Chemical sensors are used in various industrial facilities such high-risk and prevent the leakage of substances, important in life and environmental protection and the safe use of industry, used for management. In particular, high-temperature environments such as power generation equipment of the ro...
Chemical sensors are used in various industrial facilities such high-risk and prevent the leakage of substances, important in life and environmental protection and the safe use of industry, used for management. In particular, high-temperature environments such as power generation equipment of the rotating part due to leakage generated by the various oil, power plants Shut Down, fire, work environment (exposure to various chemical solution and gas leak) and various water, air and soil pollution causes. Thus, over the long term through various channels such as crops and groundwater contamination caused by the slow, serious adverse effect on the ecosystem. In this paper, synthetic lube oil and high pressure hydraulic fluid leakage and immediately detect a new Printed Electronic implementation of technology-based film-type sensors, and its performance test. Thus, industrial accidents and environmental pollution and for early detection of problems, large accidents can be prevented. Experimental results of the synthetic lube oil and high pressure hydraulic fluid solution after the contact time depending on the experiment and the oil solution of the sensor material of the conductive porous PE resistance value by a chemical reaction could be confirmed that rapid increase. Also implemented in the film-type oil sensor electrical resistance change over time of the reaction rate and the synthetic lube oil is about 2 minutes or less, the high pressure hydraulic fluid is less than about 1 minute was. Therefore, more high-pressure hydraulic fluid such as a low volatility synthetic lube oils are the resistance change and the reaction rate was confirmed to be the slowest.
Chemical sensors are used in various industrial facilities such high-risk and prevent the leakage of substances, important in life and environmental protection and the safe use of industry, used for management. In particular, high-temperature environments such as power generation equipment of the rotating part due to leakage generated by the various oil, power plants Shut Down, fire, work environment (exposure to various chemical solution and gas leak) and various water, air and soil pollution causes. Thus, over the long term through various channels such as crops and groundwater contamination caused by the slow, serious adverse effect on the ecosystem. In this paper, synthetic lube oil and high pressure hydraulic fluid leakage and immediately detect a new Printed Electronic implementation of technology-based film-type sensors, and its performance test. Thus, industrial accidents and environmental pollution and for early detection of problems, large accidents can be prevented. Experimental results of the synthetic lube oil and high pressure hydraulic fluid solution after the contact time depending on the experiment and the oil solution of the sensor material of the conductive porous PE resistance value by a chemical reaction could be confirmed that rapid increase. Also implemented in the film-type oil sensor electrical resistance change over time of the reaction rate and the synthetic lube oil is about 2 minutes or less, the high pressure hydraulic fluid is less than about 1 minute was. Therefore, more high-pressure hydraulic fluid such as a low volatility synthetic lube oils are the resistance change and the reaction rate was confirmed to be the slowest.
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문제 정의
본 논문에서 윤활유 및 작동유 감지 센서의 소재로 사용되는 hydrocarbon은 화학적인 구조의 안전성 및 높은 전도성을 갖는 전도 네트워크를 구성하기 위해 탄소기반 nano 입자를 혼합하여 오일에 반응하도록 실험 및 구현하였다. 또한 인쇄전자 기술에 의한 센서 소재를 구현하기 위해 conductive carbon black이라는 흑색의 미세한 탄소분말을 센서 소재로 사용하였는데 이는 탄소입자의 크기는 1~500 ml이며 흑연과 비슷하다.
본 논문에서는 기존 필름형 누수 감지 센서가 윤활유 및 작동유(lube oil and hydraulic fluid) 검출을 못하는 단점을 보완하여 새로운 윤활유 및 작동유 감지 필름형 센서를 구현하였다. 본 논문을 통해 구현된 윤활유 및 작동유 검출 필름형 센서의 정상동작을 확인하기 위해 센서에 용액별(윤활유, 작동유, 절연유)로 0.
