이번 호는 지난번에 다 살펴보지 못한 위치를 감지하는 센서에 대해 알아보고 가스 농도를 감지하는 센서에 대해서도 함께 설명한다. 가스 농도를 감지하는 센서에는 질코니아식 산소 센서와 히터가 부착된 질코니아 산소 센서, 티타니아 산소 센서가 있다 김민복【현대·기아자동차 남부연수원】 위치를 감지하는 센서 쫚 비접촉 각도 센서 <그림 1> 비접촉 각도 센서의 단품 외관 <그림 2> 비접촉 각도 센서의 구조 <그림 3> 홀 소자의 원리 비접촉 각도 센서는 샤프트의 회전각에 따라 아날로그 전압을 90°의 범위에서 출력하는 센서다. 그 구조는 <그림 2>와 같이 홀 소자가 샤프트에 고정된 자석이 회전으로 자속의 변화를 검출해 회전 각도에 따라 사인함수의 전압을 출력하도록 되어 있다. 이 센서는 자동차의 주행상태에 따라 자동차의 자세 및 승차감을 자동적으로 조정하는 액티브 서스펜션(Active Suspension) 시스템의 차고를 검출하는데 사용된다. 또한 승차인원 및 자동차의 적재 하중의 증감에 따라 차고 조절을 자동적으로 조정하는 차고 제어 시스템에도 사용하고 있다. 하지만 현대·기아 차에는 차고 센서로 가변 저항 방식과 포토 TR 방식을 이용하고 있다. 이 센서들이 어떤 방식의 센서를 활용하느냐에 따라 센서의 출력 신호 값이 차이가 나므로 센서의 동작원리를 이해하고 있으면 어떠한 센서를 쓰더라도 정비하는데 큰 불편이 없으리라 생각한다. ? 참고 - 홀 효과 홀 효과는 홀 정수가 큰 실리콘(Si), 인듐-안티몬(InSb), 인듐-비소(InAs)와 같은 반도체에 <그림 3>과 같이 전압을 걸어 전류를 흘려 놓고 전류가 흐르는 방향에 수직으로 자계를 가하면 반도체 내에 전기전도를 행하는 전하(전자)가 굽어져 반도체 내에 전하(전자)밀도가 한쪽으로 치우쳐 전위차가 발생하게 된다. 이 발생된 전위차의 값을 ECU가 읽어 들일 수 있게 증폭해 놓은 것이 홀 센서다. 이 홀 효과를 이용하면 자속의 밀도도 측정할 수 있는데 이것을 우리는 가우스 미터라 한다. 또한 고압을 전송하는 전송선로나 고주파가 통과하는 도파관의 전력을 측정하는데도 널리 활용하고 있기도 하다. 쫚 차고 센서 이 센서는 자동차 서스펜션의 차고(변위량)를 검출하는 센서로 차고 센서의 샤프트가 회전 변환함에 따라 회전각을 검출하는 광전식 차고 센서다. 그 구조는 <그림 4>와 같이 디스크(차광판) 원판상에 회전각도를 디지털 신호로 코드화 할 수 있는 슬롯(SLOT, 가늘고 긴 구멍)에 의해 빛이 통과 할 수 있게 하고 이 슬롯에 발광 다이오드에서 발생하는 빛이 통과하면 포토 TR(포토-트랜지스터)에 의해 빛을 검출하도록 하는 구조로 되어 있다. 디스크판 중심축은 샤프트와 동축으로 붙어 있고 이 디스크 판에 4쌍의 포토 TR이 붙어 있어서 샤프트가 회전하면 디스크 판의 슬롯에 의해 빛이 투과하기도 하고 차광면에 의해 빛이 차단되기도 해 디지털 신호를 출력하게 된다. 이 센서는 승차인원 및 적재화물의 증감에 의해 차고의 변동을 자동적으로 조절하는 차고 제어 시스템의 차고 검출센서로서 사용하고 있다. 또한 노면의 상태에 따라 서스펜션의 특성을 변환하는 전자제어 서스펜션도 노면 검출용 센서로 이용하고 있다. <그림 4> 광전식 차고 센서의 구조 쫚 스티어링 센서 <그림 5>는 스티어링 센서의 예이며 <그림 6>은 샤프트에 부착된 디스크와 디스크의 회전각을 검출하는 센서부를 나타낸 구조도다. 센서부에는 발광다이오드와 포토 TR이 2쌍 부착되어 있으며 <그림 7>은 같이 각 쌍의 위상차가 90°차를 갖게 되어 있어 스티어링이 좌회전할 때와 우회전할 때를 구분할 수 있게 되어 있다. 이 센서는 주행 안정성과 선회 안전성을 확보하기 위해 스티어링의 회전영역을 감지해 쇼크 업소버의 감쇄력 및 자동차의 자세 제어에 이용하고 있다. <그림 5> 광전식 스티어링 센서의 외관 <그림 7> 스티어링 센서의 출력 파형 ? 참고 - 포토 TR 포토 다이오드는 <그림 8>(a)와 같이 PN 접합 다이오드에 역방향 바이어스 전압을 걸어 놓으면 PN 접합면에 전하가 축적되어 공간전하 영역이라는 층에 전위레벨이 형성된다. 이때 빛이 조사되면 공간전하 층의 전자는 역방향 바이어스 전압에 위해 이동하게 된다. 즉 빛의 조사에 비례해 역방향 전류가 흐르게 되는 것이다. 포토 트랜지스터는 포터 다이오드의 접합이 그림(b)의 베이스 컬렉터 접합과 일치하기 때문에 이때는 명칭을 포토 트랜지스터라 부른다. 가스 농도를 감지하는 센서 쫚 질코니아식 산소 센서 <그림 6> 스티어링 센서의 부착 상태 <그림 8> 기본 포토 다이오드의 회로 <그림 9> 산소 센서의 외관 <그림 10> 배기와 대기 중에 산소 농도차가 기전력 발생 <그림 11> CO와 O₂농도의 기전력 특성 산소