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Black and white portrait of Matthias Simolka, Technical Solution Engineering at TWAICE

Christian Röthel

销售经理

Christian Röthel 在格拉茨理工大学获得物理学博士学位,专攻X射线分析与晶体学,这使他在材料结构和先进测量技术方面积累了深厚的专业知识。

2018年,他加入 Piezocryst,起初担任大客户经理。凭借其技术背景和以客户为中心的工作方式,Christian Röthel 逐渐晋升至领导岗位。

在过去的五年里,他一直负责该公司格拉茨办事处的产品管理工作并领导销售团队,致力于推动创新,并向全球市场提供高性能传感器解决方案。

2024年12月,HBK 收购了总部位于奥地利的 Piezocryst Advanced Sensorics公司。Piezocryst现已加入HBK大家庭,自20世纪50年代以来,该公司一直致力于生产高精度压电式压力振动传感器,广泛应用于要求严苛的汽车、航空航天、能源及工业领域。此次整合不仅增强了HBK在先进传感技术领域的实力,同时也确保了其与更广泛的测量技术产品线保持一致。

氢气燃烧环境给压力传感带来了独特的挑战——极端温度、剧烈的温度梯度以及剧烈振动都可能导致传统传感器失效。HBK 采用磷酸镓(GaPO₄)技术来解决这些问题。这种材料在高达 1,000°C 的温度下仍能保持稳定的压电性能,且能抵抗氢气引起的性能劣化,因此非常适合用于涡轮机开发、燃烧监测及其他高应力应用。HBK旗下Piezocryst公司的产品与销售经理 Christian Röthel 分享了该技术如何塑造极端环境测量未来的见解。

一般技术问题

传统传感器难以应对氢气极端的工作环境:

  • 高温会导致传统材料性能劣化,从而造成灵敏度下降或完全失效
  • 热梯度会在热电材料中产生虚假信号
  • 剧烈振动会导致机械性能下降和信号失真
  • 火焰速度可达天然气的八倍,因此需要更大的测量范围和更快的响应速度
  • 长期接触氢气会导致标准传感元件和外壳发生脆化或灵敏度下降
  • 诸如隔离管等遥感装置存在信号衰减和频率响应受限的问题

GaPO₄ 是一种单晶材料,专为高温氢环境设计:

  • 压电系数稳定(4.5 pC/N——是石英的两倍),最高可达1,000°C
  • 无热电效应——可防止温度变化时出现误读
  • 无相变——与石英不同,其性能在高达 1,000°C 的温度下仍能保持
  • 经证实的耐氢性——在100%氢气环境中于500°C下经受数百小时后仍无劣化

基于GaPO₄的传感器消除了现有替代方案的已知缺陷:

  • 石英:在高温下会失去压电性能(α–β相变)
  • 压电陶瓷:存在“爆米花”去极化现象和热电干扰
  • GaPO₄:在极端温度范围内及接触氢气的情况下,仍能提供稳定、无干扰的性能

  • 压力敏感度:95 pC/bar,且序列偏差极小
  • 温度范围可在700°C下持续运行,无需冷却
  • 绝缘电阻:同类产品中最佳的高温绝缘性能,在700°C时大于1×10⁶ Ω
  • 外形尺寸:微型化设计,直径小至 5 毫米(M5 或 10–32 UNF 螺纹)
  • 抗振动和耐热性:在极端梯度和冲击条件下仍能保持信号保真度

根据工程报告FM7487:

  • 测试:100 小时连续暴露,500°C,3 bar,100% H₂
  • 结果:灵敏度稳定在94–95 pC/bar;绝缘电阻>1E+11 Ω;无介电击穿
  • 机械完整性:无焊缝劣化、层间损伤或气密性丧失
  • 结论:不会因接触氢气而导致任何功能部件发生劣化

  • 纵向模式(盘):在极端压力和振动条件下具备极佳的坚固性
  • 横向模式(条形):经过优化的几何结构,可在精密应用中实现更高的灵敏度
3D image of a turbine from a jet engine

HBK Precision公司的 Piezocryst 在极端氢气环境中的应用

阅读我们的白皮书《Piezocryst 直接测量技术为何树立了新标准》,了解我们的技术如何通过在极端条件下采集稳定的压力数据,实现氢动力发动机燃烧的精准监测,从而确保涡轮机的可靠性、安全性,实现预测性维护。

应用与安装

  • 燃烧监测:针对氢气、可持续航空燃料(SAF)及先进燃料的燃烧室衬里直接测量
  • 涡轮机研发:热声分析、状态监测及基于人工智能的预测性维护
  • 高压环境:航空航天、能源及其他极端高温/振动应用

部分型号的尺寸为:

  • 压力变化
  • 加速度/振动
  • 温度
  • 点火事件
  • 光学检测与火焰检测,既能简化系统结构、减少安装点和维护工作,又能提供更丰富的数据集

  • 专为狭小空间设计的微型化设计——可安装在现有插头或结构中
  • 安装灵活,不影响系统动态
  • 与现有数据采集系统兼容
  • 重量轻,适用于敏感或移动平台

可靠性与维护

  • 高温下无需冷却的长期校准稳定性
  • 适用于人工智能/状态监测的稳定、无漂移数据
  • 经过验证的耐氢性确保了长寿命周期性能

  • 在世界上最先进的燃气轮机领域拥有超过20年的经验
  • 在极端运行条件下直接燃烧室衬里应用
  • 通过与客户合作开发,旨在解决“难以实现”的测量难题

  • 激光振动测量法:识别共振和机械相互作用
  • 热交叉敏感性测试:与其他技术相比,可优化并最大限度地减少热效应
  • 耐久性测试:在高温/高压条件下长期暴露于氢气中,并进行快速温度循环,以模拟多年的运行状况
  • 比较分析:与其他压电技术相比

战略与技术问题

  • 通过 HBK 的全球网络提供支持与服务
  • 与 HBK 的测试与测量解决方案无缝集成
  • 持续的研发投入确保创新
  • 凭借HBK的规模优势,专注于高温传感领域的专业技术
  • 增强的制造能力和质量体系
  • 在航空航天、汽车和能源领域拥有更广泛的应用知识
  • 将 Piezocryst 传感器与 HBK 数据采集和分析系统相结合的集成解决方案

  • 系统复杂性降低,从而无需冷却系统、远程安装和复杂的信号调理
  • 通过延长传感器使用寿命和减少维护工作,降低总体拥有成本
  • 消除测量不确定度可缩短开发时间并提高发动机效率

  • 对于满足发电厂的排放标准至关重要,同时也适用于氢能和可持续燃料领域
  • 可优化燃烧过程,以实现更高效率和更低排放
  • 支持满足日益严格的航空和发电领域的环境要求

  • 先进的多参数传感能力
  • 适用于预测分析的增强型AI传感器设计
  • 拓展至新的极端环境应用领域

  • 已验证在氢气、可持续航空燃料(SAF)及其他替代燃料条件下的性能与燃烧稳定性
  • 对于优化具有不同火焰速度和特性的燃料的燃烧至关重要
  • 助力开发新一代低排放燃烧系统

我们专注于涡轮机开发和燃烧监测,可提供:

  • 发动机开发与测试的端到端解决方案
  • 从元器件测试到极端环境监测
  • 增强支持可持续燃料开发计划的能力
  • 定制化传感能力与Piezocryst在晶体生长方面的专业技术及其原型制作能力相辅相成,对于实现我们的卓越性能和敏捷性至关重要
  • 通过HBK的网络实现全球制造布局
  • 用于开发新一代传感器的共享研发资源
  • 压电材料科学知识的交叉融合

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