을
일컬었지만, 제2차세계대전 후에는 받침점을 한쪽으로 치우치게 설계하여 짧은 가로대의 끝에
저울접시와 여러 개의 분동을 걸고 다른 쪽에 평형추와 저울대의 기울기를 검지(檢知)하는
눈금유리를 설치한 것이 보급되었다. 저울접시에 얹은 물건에 의한 저울대의 기울기가 거의 원래
상태로 돌아올 때까지, 손잡이로 분동을 떼어내어 손잡이에 붙은 눈금으로 떼어낸 분동의 양을 읽고,
아직 남아 있는 약간의 기울기는 다른 끝의 검지장치에 의해 광학적으로 읽어내어 직집 질량을
알아내는 것이다. 이것을 정감량직시천칭(定感量直示天秤)이라 한다. 일반적인 천칭은 측정하는
양에 따라 저울대나 나이프에지에 걸리는 힘이 변하고 이 변형으로 감도가 바뀌지만, 이 천칭은 항상
동일한 외력(外力)이 걸려 있으므로 강도가 바뀌지 않고, 더욱이 질량이 직접 표시되기 때문에 이
명칭이 붙었다. 보통의 천칭은 접시를 끈으로 매달았기 때문에 너무 큰 물건은 측정할 수가 없었다.
이 결점을 해결한 것이 17세기 프랑스 수학자 G.P.로베르발의 기구이다. 이 기구는 좌우의 가로대에
걸린 분동의 질량이 똑같을 경우 어느 곳에 걸어도 평형을 이룬다. 따라서 이 세로막대기 위에 접시를
놓으면 물건이나 분동을 놓는 위치에 관계 없이 저울은 균형을 이룬다. 이것이 윗접시천칭(上皿天秤)
이다.

< 대 저 울 >
계량법에서는 막대저울이라 한다.
천칭은 많은 분동을 준비해야 할 뿐 아니라 휴대에도불편하다.
그러나 대저울은 저울대 1개와 추 1개로 넓은 범위의 질량을
잴 수 있다. 이 저울은 로마시대에 발명되었으므로 여러 나라에서는
지금까지도 로마저울이라고 부른다. 서양의 대저울은 일반적으로
금속제이나 동양에서는 나무로 만든 것이 보통이다.
나이프에지와 이동추 혹은 증감추를 설치한 금속제 대저울에는 천칭에
가까운 정밀도를 지니고 있는 것도 있다. 또한 크고 작은 가로대와 추를
상하로 2단·3단으로 배치한 것도 있다. 윗접시대저울은 윗접시천칭의
가로대 한쪽을 포크모양으로 벌려 큰 접시를 떠받치고 있고 한쪽 가로대에 눈금을 매겨 이동추와
증감추를 설치한 것이다.

< 진자(振子)저울 >
천칭이나 지레식 저울은 모두 지렛대의 수평으로 균형을 잡는 것인데 지렛대의 하중에 의한
기울기의 변화에 따라 질량을 재는 저울이 약 100년 전에 나타났다. 이것을 진자저울이라 하는데
역학적으로는 경사지레이다. 경사지례는 같은 간격으로 원둘레 눈금을 매길 수 없으므로 하중 쪽
저울대의 길이를 변화시키도록 캠을 설치한 것이 진자캠저울이다. 이 직선성(直線性)과 확대율을
개량한 것이 차동진자(差動振子) 캠저울이다.

< 앉은뱅이저울 >

포크모양으로 열린 2개의 지레를 짜맞추어 그 위에 넓은 받침대를 얹고 한쪽 지레 앞끝을 대저울의
중점에 결합한 것이다. 18세기말 영국에서 발명된 이후 적재받침대의 면적이나 능력의 제약은
없어지고 지레를 여러 단계로 짜맞추어 수십 톤이나 되는 물건의 측정도 가능하게 되었다.

