KR101869345B1 - 중량 측정장치 - Google Patents

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KR101869345B1
KR101869345B1 KR1020170073481A KR20170073481A KR101869345B1 KR 101869345 B1 KR101869345 B1 KR 101869345B1 KR 1020170073481 A KR1020170073481 A KR 1020170073481A KR 20170073481 A KR20170073481 A KR 20170073481A KR 101869345 B1 KR101869345 B1 KR 101869345B1
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최영만
이문구
전용호
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아주대학교산학협력단
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Abstract

중량 측정장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 중량 측정장치는, 피측정물이 안착되는 상부조립체와, 상부조립체의 일측에 배치되는 하부조립체와, 하부조립체에 장착되며, 상부조립체와의 사이에 공기층이 형성되어 상부조립체의 이동을 안내하는 이동가이드부와, 하부조립체에 장착되며 상부조립체를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중량 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING WEIGHT}
본 발명은 중량 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기 보상 방식으로 중량을 측정할 수 있는 중량 측정장치에 관한 것이다.
전자기 보상 방식의 중량 측정장치는, 전자기 보상 방식을 이용하여 피측정물의 중량을 측정하는 장치이다. 이러한 중량 측정장치는 피측정물의 중량에 의하여 상부조립체가 일측으로 이동하면, 상부조립체를 초기 위치로 이동시키는데 소요되는 전류의 양에 기초하여 피측정물의 중량 또는 중량변화를 측정하게 된다.
이러한 중량 측정장치는 알약 패키징 과정 중, 복수 개의 알약을 플라스틱 시트에 넣는 블리스터(blister) 과정에서 알약 충전 유무 검사 등에 적용될 수 있다.
블리스터 과정에서의 피측정물은 플라스틱 시트와, 알약을 포함할 수 있으며, 중량 측정장치는 피측정물의 중량 변화를 측정하여 알약충전 이상 유무를 판단할 수 있게 한다.
종래의 전자기 보상 방식을 이용하는 중량 측정장치는, 레버를 이용하여 피측정물의 무게를 변위형태로 측정한다. 레버는 피측정물이 안착될 계량팬 등이 위치하는 일측으로 처지게 되는데, 레버의 반대측에 카운터웨이트를 설치하여 자중을 보상함으로써 레버는 초기위치와 같이 평형상태를 유지하게 된다.
알약 충전의 이상 유무를 검사하는 과정에서 컨베이어벨트 등으로 보상해야 할 무게가 커지면 그에 상응하여 카운터웨이트의 무게도 커지게 된다. 이로 인해 시스템의 강성이 증가하게 되면서 중량 측정의 분해능이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 일본공개특허공보 제2014-197001호(2014.10.16 공개, 발명의 명칭: 칭량 셀의 디지털 선형화)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 시스템의 강성을 낮춰 고중량 피측정물의 중량 측정 분해능을 향상시킬 수 있는 중량 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 중량 측정장치는: 피측정물이 안착되는 상부조립체; 상기 상부조립체의 일측에 배치되는 하부조립체; 상기 하부조립체에 장착되며, 상기 상부조립체와의 사이에 공기층이 형성되어 상기 상부조립체의 이동을 안내하는 이동가이드부; 및 상기 하부조립체에 장착되며, 상기 상부조립체를 지지하는 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 상부조립체는, 상기 피측정물이 안착되는 플레이트부; 및 상기 플레이트부에서 돌출 형성되어, 상기 이동가이드부에 삽입되는 가이드돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 이동가이드부는, 상기 하부조립체에 장착되고 내측으로 상기 가이드돌기부가 삽입되며, 상기 가이드돌기부와의 사이에 공기층이 형성되어, 상기 상부조립체의 이동을 안내하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 가이드돌기부는, 복수 개가 구비되어 상기 플레이트부의 무게 중심을 기준으로 하는 원주 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 상부조립체는, 상기 플레이트부에서 돌출되며 자력을 발생시키는 지지돌기부;를 더 포함하며, 상기 지지부는, 상기 하부조립체에 장착되며, 상기 지지돌기부와 이격되게 