PIEZOCRYST, 대형엔진용 압력센서, 피에조크리스트

진동, 소음 계측기 전문 업체 싸이러스㈜입니다.
이번에는 Piezocryst사의 대형엔진용 압력센서를 소개합니다. 

대형엔진용 실린더 압력센서, 그림 1

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Piezocryst는 엔진 지시 센서 분야에서 50년 이상의 경험을 바탕으로 대형 엔진에 적합하도록 통합 및 최적화했습니다. 오늘날, 데이터 품질에 대한 가장 높은 요구 사항을 충족하는 검증되고 안정적인 측정 기술이 존재합니다.

센서는 제조 과정에서 대형 엔진의 개별 실린더에 설계되어 영구적으로 설치되는 경우가 많습니다. 이 센서는 연소 압력을 제공하며, 따라서 엔진 작동 중 발전소나 선박 추진 시스템을 지속적으로 모니터링하는 데 가장 중요한 정보를 제공합니다. 효율성과 수익성을 높이는 동시에 배출량과 마모를 줄이기 위한 다양한 접근 방식이 있습니다.

1. 실린더 밸런싱: 다양한 실린더의 연소 변화를 비교하고 조정하여 편차를 크게 줄입니다.
2. 최대 압력 증가: 기존의 비제어 엔진은 모든 작동 조건에서 안전한 연소가 보장되도록 설계되었습니다. 따라서 엔진의 최적 작동점에 대한 안전 여유를 고려해야 합니다.
3. 이 외에도 실린더 압력 센서를 사용하면 대형 엔진에서 변동이 심한 가스 품질(공정 가스, 생물 및 매립지 가스)을 사용할 수 있습니다. 이러한 가스 품질은 현재 사용하기 어렵거나 불가능하기 때문에 이를 가능하게 하는 기술로 활용됩니다.

효율을 0.5%에서 2.5% 정도만 개선해도 엄청난 양의 연료를 절약할 수 있습니다. 연료비 절감을 통한 막대한 경제적 이점 외에도 CO2 배출량도 크게 줄어 듭니다.

센서 기술
대형 엔진 모니터링 및 제어의 특별한 과제는 대형 엔진의 까다로운 조건에서 수년간의 수명 동안 탁월한 데이터 품질을 보장하는 것입니다. 센서는 고압 서지에 노출될 뿐만 아니라 열충격 및 높은 가속도로 인해 엄청난 응력을 동시에 받습니다. 압전 측정 기술은 스트레인 게이지(DMS)와 같은 다른 센서 기술과 달리 거의 변위 없이 측정하기 때문에 이러한 극한 요구 사항에 특히 유리합니다. 따라서 매우 견고한 GaPO4 결정 덕분에 최대 측정 범위가 수 마이크로미터 이내이거나 훨씬 더 짧은 반면, DMS는 비교적 부드러운 변형체를 필요로 하므로 작동 중 이동 거리가 10배 이상 필요한 경우가 많습니다. 압전 측정 기술을 통해 이처럼 가혹한 환경 조건에서도 최소한의 변형이 가능해짐으로써 재료 피로가 최소화되고 결과적으로 사용 수명과 신뢰성이 크게 향상됩니다.

압력센서 단면, 그림 2

전문가 정보
대형 엔진 센서는 다양한 기술과 정교한 설계 세부 사항을 갖추고 있으며, 그중 다수는 특허를 받았거나 특허 출원 중입니다. 실린더 헤드 또는 내부 장력 요소의 외란을 보상하는 검증된 Double Shell™ 구조 외에도, 매우 견고하고 열적으로 안정적인 GaPO4 감지 소자가 사용됩니다. 압전 재료의 대안은 GaPO4 에 비해 내부 저항이 상당히 낮습니다 . 이러한 결정 소자를 센서에 사용하면 낮은 절연 저항으로 인해 많은 전하가 "손실"되고, 이러한 센서의 측정 신호는 속도에 따라 체계적으로 왜곡됩니다. 이와는 대조적으로, GaPO4 결정 소자는 고온에서도 매우 높은 절연 저항을 유지  하여 저속 2행정 엔진에서도 압력 신호를 정확하고 왜곡 없이 재현할 수 있습니다.

또한, 피에조크리스트 센서는 독자적인 누출 방지(Leak Proof ™)  안전 설계를 갖추고 있습니다. 이 기능은 막 파열이라는 드문 경우에도 센서 부품이 안전 밸브 기능을 수행하여 실린더를 외부 환경으로부터 밀폐하도록 설계되었습니다. 어떤 상황에서도 고온 연소 가스 누출을 방지하고, 운전자와 엔진을 보호하며, 예상치 못한 엔진 정지를 방지합니다.

센서에는 고품질 전하 증폭기가 장착되어 있습니다. 이 전하 증폭기는 압력 신호를 "인식"하고 드리프트를 자동으로 보상합니다. 이 정교한 기술 덕분에 피드백 저항만 장착된 단순 전하 증폭기의 단점을 극복하고 신호를 정확하게 재현할 수 있습니다.


자세한 내용을 원하시면 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의를 주시거나, 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.

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참고자료 (reference) : 
1. 싸이러스 홈페이지 (https://www.cylos.co.kr)
2. Piezocryst 홈페이지 (https://www.piezocryst.com/en/)
3. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)
4. 싸이러스 티스토리 블로그 (https://cylos.tistory.com/)

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