< 윗접시저울 > evenbalance

좌우의 팔의 길이가 같은 저울대의
양쪽 끝 위에 접시를 얹고 물건의 질량을
분동과 비교하는 형식의 저울. 가운데
받침점 위쪽에 균형을 보는 바늘과 눈금이
있다. 보통, 천칭은 접시를 아래에 매단
형식이지만, 윗접시저울은 로베르발기구
라는 보조저울대를 사용한 평행운동기구에
의해 접시를 위쪽에 받치고 있으며 또한
접시 안의 어느 위치에 물건이나 분동을
놓아도 영향을 받지 않도록 되어 있다.
조제용의 소형인 것부터 10㎏ 정도의
잡화용까지 있다.

< 용수철저울 >
코일처럼 감긴 용수철의 한쪽 끝에 물건을 달면 그 질량에 의해 아래쪽으로 향하는 힘 때문에
용수철이 늘어난다. 용수철의 탄성한계내에서 탄성은 힘에 비례하므로 질량의 눈금을 매겨서
재는 저울이라고 할 수 있다. 1770년 영국에서 최초로 용수철저울이 발매되었다. 천칭이나 지레식
저울과 다른 점은 지구중력가속도와 직접 관계가 있으므로, 장소나 고도에 따라 지시값에 차이가
생긴다는 점이다. 이 때문에 정밀도가 높은 용수철저울은 쓰이는 장소의 중력가속도에 맞추어
조절하여야 한다. 또한 용수철은 그 탄성계수가 온도에 따라 변화하므로 정밀도가 높은 용수철
저울은 온도보상장치를 설치하든가, 온도에 의해서도 탄성계수가 변하지 않는 정탄성(定彈性)
용수철을 쓴다. 일반적으로 용수철의 변위량을 기계적 혹은 광학적인 방법에 의해서 확대지시하는
것이 많으며, 자동체중계나 헬스미터와 같이 용수철식 지시기구를 종래의 지레식과 짜맞춘 것이
보급되고 있다. 소용돌이모양의 용수철을 쓴 저울은 미량용이다.

龍鬚鐵- springscale

용수철저울 - 용수철의
위 끝은 저울 본체에 고정
되어 있으며, 하중을 받으면
용수철로 달아매져 있는
접시받침은 용수철의
탄성력과 균형을 유지하게
될 때까지 하강하게 된다.
이에 따라 기어를 통해
지침이 움직인다.
물체에 작용하는 중력을,
위 끝을 고정한 용수철의
신장도(용수철의 아래 끝의
이동 거리)에 따라 물체의
무게(중량)를 측정하는 저울의 총칭. 이것은 물체에 작용하는 중력(중력가속도에 의한 힘)이
용수철의 탄성력과 균형을 유지하게 되었을 때, 용수철의 신장도는 하중에 비례한다는 원리를
이용해서 고안된 저울이다. 용수철저울에는 위 끝을 고정한 용수철의 아래 끝에 지표를 달고 무게
눈금으로 무게를 읽는 간단한 것에서부터, 용수철의 신장도를 기계적·광학적·전기적으로 확대하여
무게를 나타내는 발전된 것에 이르기까지 여러 가지 형식과 종류가 있다. 또 용수철저울에 사용되는
용수철로는 보통 강선(鋼線)을 원기둥 모양의 코일 꼴로 틀어서 만든 코일용수철(coilspring)이
이용되며 원뿔 모양 소용돌이 꼴인 나선용수철(spiral spring)이 이용되는 것도 있다. 한편 용수철
저울에는 탄성 블록에 변형게이지를 장치하여, 하중에 의한 미소한 변형을 전기저항의 변화로서
검출하게 되어 있는 것도 있다. 또 용수철저울의 지시 메커니즘은 이전의 지렛대식저울의 지시부에
응용되기도 하는데, 그 예로 자동몸무게계가 있다. 용수철저울의 용수철은 이것의 탄성한계 내에서
사용해야 한다. 보통용수철의 탄성은 온도 변화에 따라 변하므로 용수철저울에는 온도보상장치를
장치하거나, 온도가 변해도 탄성계수가 변하지 않는 용수철이 이용된다. 용수철저울의 측정값에는
중력가속도의 차이에 영향이 미치므로, 1/800 이하의 미세한 눈금이 표시되어 있는 용수철저울에는
사용 장소를 꼭 표기하도록 되어 있다. 즉, 제작자가 사용지의 중력가속도에 맞추어서 조정하게
되어 있다.

