피에조 기술이 적용된 밸브

의료 기술에서 가스의 효율적인 제어 및 조절

특정 세라믹은 피에조 특성을 지니고 있습니다. 즉, 이러한 세라믹이 기계적으로 변형되면 재료에 전압이 생성됩니다. 이 효과는 반대 방향으로도 발생합니다. 이러한 세라믹에 전압을 가하면 세라믹이 변형됩니다.

이러한 압전 동작은 라이터 또는 프로판 가스 그릴의 발화원(스파크) 또는 스마트폰 카메라의 자동 초점용 광학 렌즈의 미세한 움직임을 위한 초음파를 생성 또는 감지 등, 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.

피에조 기술은 또한 가스의 압력 또는 유량을 제어하는 밸브를 설계하기 위한 새로운 가능성 역시 제공합니다. 피에조 벤더에 전압이 가해지면 이것이 휘어져 밸브 시트에서 떨어져 나옵니다. 전압이 높을수록 액추에이터가 더 많이 구부러지고 더 많은 가스가 밸브를 통해 흐를 수 있습니다.

피에조 세라믹은 인가된 전압이 세라믹 재료를 충전하여 구부러지게 하기 때문에 작은 축전기처럼 작동합니다. 본래 모양을 되찾기 위해서는 재료가 능동적으로 방전되어야 합니다. 압전 세라믹은 기존의 기계적 변형을 유지하기 위해 에너지가 필요하지 않습니다. 전기 공급이 중단된 후에도 밸브는 자체적으로 현재 위치를 유지합니다.

이는 또한 피에조 벤더의 모양이 변경될 때, 즉 벤더 자체의 전하를 변경하는 경우에만 에너지가 필요한다는 것을 의미합니다. 압전 세라믹은 작은 정전용량(20nF ~ 40nF 범위)을 갖기 때문에 이 경우에 필요한 에너지의 양은 매우 적습니다(1mW 정도). 이와는 대조적으로, 솔레노이드 밸브는 열린 상태를 유지하기 위해 몇 와트의 지속적인 전원 입력이 필요하며 이러한 전원 입력으로 인해 솔레노이드 밸브가 가열됩니다.

낮은 에너지 소비로 인해 피에조 기술은 배터리 구동 장치(솔레노이드 밸브보다 훨씬 적은 전력 사용) 및 밸브가 가스를 가열해서는 안 되는 응용 분야에 이상적입니다.

피에조 기술은 다음과 같은 매우 구체적인 장점이 있습니다:

  • 비례식 동작
  • 발열 없음
  • 극도로 적은 에너지 소비
  • 매우 콤팩트하며 가벼움
  • 긴 수명
  • 본질 안전

피에조 밸브는 솔레노이드 밸브을 대신하여 사용할 수 없습니다. 피에조 밸브는 최대 310V의 더 높은 전압에서 작동하는 반면 솔레노이드 밸브는 5, 12 또는 24V에서 작동합니다. 5, 12 또는 24V 전원 공급에서 필요한 250 - 310V를 생성하고 피에조 벤더를 충전 및 방전하려면 간단한 피에조 드라이버 전자 장치가 항상 필요합니다. 310V가 높아 보일 수 있지만 해당 전류는 매우 작습니다(출력에서 50k 옴 직렬 저항으로 최대 5mA). 피에조 전자 장치는 전기적으로 안전하도록 설계할 수 있으므로 접점과 접촉하면 전압이 즉시 50V 미만으로 떨어집니다.

Festo는 다양한 응용 분야에서 다양한 유량 또는 압력 요구 사항에 맞는 피에조 기술이 적용된 광범위한 밸브를 제공합니다. 이러한 밸브는 재료가 산소 적합성 테스트를 거쳤기 때문에 100% 산소 가스를 제어하기 위해서도 사용할 수 있습니다.

저자 소개

토마스 쿠너트(Thomas Kunert)
Product Management MedLab
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1월 2018

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