본 논문에서는 이러한 각종 산업시설 및 발전시설 등에서 사용하는 합성 윤활유 및 고압작동유 등을 누출 즉시 검출함으로서 산업재해와 환경오염 문제를 조기에 발견하고, 대형 사고를 미연에 방지하기 위한 새로운 printed electronic 기술 기반의 합성 윤활유 및 고압 작동유용 필름형 센서를 구현하고 이의 성능시험을 하였다.
제안 방법
구현된 윤활유 및 작동유 감지 센서의 회로도는 Fig. 9와 같고, 제작된 센서 필름의 최소 길이는 50 cm, rated voltage DC 5.0 V, current 1.06 μA, input entity parameter는 E ≤ 28 V, I ≤93 mA의 전기적 특성을 갖도록 제작하였다.
따라서 Fig. 7처럼 본 논문에서 사용된 소재는 phosphate ester계 oil에 취약한 고분자를 사용하였으며, oil absorption number electrical conductivity의 carbon black과 processing oil을 이용하여 oil 흡수성 향상시키기 위해 첨가제로 구성되고, 필름의 구조는 oil 흡수에 유리한 표면형상 구성할 수 있도록 구현되었다.
따라서 필름형 센서에 윤활유 및 작동유 오일을 접촉시 카본의 흡수성과 오일에 의한 LDPE 필름 소재의 팽창에 따라 전기적 저항값(Ω) 변화 현상을 검출한다.
또한 구현된 윤활유 및 작동유 감지 필름형 센서의 반응시간을 측정하기 위해 사용된 장비는 필름형 센서제어장치 2대, start 와 end connecter 10개, multi tester 1대, DC converter 1대 및 윤활유 및 작동유 등 실험 용액을 사용하여 Fig. 12와 같이 동작 시험을 하였다.
본 논문에서 구현된 윤활유 및 작동유 감지 센서 필름의 물리적인 외형은 Fig. 8과 같고, sensor film을 실험하기 위해 start 및 end connector를 연결하여 구현하였다. start connector는 기름을 감지하면, 이를 센서제어장치로 전송하기 위한 전기적인 연결로 사용하였으며, end connector는 sensor의 저항이 거의0 Ω에 가까운 회로를 만들기 위해 전위차가 있는 2점 사이를 저항이 극히 작은 도체로 접속시켜 평상시에는 일정한 전류가 흐르도록 전기적 단락(short circuit) 회로를 구현하기 위해 사용하였다.
본 논문에서 구현된 윤활유 및 작동유 검출 센서의 정상 동작 및 센서 안정도 실험을 확인하기 위하여 Table 2와 같이 한국기계전기전자시험연구원(KCT)과 Yumin Sensor Technology 에서 각 시험항목을 토대로 센서 동작시험, 온습도 시험, 액체별 작동시험, 박리강도 시험, 열충격 시험, 내습성 시험, 인장강도 시험 등을 수행하여 안정된 동작을 확인하였다.
본 논문에서 구현한 윤활유 및 작동유 검출 센서는 특화된 인쇄전자 기법을 이용하여 필름 형태로 제작되었으며, 제작된 필름형 센서와 센서 제어 장치 및 센싱 데이터를 수집, 처리, 분석할 수 있는 모니터링 S/W를 이용하여 Fig. 11처럼 윤활유 및 작동유 검출 센서 시스템 실험 환경을 구현하였다.
본 논문에서는 기존 필름형 누수 감지 센서가 윤활유 및 작동유(lube oil and hydraulic fluid) 검출을 못하는 단점을 보완하여 새로운 윤활유 및 작동유 감지 필름형 센서를 구현하였다. 본 논문을 통해 구현된 윤활유 및 작동유 검출 필름형 센서의 정상동작을 확인하기 위해 센서에 용액별(윤활유, 작동유, 절연유)로 0.5 ml 씩 접촉하여 제어장치의 저항 값의 변화와 센서 기능의 반응 테스트 진행하였다. 실험 결과 용액의 접촉 후 시간에 따라 실험 용액과 윤활유 및 작동유 센서 소재인 도전성 PE 의 화학적 반응에 의해 저항 값이 점차 증가하는 것을 확인 할수 있었다.