< 전기저항식 저울 >

원통형과 탄성블록에 변형게이지를 달아 하중에 의한 변형을 전기저항의 변화로써 검출하는 것도
계량법에서는 용수철저울을 쓰고 있다. 이 검출부를 전기저항식 로드셀이라 하는데 저울의 요소나
각종 하중측정기로 널리 쓰인다. 로드셀에는 이 밖에 유압식·정전(靜電)용량식 등이 있다. 이상의
원리별로 본 저울 외에 이들 저울기구를 응용한 특수한 용도의 저울이 만들어지고 있다.

load cell : 하중계(荷重計)의 일종으로, 외부로부터 가해지는 힘(하중)에 비례한 전압이나 압력에
의해 변환하는 트랜스듀서(變換器). 전기저항변형게이지식·유압식(油壓式)·기압식 등이 있으나
일반적으로 변형게이지식인 것이 널리 쓰인다. 이 형식의 로드셀은 하중을 받으면 탄성 변형하는
수감부(受感部)에 전기저항변형게이지를 접착하여 브리지를 구성시켜 하중에 비례한 전압으로
변환할 수 있게끔 되어 있다. 정밀도·직선성(直線性)·응답성이 좋고, 소형이며 원격측정이나 기록
하기가 쉽다는 특징을 갖고 있다. 따라서 시험용만이 아니고 관리계기(管理計器)로서도 활용되고
있다.

< 컨베이어저울 >

컨베이어에 의해 운반되는 물건의 질량을 계속 측정하여 총누계량을 표시·기록하는 저울이다.
벨트에 걸리는 하중을 벨트를 통해 저울기구(機構)로 받아 순간하중을 재고 벨트의 속도를 이용,
누계하는 것이다. 이 기구에서 고안되어 기계식에서는 데니슨식·메리크식 등이 쓰였으나 전자기술의
발달로 로드셀에 의해 하중을 검출, 전기적으로 연산하는 것으로 바뀌고 있다. 컨베이어로 항상
일정량을 연속 공급하는 것을 정량공급저울이라 한다.

< 호퍼스케일 >

곡물 등을 육지로 운반할 때 피더(feeder)에서 호퍼(hopper)로 떨어뜨려 일정량에 달하면 공급을
중단하고 밑부분으로 배출하는 동작을 자동적으로 연속해서 행하는 저울이다. 용광로에 원광석
(原鑛石)을 공급하거나 상품을 일정량씩 포장하는 경우에도 쓰인다.

< 전자식 저울 >

최근 저울의 전기화·전자화 경향으로 개발·보급이 진척되고 있는데, 그 대부분은 저울기구의
변형이나 변위를 전자기적 양(量)으로 변환한 것이다. 그러나 계량법에서 말하는 전자식 저울은
물건의 무게를 코일에 작용하는 힘과 평형을 맞추어 그 전류의 세기로써 질량을 구하는 것이다.