위치하는 지지바디부; 및 상기 지지바디부에 장착되며, 자력을 발생시켜 상기 지지돌기부를 지지하는 지지자력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 지지바디부는, 복수 개가 구비되어, 상기 지지돌기부의 양측으로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 지지자력부는 할바흐 배열되는 복수 개의 영구자석을 포함하여 자력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중량 측정장치는 에어베어링을 적용하여 시스템의 강성을 낮추고, 카운터웨이트를 대신하여 할바흐 배열된 영구자석을 통해 상부조립체의 자중을 보상하여 중량 측정 분해능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 피측정물이 컨베이어벨트를 포함하는 고중량 장치인 경우에도 이동가이드부가 상부조립체와의 사이에 공기층이 형성된 상태로 상부조립체의 이동을 안내하므로 시스템의 강성이 낮아 피측정물의 중량 변화를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치가 포함된 중량 측정시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치의 상부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 상부의 구성을 개략적으로 나타내는 구성사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 측정부 및 출력부를 포함하는 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부가 상부조립체를 지지하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부와 이동가이드부의 높이 변위에 따른 자기력의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부와 이동가이드부의 높이 변위에 따른 강성의 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 중량 측정장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치가 포함된 중량 측정시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치의 상부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 상부의 구성을 개략적으로 나타내는 구성사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 측정부 및 출력부를 포함하는 구성을 나타내는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부가 상부조립체를 지지하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 중량 측정장치가 적용될 수 있는 측정 시스템의 일 실시예를 나타낸 것으로, 중량 측정장치(1)는 복수개가 연이어 배열되는 컨베이어벨트의 중앙부에 위치되므로 알약 충전 과정에서 중단 없이 충전 불량 여부를 검사할 수 있게 된다.
도 2 내지 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 중량 측정장치(1)는 상부조립체(100), 하부조립체(200), 이동가이드부(300), 지지부(400), 전자기 보상부(500) 및 측정부(600)를 포함하여, 전자기 보상 방식으로 상부조립체(100)에 안착된 피측정물(10)의 중량을 측정한다.
상부조립체(100)에는 피측정물(10)이 안착되며, 하부조립체(200)에 장착되는 이동가이드부(300)에 의하여 이동이 안내된다. 본 실시예에서 상부조립체(100)는 플레이트부(110) 및 가이드돌기부(130)를 포함한다.
여기서 피측정물(10)은 중량을 측정하기 위한 대상체에 해당하며, 본 실시예에서의 중량 측정장치(1)는 피측정물(10)을 플레이트부(110)에 안착하거나 피측정물(10)의 중량이 변할 때, 플레이트부(110)가 이동된 정도를 보상하는 방식으로 피측정물(10)의 중량을 측정할 수 있다.
예를 들어, 피측정물(10)은 알약의 블리스터 과정에서 사용되는 플라스틱 시트 및 알약을 포함할 수 있다. 이 때, 중량 측정장치(1)는 피측정물(10)의 중량 변화를 감지하고 이를 출력부(700)에 출력함으로써, 알약충전 여부 등을 외부에서 판단할 수 있게 한다.
플레이트부(110)에는 피측정물(10)이 안착된다. 플레이트부(110)는 대략 원판 형상으로 형성되며, 금속 재질 등을 포함하여 이루어져 상측면에 피측정물(10)이 안착된다.
가이드돌기부(130)는 플레이트부(110)에서 돌출 형성되어, 이동가이드부(300)에 삽입된다. 본 실시예에서 가이드돌기부(130)는 복수 개가 구비되어 플레이트부(110)의 무게 중심을 중심으로 하는 원주 방향으로 등 간격 배열됨으로써, 플레이트부(110)가 일 측으로 기울어지는 것을 방지하고 플레이트부(110)가 안정적으로 이동되게 한다.
