압전기(piezoelectricity) 혹은 압전효과(piezoelectric effect)는 특정 물질에 외력을 가하게 되면 유전 분극이 발생되는 현상을 얘기하며, 이때 이런 성질을 가진 물질을 압전소자(piezoelectric element)라고 한다.. 라는 설명을 여러 곳에서 보실 수 있습니다.
쉽게 말해서 특정 물질을 누르거나(혹은 잡아 당기거나) 때리거나 하면 전기적인 특성을 띈다는 것인데요, 이를 이용하여 물리적인 힘을 전기적인 신호로 바꿀 수 있죠.
이와 같은 효과를 내는 물질(압전소자, piezo-element)을 이용하여 압력, 힘, 가속도와 같은 물리적인 힘을 전기 신호로 바꾸어 계측/측정/기록 할 수 있도록 고안 된 제품을 압전센서(piezoelectric sensor)라고 합니다. 줄여서 PE 센서라고도 해요.
압전소자는 무척 많은 종류가 있지만 현재 많은 압전센서에 사용되는 소자는 크게 수정(quartz crystal)과 압전세라믹(piezo-ceramic) 두 가지로 볼 수 있습니다.
수정(quartz crystal)은 자연 발생적인 물질로 높은 감도와 고품질의 안정적인 소자로 제작이 가능합니다. 여기서'안정적'이라 함은 '시간이 지나도 특성의 변화가 적다'는 의미로 볼 수 있습니다. 한 제조사에 따르면 무려 40년 사용이 가능하다고 합니다.. 또한 온도 변화에 따른 변화량(temperature coefficient)도 적은 편이죠.
다결정 압전세라믹(polycrystalline piezoceramic)은 인공적으로 압전성질을 띄게 제작한 세라믹 소자(흔히 PZT)로 폴링(polling)이라고 하는 과정을 거쳐 만듭니다. 인공적으로 만들기 때문에 형상이나 크기를 보다 자유자재로 만들기 쉽겠죠. 소자 특성 상 상대적으로 고온(540℃)에서 견딜 수 있습니다
Quartz Crystal | Polycrystalline Ceramic |
naturally piezoelectric material | artificially polarized, man-made material |
high voltage sensitivity | high charge sensitivity |
stiffness comparable to steel | unlimited availability of sizes and shapes |
exhibits excellent long term stability | materials available which operate at 1000 F (540 C) |
non-pyroelectric | output due to thermal transients (pyroelectric) |
low temperature coefficient | characteristics vary with temperature |
압전소자(piezoelectric element) 비교 - PCB Piezotronics Inc. 홈페이지 발췌
센서를 선정할 때 소자까지 살펴서 검토하는 것은 조금 버거울 수 있습니다. 게다가 일반적으로 소자의 특성이 크게 중요한 결정 요소로 작용하는 경우가 적기도 하고 오히려 다른 스펙 조건을 더 면밀히 살펴봐야 할 때가 많죠.
금일 포스팅한 압전소자에 대한 내용은 '참고사항' 정도로만 봐주시고, 센서 선정은 전문가에게 맡겨주세요!