Table 3은 용액별 테스트를 위한 센서제어장치의 기본 저항 값에 대한 반응시간 결과를 나타낸 것이다. 센서제어장치의 반응유무를 확인하기 위해 필름형 윤활유 및 작동유 센서와 multi tester를 이용하여 센서 내부 저항의 변화를 확인하고, 초기 저항값 체크 후, 시료(0.5 M)의 중앙에 스포이드를 이용하여 용액 (휘발유, 윤활유, 절연유 등) 0.5 ml 투하하여, 반응 시간별 센서의 저항값 변화 확인 및 용액별 센서 반응속도를 실험하였다. 0.
대상 데이터
구현된 film의 두께는 약 200~300 μm 이며, 폭은 28 mm에 오차 10% 정도로 제작되었다.
본 논문에서 윤활유 및 작동유 감지 센서의 소재로 사용되는 hydrocarbon은 화학적인 구조의 안전성 및 높은 전도성을 갖는 전도 네트워크를 구성하기 위해 탄소기반 nano 입자를 혼합하여 오일에 반응하도록 실험 및 구현하였다. 또한 인쇄전자 기술에 의한 센서 소재를 구현하기 위해 conductive carbon black이라는 흑색의 미세한 탄소분말을 센서 소재로 사용하였는데 이는 탄소입자의 크기는 1~500 ml이며 흑연과 비슷하다. 공업적으로는 천연가스·타르 등을 불완전 연소시켜 생긴 그을음을 모으거나, 그것들을 열 분해하여 제조하고 있다.
성능/효과
Table 3, Fig. 13에서처럼 온도 : 25.4℃ / 습도 : 26%의 상온에서의 실험 결과 시간에 따른 저항의 변화는 시간이 변함에 따라 용액의 휘발성에 의해 저항 값이 점차 증가하는 것을 확인하였으며, 윤활유 및 작동유는 500 kΩ, 절연유는 200 kΩ까지 도달하는 시간에 따라 동작하도록 하였으며 절연유 28 sec, 작동유 36.5 sec 및 윤활유 60.5 sec로 윤활유가 가장 늦게 반응하는 것을 확인하였다.
실험 결과 용액의 접촉 후 시간에 따라 실험 용액과 윤활유 및 작동유 센서 소재인 도전성 PE 의 화학적 반응에 의해 저항 값이 점차 증가하는 것을 확인 할수 있었다. 또한 필름형 윤활유 및 작동유 센서의 시간에 따른 저항 변화 및 반응 속도는 절연유가 가장 좋은 것으로 확인하였으며, 합성 윤활유의 경우 저항 변화 및 반응 속도가 가장 늦은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 필름형 센서와 센서 제어 장치를 연결한 후 실험 및 성능분석을 수행한 결과 휘발유, 경유, 등유, 톨루엔 등 오일의 화학적 반응시간을 알아본 결과 Fig. 10과 같이 오일의 종류에 따라 약 3 m~10 min 까지 다양하게 나타나는 것을 확인하였다.
용액의 화학적 성분 특성에 따라 저항 값의 변화와 반응 시간의 변화를 나타낸 것이다. 실험 결과 액체의 화학적 특성, 물리적 접촉량, 주변 온도의 영향 등에 따라 저항 값의 변화를 초래하게 되고 따라서 윤활유 및 작동유의 검출시간이 다르게 나타나는 것을 확인하였다.
