신기술 소개, 스프레이 패턴 및 압력분포 테스트 시스템

점점 더 민감한 압력 센서 어레이는 제조업체가 스프레이 분산 및 타력을 이해하여 제품 설계를 개선하는 데 도움이 됩니다.

새로운 정전 용량 센서 어레이 기술의 감도와 해상도가 증가한 결과, 유체 및 가스 스프레이 분야에서 작업하는 설계자는 이제 기존 기술로는 측정 할 수 없었던 입자 영향, 분포 및 축적에 대한 귀중한 통찰력과 정보를 얻고 있습니다.  

이 정보로 무장한 제조업체는 보다 정교한 테스트 및 특성화와 함께 향상된 제품 설계 및 제조를 통해 직접적인 경쟁 우위를 확보 할 수 있습니다.

스프레이, 스트림 및 미스트

광범위한 스프레이 타력 및 분포 패턴을 측정하는 기능은 산업용 스프레이 노즐, 샤워 헤드, 자동차 앞 유리 와이퍼 유체 디스펜서, 페인트 또는 폴리 우레탄 스프레이 건, 후추 스프레이 의 설계 및 제조를 포함한 다양한 산업 응용 분야에 직접 적용 할 수 있습니다. 의료에 사용되는 스프레이 디스펜서 및 기타 의료 기기.

그러나 이러한 응용 분야에서 작업하는 설계자는 최근까지 유체 또는 가스 스프레이의 입자 분포 및 타력을 정확하게 정량화하는데 어려움을 겪었습니다. 이는 샤워 워터 제트의 경우 인간의 편안함과 최적의 페인트 스프레이 양과 관련된 비행기 연료 절약과 같은 주요 비즈니스 및 환경 요인에 직접적인 영향을 미칩니다. 이러한 응용 분야에서 스프레이 측정의 정확성과 타당성에 영향을 미치는 중요한 문제는 공정에 직접 영향을 미치는 광범위하고 광범위한 매개 변수입니다. 여기에는 작은 물방울의 크기, 질량, 입자 밀도 및 점도가 포함되며, 각각은 원하는 기능과 전체 적용 사이에서 크게 다릅니다. 예를 들어, 큰 면적의 산업 응용 분야를 위한 대포형 페인트 스프레이는 의료 분야의 상처에 사용되는 미세 혈액 응고 스프레이와는 크게 다릅니다.

이러한 측정과 관련된 또 다른 주요 과제는 힘 및 압력 센서 기술의 전통적인 한계였습니다. 일반적인 힘 센서는 개별 위치에서 단일 값을 측정합니다. 더 정교한 센서 어레이가 존재하지만 기본 저항 기술 접근 방식은 감지 간격이 클 수 있으며 스프레이 작은물방울 매핑 및 감지에서 발생하는 미세한 압력 수준을 측정 할만큼 민감하지 않습니다.

이제 관심 영역에 대한 광범위한 압력 값을 측정하는보다 정확하고 안정적이며 반복 가능한 정전 용량 기반 촉각 센서 어레이를 사용할 수 있습니다. 이 혁신적인 기술은 엔지니어, 설계자 및 연구원에게 스프레이 패턴 및 분포에 대한 전례없는 정량화 가능한 데이터를 제공하여 제품 및 공정 최적화를 용이하게 합니다.

테스트 및 평가

스프레이 테스트는 일반적으로 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 압력 또는 충격 측정이고 두 번째는 스프레이 분포 (패턴) 평가입니다. 테스트 유형에 따라, 경과 시간은 예를 들어 스프레이 분무후 노즐의 낙하 물방울을 평가할 때 흐름의 총 압력 또는 입자의 축적을 결정하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

전통적으로 스프레이 테스트 및 측정에 사용할 수있는 방법은 최근까지 매우 원시적이고 민감하지 않았으며 쉽게 기록 할 수 없었습니다. 예를 들어, 스프레이 패턴 평가는 일반적으로 육안 검사를 위해 종이나 티슈에 액체를 분사하는 것을 포함하는 반면, 충격력은 종종 시간이 지남에 따라 액적 질량을 축적하는 압력판과 무게 눈금을 사용하여 측정되었습니다.

정전용량 촉각 감지 솔루션을 제공하는 세계적 리더인 PPS의 사장인 Jae Son 박사는 "특히 낮은 수준의 압력에서 스프레이 압력 및 분포를 적절하게 측정 할 수 있는 도구가 많지 않았습니다."라고 말합니다“There really haven’t been many tools available to adequately measure spray pressure and distribution, particularly at lower levels of pressure,” says Dr. Jae Son.  

그러나 최근 센서 어레이 및 데이터 수집 기술이 발전함에 따라 더 많은 기업이 스프레이 패턴 및 압력 정보를 캡처하여 더 나은 경험으로 변환 할 수 있도록 최첨단 연구 및 설계 시설을 개발하는 데 상당한 자금을 투자하고 있습니다. 그들의 제품. 