본 실시예에서 상부조립체(100)는 지지돌기부(150)를 더 포함한다. 지지돌기부(150)는 플레이트부(110)에서 돌출되며, 움직자석(151)을 포함하여 자력을 발생시킨다. 본 실시예에서 지지돌기부(150)는 플레이트부(110)에서 하부조립체(200) 측으로 돌출 형성되고, 플레이트부(110)의 원주 방향에 평행하게 N-S 또는 S-N 자성을 갖게 배치된다.
움직자석(151)은 상부조립체(100)에 장착되고, 영구자석이 할바흐 배열(halbach array)되는 지지자력부(430)와의 사이에서 척력을 발생시켜, 상부조립체(100)가 공중으로 부양되도록 할 수 있다. 즉, 움직자석(151)은 상부조립체(100)의 자중을 보상하는 역할을 한다.
하부조립체(200)는 상부조립체(100)의 일측, 예를 들어 상부조립체(100)의 하측에 배치되며, 상부조립체(100), 전자기 보상부(500), 이동가이드부(300) 및 지지부(400)를 지지한다.
하부조립체(200)는 플레이트부(110)에 안착되는 피측정물(10)의 안착 높이 등을 조절하기 위하여 소정 높이로 형성되는 베이스부(30)의 상측에 설치될 수 있다.
이동가이드부(300)는 하부조립체(200)에 장착되며, 상부조립체(100)와의 사이에 공기층이 형성된 상태로 상부조립체(100)의 이동을 안내한다.
상술한 바와 같이 피측정물(10)이 컨베이어 장치 등을 포함한 고중량물인 경우 상부조립체(100)의 이동시 하부조립체(200) 등과의 마찰이 발생될 수 있는데, 본 실시예에서 이동가이드부(300)는 상부조립체(100)와의 사이에 공기층을 형성함으로써 상부조립체(100)와의 마찰을 최소화하여 상부조립체(100)의 이동을 안내하게 된다.
본 실시예에서 이동가이드부(300)는 하부조립체(200)에 장착되고, 내측으로 가이드돌기부(130)가 삽입되며 가이드돌기부(130)와의 사이에 공기층이 형성되어, 하부조립체(200)의 내부에서 상부조립체(100)의 이동을 안내한다.
본 실시예에서 이동가이드부(300)는 상부조립체(100)에 장착되는 이동가이드바디(310)와, 공기저장부(미도시) 등과 연결되어 이동가이드바디(310)의 내측으로 공기가 주입되도록 하는 공기주입부(330)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부가 상부조립체를 지지하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 지지부(400)는 하부조립체(200)에 장착되어 상부조립체(100)를 지지한다. 본 실시예에서 지지부(400)는 지지바디부(410) 및 지지자력부(430)를 포함한다.
지지바디부(410)는 하부조립체(200)에 장착되며 지지돌기부(150)와 이격되게 위치한다. 본 실시예에서 지지바디부(410)는 복수 개가 구비되어 지지돌기부(150)의 양측으로 이격되게 위치하여 지지돌기부(150)의 이동 방향을 제한하고, 지지자력부(430)의 자력이 지지돌기부(150)의 양측에 작용하여, 지지돌기부(150)의 양측에서 자력으로 지지할 수 있게 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부의 실시예를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부와 이동가이드부의 높이 변위에 따른 자기력의 변화를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치에서 지지부와 이동가이드부의 높이 변위에 따른 강성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 지지자력부(430)는 지지바디부(410)에 장착되며, 자력을 발생시켜 지지돌기부(150)를 지지한다. 본 실시예에서 지지자력부(430)는 상부조립체(100)를 지지할 수 있는 기술 사상 안에서라면 영구자석의 배열을 다양하게 구현할 수 있다.
예를 들어 지지자력부(430)는 단일의 영구자석이 지지돌기부(150)의 움직자석(151)과 척력이 작용하도록 하여 상부조립체(100)를 지지하는 구성을 적용하거나(도 7 내지 도 9의 case 1 참조), 한 쌍의 영구자석의 상하 자극을 반대로 배치하여 해당 영구자석의 사이에 지지돌기부(150)의 움직자석(151)이 위치하도록 할 수 있다(도 7 내지 도 9의 case 2 참조).