5 ml 씩 접촉하여 제어장치의 저항 값의 변화와 센서 기능의 반응 테스트 진행하였다. 실험 결과 용액의 접촉 후 시간에 따라 실험 용액과 윤활유 및 작동유 센서 소재인 도전성 PE 의 화학적 반응에 의해 저항 값이 점차 증가하는 것을 확인 할수 있었다. 또한 필름형 윤활유 및 작동유 센서의 시간에 따른 저항 변화 및 반응 속도는 절연유가 가장 좋은 것으로 확인하였으며, 합성 윤활유의 경우 저항 변화 및 반응 속도가 가장 늦은 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 논문에서 구현된 필름형 윤활유 및 작동유 검출 센서는 발전소, 반도체, 정유, 화학, 조선 산업 등 기존의 산업시설 등에 설치가 용이하고, 산업 설비 등의 윤활유 등 기름 유출시 관제시스템에 보고함으로써 정밀한 윤활유 및 작동유 액체검출 위치정보를 파악하여, 산업재해와 환경오염 문제를 조기에 발견하고, 대형 사고를 미연에 방지할 수 있는 각 분야에 응용이 가능할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
액체 감지 센서 중 Cable 센서의 단점은 무엇인가?
Cable 센서는 일정한 저항 값을 갖는 2개의 도선을 스크류 방식으로 꼬아 제작된 센서로서 해당 위치에서 leak 발생 시 액체의 저항 값을 수신하여 거리 감지 및 액체 유무를 감지한다. 흡착형으로 액체를 감지한 후 재사용까지 별도의 건조시간을 필요로 하며, 손상 시 전 센서 라인을 들어내야 하기 때문에 경제 성이 떨어지며, 바닥면 고정을 위한 브라켓 등이 필요하고/ 고정 이후라도 작업자의 이동에 방해를 줄 수 있다[5,6].
fluid leak detection sensor란 무엇인가?
물을 감지하는 sensor를 fluid leak detection sensor라고 한다. 각종 액체(물, 기름 등)의 누출을 감지하여 액체가 누출되는 지점까지 정확하고 신속하게 알려주는 액체 누설 감지 시스템이다[4].
액체 감지 센서 중 필름형 센서의 원리는 무엇인가?
필름형 센서는 한국에서 최초로 개발한 누수 검출 센서로서, 센서 필름의 정확한 액체/누설발생지점 계산을 위해 단위면적당 정확한 전기 저항 값을 갖는 인쇄회로의 설계로, 액체누설 발생 시 액체의 전류 값을 수신하여 액체의 유/무를 감지하는 원리를 이용하여대량/소량액체량, 센서의단선확인, PET 필름, PI(polyimide) 등의 소재사용, 박막필름형 센서로 접착제 사용으로 바닥 밀착성이 우수하여 설치 편리성 및 유지관리의 편리성 등이 장점이다[2,3].
참고문헌 (10)
B. K. Sohn, "Sensor technology trends and FET type micro sensor", The Korean Physical Society, Vol. 8, No. 1, pp. 3-6, 1999.
N. J, park, H. K. Yu, and H. W. Lee, "Implementation of sensor controller and monitoring system using film type", The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems, pp. 17-22, Ajou Univ., Korea, 2013.
N. J, Park and H. K. Yu, "Sensor controller development using tape type film sensor", Korea Institute of Information and Telecommunication Facilities Engineering, pp. 23-25, Korea, 2012.
S. Jung and H. Y. Hee, "Development of roll engraving technology using laser, machine and material", KIMM, Vol. 39, pp. 99-110, 1999.
X. Yin and S. Kumar, "Flowvisualization of the liquid-emptying process in scaled-up gravure grooves and cells", Chemical Engineering Science, Vol. 61, pp. 1146-1156, 2006.
D. S. Kim and T. M. Lee, "Printed electro-mechanical system", Journal of the Korean Society for Mechanical Engineering, Vol. 46, pp. 38-44, 2006.
C. S. ACE, Special Security USN System, Chang Sung ACE Co., Ltd., pp. 5-6, 2014.
B. O. Choi and D. S. Kim, "Study on the roll printing process for fine line width printing", Journal of the Korean Society for Mechanical Engineering, Vol. 46, pp. 67-73, 2006.
Y. B. Park, "A study on carbon-fiber-reinforced composites surface-modified with carbon nanomaterials", Korea Foundation for the Advancement of Science & Creativity, Seoul, Korea, pp. 1-5, 2013.
NAVER, Carbon Black, http://www.naver.com/(retrieved on May. 7, 2014).
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