電子- electronic scale

저울의 균형과 판독 메커니즘 등에 전자기술을 도입한 저울의 총칭. 전기식 저울이라고도 한다.
균형 메커니즘에는, 짐의 무게에 의한 저울대의 미소한 변위를 전기적으로 검출하되 저울대가
수평이 되도록 전자기력을 가감하는 영위식(零位式)과, 탄성체블록에 변형게이지를 붙여 탄성체의
변형에 비례한 전기신호를 발생하는 로드셀(load cell)에 짐의 무게를 직접적으로 가하여, 그 무게에
비례하는 전기 신호를 검출하는 로드셀식이 있다. 판독 메커니즘에는 균형 메커니즘의 검출신호를
디지털 표시하는 외에 마이크로컴퓨터를 내장시켜 물품의 단가를 조절해서 물품의 질량에 따른 요금
표시, 물건 용기의 질량을 측정 결과에서 공제하는 용기소거, 측정 결과의 출력 정보 지시테이프 등
다종 다양한 기능을 지니는 것이 있다. 종래의 분동이나 추로 균형을 맞추는 기계식은 가령
전자회로를 짜 넣은 것을 포함하여 이화학용의 정밀소형 전자저울(일렉트로밸런스·분석용전자천칭
·윗접시전자천칭 등)로부터 상업용저울(전자윗접시저울·전자요금저울·전자계수저울·전자앉은저울
등), 공업용대형저울(로드셀식 컨베이어저울·크레인저울·트럭저울 등)에 이르는 각종 저울이 있으며,
이들의 정밀도는 기계식 저울과 같은 정도(秤量의 1/10∼1/10)이다.

〔그림 1〕은 천칭의 균형을
잡는 경우 분동과 전자기력을
병용한 전자저울(칭량 수g,
感量 10μg)로서, 접시는 전류
계와 비슷한 가동코일에 고정한
저울대의 힘점과 무게점에
매달리며 물체의 질량은 분동과
가동코일의 전류를 가감함으
로써 저울대가 수평을 유지할
수 있도록 하였고, 이 때의
분동의 질량과 전류의 질량
환산값의 합으로 물체의 질량을
구한다. 저울대의 균형을 자
동적으로 잡게 되고 측정결과를
디지털표시하는 자동식인
것(자동천칭)도 있다 .

〔그림 2〕는 윗접시
직시천칭(直示天秤)의
내장 분동 대신으로
전자기력을 이용한 윗접
시전자천칭(전자천칭이라
고도 한다. 칭량 50g∼10㎏,
감량 1㎎∼1g 정도)으로서,
로버발기구(평행사변형의
링크기구.윗접시저울 접시
의 주요한 지지기구)
로 떠받친 접시 위의 물체
는 지렛대를 사이에 두고
코일의 전자기력으로
자동적으로 균형이 맞추
어지며, 물체의 질량은
디지털표시판 코일전류의
질량환산값으로 읽혀진다.
전자저울표시값의 교정은
분동을 사용하고 엄밀하게 중력값의 차에 대한 보정도 필요하다.

< 기 타 >

공업용에는 저울기구를 응용한 각종 장치가 있다. 화폐·기계부품 등의 질량이 정해진 범위에
해당하는지의 여부를 선별하는 것이 선별저울이다. 이들 가운데는 달걀이나 과일 등을 등급별로
분류하는 것도 있다. 또한 저울기구의 확대비를 이용, 일정 질량의 기계부품 등의 수를 세는 계수
저울과 원소분석이나 미량의 물질을 정밀측정하는 칭량에 쓰이는 미량저울 등도 있다.

選別- sorting scale (선별 저울)

개별적인 제품이나 부품, 일정한 개수를 포장한 것, 또는 소정의 양을 부대에 넣은 물건의 질량
등을 여러 단계로 선별하는 장치. 표준이 되는 물품의 질량과 선별하는 물품과의 질량차를 검출하는
저울, 물품을 연속적으로 또는 간헐적으로 저울로 운반하는 장치, 저울의 검출신호에 의해 경중
(輕重)을 구별하는 장치 등으로 이루어져 있다. 공업제품 외에 과일·달걀 등의 등급 선별에도
사용된다. 표준이 되는 물품 자체 또는 그 질량을 저울에 설정하고, 이 설정값과 저울로 측정한
물품의 질량과의 차를 검출하여, 미리 정한 설정값에 대한 경중에 따라 선별한다. 저울에는 큰 것
으로는 컨베이어 저울이 있고, 작은 것으로는 소형 천칭이 사용되는 등 물품의 크기에 따라 각종
저울이 쓰인다. 최근에는 로드셀(load cell)이나 전기식 저울이 많이 사용되며 거의 자동화되어
있으며 선별능력도 크고, 계량범위는 5~1500g, 선별정밀도는 ±5g, 선별속도는 120회/min이다.