구체적인 예로는 가정용 청소 제품, 후추 스프레이, 수도꼭지 / 샤워 헤드, 자동차 앞 유리 와이퍼 유체 디스펜서, 코팅 및 재료 증착과 같은 산업 공정 응용 분야의 소비자 제품 제조업체가 있습니다  

정전 용량 센서 어레이

이러한 미세 스프레이 정보의 정확하고 반복 가능한 측정을 가능하게 하는 것은 PPS에서 설계 및 제조한 민감한 정전 용량 촉각 센서 어레이 입니다. 얇고 유연하며 순응 가능한 촉각 배열 센서는 평평하고 복잡한 모양의 물체에 배치 할 수 있으므로 최종 착륙 영역에서 직접 스프레이 압력 및 패턴 측정이 가능합니다.

촉각 에레이 센서를 구축하기 위해 PPS는 전극을 직교하고 겹치는 스트립으로 배열합니다. 전극이 겹치는 각 지점에 별개의 커패시터가 형성됩니다. 단일 행과 열을 선택적으로 스캔하여 해당 위치의 커패시턴스, 즉 국부 압력이 측정됩니다.

PPS 어레이 센서는 최대 8,192 개의 통합 감지 요소를 특징으로하는 동시에 10 Pa만큼 작은 압력을 측정하여 스프레이 압력 패턴의 초 미세 분해능 캡처를 가능하게합니다. 이것은 대략 1 mm3 부피의 물을 뿌린 물방울의 충격으로 표면에 가해지는 압력입니다.

감지 요소 영역에 대한 작은물방울 크기의 효과와 비율을 완전히 이해하려면 신중하게 고려해야합니다. 스프레이 측정 어플리케이션에서 만나는 작은 압력을 고려할 때, 최고의 감도의 센서를 생성하기 위해 수많은 설계 매개 변수가 최적화됩니다. 압력은 면적에 대한 힘의 측정이므로 개별 스프레이 액 적을 고려할 때 작은물방울 질량과 운동량에 의해 결정되는 충격력으로 인해 표면에 발생하는 압력은 충격 면적이 증가함에 따라 분명히 감소합니다. 따라서 감도를 최대화하고 전체 측정 정확도를 지원하기 위해 센서 요소 영역 및 후속 요소 보정과 같은 매개 변수가 전체 측정 성공에 중요한 역할을 합니다. 센서 설계 및 제조에 대한 PPS의 세계적인 전문성과 역량을 통해 매우 안정적인 기계적 특성을 가진 1 x 1 mm 크기의 요소를 성공적이고 정확하게 장기간 반복 사용할 수 있습니다. 또 다른 접근법은 힘 센서를 결합하여 정확한 총 힘을 얻는 동시에 정전용량 압력 어레이 센서를 통해 압력 분포를 캡처합니다. 

스프레이 압력 및 패턴 측정의 또 다른 주요 고려 사항은 이산 입자가 표면에 영향을 주는 속도의 잠재적 불일치와 측정 시스템의 결과적인 감지 획득 비률입니다. 이러한 매개 변수 사이에는 큰 차이가 있을 수 있으므로, 고속 스트림을 고려할 때, 충격 지점에서 이벤트의 타이밍과 순서를 정확하게 이해하려면 생각과 주의를 기울여야합니다. 다행히 PPS 내의 혁신적인 전자 및 통신 개발로 인해 현대적인 고성능 압력 센서의 속도가 크게 향상되었으며 이제 200 Hz 이상의 샘플링 속도가 가능합니다.

이에 따라 Dr. Son에 따르면 PPS 센서 기술로 캡처 할 수있는 스프레이 측정에는 미세 스프레이 입자에 의해 생성 된 충격 압력, 표면에 걸친 스프레이 분포 및 시간에 따른 유체 또는 미스트 축적이 포함됩니다.

영향

제품 설계자와 공정 엔지니어는 입자가 표면에 부딪 힐 때 발생하는 충격이나 압력을 알기를 원한다.  

예를 들어, 고객은 스프레이 압력에 의해 목재를 손상시키는 페인트 스트리핑 제품을 거부합니다. 반면에, 향수는 향기의 미세한 미스트를 뿌리기보다 스프레이가 한 곳에 집중된 위치에 분사되는 제품은 향수의 매력을 잃을 수 있습니다.

스프레이를 측정하기 위해 정전용량 센서 어레이는 시간 경과에 따른 누적 된 영향을 통합하고 결과 데이터를 처리하여 전체 압력을 평가합니다.  

예를 들어, 샤워 헤드 설계를 고려할 때 압력 문제는 물의 흐름을 측정하는 것과 관련이 있습니다. 실제로 이러한 흐름은 연속적이지 않습니다. 대신, 그들은 빠른 속도로 움직이는 개별 물방울로 구성됩니다. 시간 경과에 따른 물방울의 누적 된 영향을 측정하여 전체 수압을 도출 할 수 있습니다.

예를 들어, 자동차의 테스트는 충격 압력 테스트를 사용하여 자동차가 다양한 속도로 웅덩이를 주행 할 때 엔진 룸에 분사되는 물의 피크 압력과 물의 분포를 확인했습니다. 이 정보는 장기 운용을 성공시키기위한 방열기, 서스펜션, 배기관 등의 물에 민감한 부품의 최적 배치에 대해 설계자와 엔지니어에게 직접 알려줍니다.  