본 실시예에서 지지자력부(430)는 할바흐 배열되는 복수 개의 영구자석을 포함할 수 있으며, 지지돌기부(150)의 움직자석(151)은 자력을 발생시킨다(도 7 내지 도 9의 case 3 참조).
예를 들어, 본 실시예에서 지지돌기부(150)의 움직자석(151)은 좌측 단부에서 S극 우측 단부에서 N극일 때, 지지돌기부(150)의 움직자석(151)의 좌측에 위치한 지지자력부(430)의 영구자석은 상측에서 하측으로 3개가 배열되고, 최상단 영구자석은 좌측 단부가 S극, 우측 단부가 N극으로 형성되고, 중앙부 영구자석은 상측 단부가 N극 하측 단부가 S극으로 형성되며, 최하단 영구자석은 좌측 단부가 N극, 우측 단부가 S극으로 형성될 수 있다.
또한 지지돌기부(150)의 움직자석(151)의 우측에 위치한 지지자력부(430)의 영구자석은 상측에서 하측으로 3개가 배열되고, 최상단 영구자석은 좌측 단부가 S극, 우측 단부가 N극으로 형성되고, 중앙부 영구자석은 상측 단부가 S극 하측 단부가 N극으로 형성되며, 최하단 영구자석은 좌측 단부가 N극, 우측 단부가 S극으로 하여 할바흐 배열될 수 있다.
영구자석이 할바흐 배열로 형성되는 경우 일정거리 영역에서 일정한 힘이 작용하도록 할 수 있으며(도 8 및 도 9 참조), 자기력(force)과 강성(stiffness)을 확보할 수 있다(도 8 및 도 9의 case 3 참조).
전자기 보상부(500)는 하부조립체(200)에 장착되는 보상코일부(510)와, 상부조립체(100)에 장착되는 보상자력부(530)를 포함하여 전원부(630)에서 전류가 인가되면 전자기력에 의해 상부조립체(100)를 이동시킨다.
측정부(600)는 플레이트부(110)의 위치를 측정하는 위치센서부(610)와, 전자기 보상부(500)에 전원을 공급하는 전원부(630)와, 위치센서부(610)에서 측정한 플레이트부(110)의 위치에 기초하여 전원부(630)를 제어하여, 전자기 보상부(500)에 전류를 공급하는 제어부(650)를 포함한다.
제어부(650)는 플레이트부(110)가 초기위치에 도달할 때까지 전자기 보상부(500)에 공급되는 전류의 양을 계산하고, 이를 기초로 피측정물(10)의 중량을 측정한다. 측정부(600)에서 측정된 중량은 출력부(700)에 전달되어 출력된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 중량 측정장치(1)의 작동원리 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
상부조립체(100)는 하부조립체(200)에 장착되는 이동가이드부(300)에 가이드돌기부(130)가 끼워지며, 지지부(400)에 지지돌기부(150)가 삽입되는 방식으로 하부조립체(200)의 상측에 위치된다. 상부조립체(100)의 자중은 지지부(400)와의 사이에 발생되는 자력에 의하여 보상된다.
상부조립체(100)는 상부조립체(100)의 자중을 보상하기 위한 추가 동력원의 적용 없이, 지지부(400)와 지지돌기부(150)에 구비되는 영구자석과 움직자석(151) 사이의 반발력에 의하여 상부조립체(100)의 자중을 보상할 수 있다.
이에 따라 자중보상에 소모되는 전류를 줄여 코일 발열로 인한 오차를 최소화 할 수 있다. 뿐만 아니라 중량 측정장치(1)의 작동에 필요한 동력 장치, 예를 들어 모터 장치 등의 개수 또는 용량이 감소하여, 중량 측정장치(1)의 크기, 제작 및 운용비용을 줄일 수 있다.
상부조립체(100)에 피측정물(10)이 안착되거나, 피측정물(10)의 중량이 변경되면, 피측정물(10)의 중량에 의하여 상부조립체(100)가 승강 된다.
