압전형 압력 센서: 전하(PE) vs. 전압(IEPE) 출력

전하(PE) 또는 전압(IEPE) 출력 타입 압전형 센서 간의 차이점은?

압전형 압력 센서에 있어서 가장 중요한 선택 기준 중 하나는 출력 신호입니다. 압전형 압력 센서는 센서에 의해 생성된 전하를 비례 전압으로 변환하는 전자 회로에 연결됩니다. 전자 회로(전하 증폭기)가 외부에 있는 경우, 압전형 압력 센서를 전하 출력 또는 PE 센서라고 합니다. 전자 회로가 센서 하우징 내부에 있는 경우, 전압 출력 또는 IEPE 센서라고 합니다.

IEPE 기술의 다른 알려진 상표는 Piezotron®, ICP® 등입니다.

전하 출력(PE) 타입 압전형 압력 센서를 사용하는 경우는?

PE 압력 센서는 전하 신호를 출력함으로 감도는 압력 단위당 pC(예: pC/bar 또는 pC/psi)으로 표시됩니다. PE 센서에 가해진 압력은 음(-)의 전하 신호(즉 PE 센서의 음의 감도)를 생성한 다음 외부 전하 증폭기에 의해 양(+)의 전압 신호로 변환됩니다.

그러나 센서를 전하 증폭기에 연결하려면 저 잡음(low-noise)&고 임피던스(high-impedence) 케이블을 사용해야 합니다. 이러한 연결을 통해 전하를 전압 신호로 안정적으로 변환할 수 있습니다. 시중에는 아날로그 출력(DAQ에 연결될 수 있는) 타입 전하 증폭기와 DAQ가 통합된 디지털 전하 증폭기가 있습니다.  

IEPE 센서와 달리 PE 센서는 압전 소자에 압력이 가해지면 전하 신호가 생성되므로 전원을 공급할 필요가 없습니다.

PE(및 IEPE) 압력 센서는 동압 및 압력 맥동 측정에 모두 적용할 수 있습니다.  

전하 출력 타입 압전형 압력 센서는 다음 용도에 최적입니다.

  • 준 정압의 측정
  • 극저온 또는 고온(>120°C)에서 측정(센서에 전자 회로가 없으므로)
  • 압력 센서 하나만으로 측정 범위 조정 가능(측정 범위는 전하 증폭기에서 조정 가능)

전압 출력(IEPE) 타입 압전형 압력 센서를 사용하는 경우는?

IEPE는 Integrated Electronics Piezo Electric의 약자로 전하를 전압 신호로 변환하는 전자 회로가 통합된 압전 센서의 산업 표준을 말합니다. IEPE 센서에 전달되는 압력은 전압(mV) 신호를 생성합니다. 따라서 감도는 단위 압력 당 mV로 표시됩니다(예: mV/bar 또는 mV/psi). 

PE 센서와 달리, IEPE 센서는 전원이 공급되어야 하는 전자 회로를 센서 내부에 가지고 있습니다. 하지만 표준 2선식 케이블이면 센서에 전원을 공급하고 전압 출력 신호를 전송할 수 있습니다.

IEPE 압력 센서는 전원 공급 및 전원 신호에서 전압 신호를 분리하기 위한 전류(IEPE) 커플러에 연결되어야 합니다.
IEPE 압력 센서는 IEPE 커플러 또는 IEPE센서가 호환이 되는 DAQ에 직접 연결할 수 있습니다.

전압 출력(IEPE) 타입 압전형 압력 센서는 다음 용도에 최적입니다.

  • 동압(dynamic pressure)만 측정하는 경우
  • 압력 맥동 측정
  • 적정 온도(-55~120°C) 및 한정된 측정 범위에서 측정

압전형 압력 센서의 적용 기준

전하 출력(PE) 전압 출력(IEPE, Piezotron)
+ 준 정압 측정
+ 동압 측정
+ 압력 맥동 측정
+ 광범위한 온도 범위
+ 조절 가능한 압력 범위
+ 동압 측정
+ 압력 맥동 측정
+ 표준 케이블 사용
+ IEPE센서가 호환되는 데이터 수집(DAQ) 장치연결 가능
– 전용 저잡음 고임피던스 케이블 사용
– 외부 전하 증폭기
– 준 정압 측정 못함
– 제한된 온도 범위
– 고정된 압력 범위
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