"자동차가 큰 웅덩이 위로 운전할 때 엄청난 양의 물이 엔진 실로 튀어 나와 많은 피해를 입힐 수 있습니다."라고 Son 박사는 말합니다, 그는 경력 초기에 이러한 유형의 이벤트로부터 자동차 변속기를 보호하는 프로젝트에 참여했습니다.“When cars drive over large puddles, huge amounts of water get splashed into the engine compartment and can create a lot of damage,” says Dr. Son  

일본의 Syscom Inc.에 의해 수행된 테스트에서, 구조 보강이나 보호 배플링, 부식 방지 코팅 개선, 그리고 잠재적으로 구성품 재배치가 필요할 수 있는 하부 부위를 결정하기 위해 이러한 유형의 이벤트를 시뮬레이션하고 데이터를 수집했습니다

프로젝트 엔지니어 인 Fujimi Sakamoto에 따르면 스플래시 테스트 풀을 사용하여 웅덩이를 시뮬레이션했습니다. 테스트 중에 수위 깊이, 주행 속도 및 타이어 트레드 상태 (신품 또는 마모)를 포함한 여러 변수가 변경되었습니다.  

이전 테스트에서는 직경이 약 10 mm 인 작은 단일 지점 압력 센서를 사용하여 물의 충격 압력을 측정했습니다. 그러나 여러 위치와 엔진 구성 요소에 여러 센서를 배치하더라도 최대 수압을 결정하기가 어려웠습니다. 또한 센서의 높이 (20 mm)가 일부 물의 흐름을 방해하고있었습니다.

수천 개의 포인트를 측정 할 수있는 고해상도 어레이를 제공하는 것 외에도 PPS의 촉각 배열은 매우 얇아서 실험에 지장을 주지않은 것도 감사하다고 Sakamato가 말했습니다.

스프레이 패턴(분무 도포면 분석) 센서시스템

기존의 압력 감지 역할 외에도 정전 용량 센서 어레이는 스프레이 패턴 감지도 수행 할 수 있습니다. 스프레이 패턴 감지는 공기 표면의 전기적 특성을 스프레이의 전기적 특성과 비교하는 PPS에서 개발 한 새로운 개념입니다. 결과적으로 촉각 압력 센서 기술은 분무 된 유체가 실제로 착륙하는 위치를 식별 할 수 있습니다.

이러한 디지털 측정 정보는 설계자와 엔지니어가 데이터를 분석하고 현재 스프레이 분포를 더 잘 이해할 수 있도록 실시간으로 시각적으로 볼 수 있습니다. 이를 통해 최적의 결과를 얻기 위해 제품 설계를 빠르고 효율적으로 개선하고 수정할 수 있습니다.

ACCUMULATION

고감도 촉각 센서를 통해 설계자는 극도로 낮은 압력이 관련된 응용 분야에서도 스프레이 압력 데이터를 정량화 할 수 있습니다.

전통적으로 측정하기 어려웠던 스펙트럼의 저압 끝이라고 Son 박사는 말합니다. 이것은 압력이 너무 낮아 전혀 측정하기 어려운 미스트 (대기 중에 떠있는 작은 물방울)까지 확장됩니다. 어떤 상황에서는 매우 민감한 멤브레인 유형 센서를 사용하더라도 측정하기에 압력이 충분하지 않습니다. 정전 용량 어레이 센서 기술을 사용하면 향수 분무기에서 방출되는 미스트 또는 닦는 작업과 관련된 수분 분포와 같이 압력이 극히 작은 응용 분야에서도 스프레이 분포를 평가할 수 있습니다. 이 유형의 테스트에서 측정은 센서에 어떤 패턴으로 어떤 유체가 증착되는지 정량화합니다. 특히 이 접근법은 균일한 압력이 아닌 균일한 분포가 테스트의 주요 목표 인 경우에 가장 적합합니다.

센서 어레이 기술은 매우 민감하여 평방 미터당 1g의 유체를 측정 할 수 있습니다.

손 박사는 "센서들의 민감성으로 우리는 매우 실제적인 의미에서 압력의 경계선 한계에 접근하고 있다"고 말합니다.“With the sensitivity of the sensors, we are, in a very real sense, approaching the boundary limits of pressure,” says Dr. Son.

촉각 어레이 기술의 발전에도 불구하고, 크기, 해상도, 속도 간에는 가장 높은 해상도와 샘플링 속도로 측정 할 수 있는 영역을 제한하는 절충안이 남아 있습니다.  

그러나 촉각 센서가 계속 발전하고 훨씬 더 민감 해짐에 따라 훨씬 낮은 압력에서 유체 및 가스 압력의 정교한 측정이 가능해질 것입니다.  

Son 박사에 따르면, 다음 개척지는 극도로 낮은 압력의 기류를 측정 할 수 있는 정전용량 촉각 센서를 개발하는 것이며, 이는 많은 새로운 잠재적 응용 분야를 열 것입니다.