피측정물(10)이 안착된 상부조립체(100)는 이동가이드부(300)에 의하여 이동이 안내된다. 본 실시예에서 이동가이드부(300)는 가이드돌기부(130)와의 사이에 공기층이 형성되도록 하여, 가이드돌기부(130)의 이동을 안내하므로, 상부조립체(100)의 이동 시 상부조립체(100)와 하부조립체(200)의 마찰력을 최소화 할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 중량 측정장치(1)는 피측정물(10)이 상부조립체(100)에 안착되어 상부조립체(100)가 이동할 때, 상부조립체(100)와 주변 장치의 마찰을 줄일 수 있으므로, 피측정물(10)의 중량 분해능을 향상시킬 수 있다.
상부조립체(100)가 하측으로 이동하면, 플레이트부(110)의 위치를 위치센서부(610)에서 측정하고, 측정된 데이터를 제어부(650)에 전달한다. 제어부(650)는 전원부(630)를 제어하여 전자기 보상부(500)에 전류를 전달하고, 플레이트부(110)가 초기위치에 도달할 때까지 소요되는 전류의 양에 기초하여 피측정물(10)의 중량을 산출한다.
제어부(650)에 의하여 산출된 피측정물(10)의 중량은 출력부(700)에 전달되어 출력되거나, 저장부(미도시) 등에 저장되어 사용자가 피측정물(10)의 중량을 인식할 수 있게 한다.
이로써, 본 실시예에 따른 중량 측정장치(1)는 상부조립체(100)에 작용하는 마찰력을 줄이고 상부조립체(100)를 할바흐 배열된 영구자석으로 지지함으로써, 중량 측정 분해능을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 중량 측정장치(1)는 측정 대상체인 피측정물(10)이 컨베이어 장치 등과 같은 고중량 장치인 경우에도, 이동가이드부(300)가 상부조립체(100)와의 사이에 공기층이 형성된 상태로 상부조립체(100)의 이동을 안내하므로 고중량 피측정물(10)의 중량 변화를 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 중량 측정장치 10: 피측정물
30: 베이스부 100: 상부조립체
110: 플레이트부 130: 가이드돌기부
150: 지지돌기부 200: 하부조립체
300: 이동가이드부 310: 이동가이드바디
330: 공기주입부 400: 지지부
410: 지지바디부 430: 지지자력부
500: 전자기 보상부 510: 보상코일부
530: 보상자력부 600: 측정부
610: 위치센서부 630: 전원부
650: 제어부 700: 출력부

Claims (7)

  1. 피측정물이 안착되는 상부조립체;
    상기 상부조립체의 일측에 배치되는 하부조립체;
    상기 하부조립체에 장착되며, 상기 상부조립체와의 사이에 공기층이 형성되어 상기 상부조립체의 이동을 안내하는 이동가이드부; 및
    상기 하부조립체에 장착되며, 상기 상부조립체를 지지하는 지지부;를 포함하고,
    상기 상부조립체는,
    상기 피측정물이 안착되는 플레이트부;
    상기 플레이트부에서 돌출 형성되어, 상기 이동가이드부에 삽입되는 가이드돌기부; 및
    상기 플레이트부에서 돌출되며 자력을 발생시키는 지지돌기부;를 포함하며,
    상기 지지부는,
    상기 하부조립체에 장착되며, 상기 지지돌기부와 이격되게 위치하는 지지바디부; 및
    상기 지지바디부에 장착되며, 자력을 발생시켜 상기 지지돌기부를 지지하는 지지자력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중량 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 이동가이드부는,
    상기 하부조립체에 장착되고 내측으로 상기 가이드돌기부가 삽입되며, 상기 가이드돌기부와의 사이에 공기층이 형성되어, 상기 상부조립체의 이동을 안내하는 것을 특징으로 하는 중량 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가이드돌기부는,
    복수 개가 구비되어 상기 플레이트부의 무게 중심을 기준으로 하는 원주 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 중량 측정장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지지바디부는 복수 개가 구비되어, 상기 지지돌기부의 양측으로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 하는 중량 측정장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지자력부는 할바흐 배열되는 복수 개의 영구자석을 포함하여 자력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 중량 측정장치.
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