< 고 리 저 울 > ring balance

차압계(差壓計)의 일종. 고리 모양의 통 윗부분에 간막이 벽을 장치하고 밑부분에 수은·기름 등을
넣고 봉하여 고리의 중심을 날끝받침으로 지탱하되 자유롭게 회전할 수 있도록 되어 있다. 간막이
양쪽에 유체(流體)를 보내면, 그 압력차에 따라 고리가 기울어져 무게중심의 이동에 의한 복원력
(復元力)과 균형이 잡히는 위치에서 정지하므로 기울어진 각도에 의해서 압력차를 구한다. 유량
(流量) 측정용 차압계로서 공업용으로 쓰인다.

< 꼬 임 저 울 >

미소한 힘을 측정하는 저울. 금속이나 혹은 석영(石英)을 주로 사용한다. 갈마노미터는 이를
응용한 것이다. 꼬인각도에 비례하여 원상으로 돌아가려는 힘의 작용을 이용한 것이다.

< 미 량 저 울 > 微量- micro balance

원소분석이나 미량의 물질을 징밀측정하는 칭량(秤量)에 쓰이는 저울. 일반적으로 칭량 20∼10g,
감량(感量) 0.01㎎에서 0.001㎎의 차(差)로 감지하는 성능의 저울을 말한다. 화학저울(칭량 20∼5g,
감량 0.05∼0.01㎎), 직시(直示)저울(칭량 20∼10g, 감량 0.001㎎), 전기저울(칭량 수g, 감량 0.01
∼0.0001㎎인 일렉트로밸런스), 비틀림저울(칭량 0.25g, 감량 0.0001㎎인 석영비틀림저울) 등이
있다. 화학저울과 미량저울의 중간인 칭량 20∼100g, 감량 0.1∼0.001㎎인 것은 세미미량저울이라
한다. 미량저울의 저울대나 접시 등은 매우 가벼워서 약간의 온도변화나, 케이스 틈새 바람, 대류
등의 영향을 받기 쉽고, 저습도에 의한 저울 각 부분의 대전(帶電)으로 저울의 움직임이 불규칙하게
되기 쉽기 때문에 실내공기, 측정자의 체온에 대한 주의가 필요하다.▣

< 비틀림저울 > torsion balance

직선용수철의 비틀림각은 가해진 힘에 비례한다는 것을 이용한 저울. 토션밸런스라고도 한다.
저울대의 받침점 부분에 직선용수철의 한쪽 끝을 고정시키고 눈금판에 결합된 다른쪽 끝을 회전
시켰을 때 생기는 비틀림탄력과, 저울대의 중점(重點)에 물건을 부하시켰을 때 저울대 회전모멘트
의 균형을 맞게 하고 눈금간의 회전각으로 물건의 질량을 읽는다. 칭량(秤量)은 1∼0.05g 정도이며,
직선용수철을 비롯하여 받침점·역점(力點) 및 중점의 각 점 모두가 석영세선제(石英細線製)인
석영비틀림저울의 감량(感量)은 저울로서 최소인 10g에 이른다. 직선용수철 대신에 소용돌이
용수철을 이용하여 용수철의 휨탄력에 의해 균형을 맞춘 것도 비틀림저울이라고 한다.

〔 계 량 법 〕

상업용 저울은 오래 전부터 각국 모두 엄격한 법규제 아래에 있었다. 또한 최근에는 이 규제를
국제적으로 통일하기 위한 조약기관, 국제법정계량기관도 설치되어 있다.