가스센서

목차

■개요
■가스센서란?
■가스센서의 분류
■접촉 연소식 가스센서
■반도체 가스센서
■사용분야
■참고문헌

본문내용

서 대형화하고 있다. 그래서 가스 누출 경보기의 이용이 증가했다. 경보기에 사용되는 센서의 90% 이상이 반도체식이며, 나머지 수%가 접촉 연소식이다. 그러면 가스센서 중에서 가장 흔히 쓰이는 가스경보기에 대해서 좀 더 알아보기로 하겠다.
가스경보기란 유해한 가스가 누출되거나 누출된 가스의 농도가 일정한도 이상이 되면 자동적으로 경보를 발하는 장치를 말한다. 가스 검지의 원리는 반도체 표면에 가스가 흡착했을 때 도전율이 증가하는 원리를 이용하거나, 백금 가열선에 가스가 닿았을 때 온도가 상승하고 전기 저항이 변하는 원리를 이용한 것이 있다.
가스누출 경보기
화재경보기
. 자동차
자동차에서 사용되는 센서의 분야는 먼저 배기 가스 규제와 연비 절감에 대처하기 위해 공연비 제어나 2차 공기 제어 등에 O2센서, 이미션 제어에 CO, NOx, HC, O2 등의 센서가 필요하다. 또 양호한 운전 환경을 얻기 위해 차내의 공조에는 CO, 연기, 온도, 습도, 노점 등을 검지하는 센서가 필요하다. 그리고 자동차가 초래하는 대기 오염의 감시나 환경보전을 위한 배기가스의 농도의 측정에는 CO, NOx, HC 등의 검지가 필요하다.
이와 같은 목적으로 상용되는 센서는 효율적으로 제어하기 위해 가스 농도의 측정 정밀도는 ±1%, 동작 온도의 범위는 -50∼150℃, 그리고 기계적, 열적 충격에 견디고, 염분이나 먼저에 영향 되지 않아야 한다.
배기 가스 중의 유해 성분인 NOx, CO, HC의 3성분을 동시에 정화할 수 있는 백금속계의 3원 촉매를 효과적으로 작용시키기 위해서는, 배기 가스의 공연비를 이론 공연비 근방의 좁은 윈도 영역으로 제어해야 한다. 이것을 위해 O2센서가 사용된다. 이 센서 소자에는 고체 전해질의 안정화 지르코니아가 사용된다.
그림 6. 자동차 배기가스 제어용 지르코니아 산소센서
지르코니아 산소센서
CO, HC 측정기
음주측정기
자동차 배기가스 측정
. 산업기기
철강, 반도체, 식품 공업 등에서는 빛, 압력, 자기, 온도, 가스 등 여러 가지 종류의 센서가 사용된다. 이중에서 가스센서는 철이나 구리 등 광물의 제련 공정에서 산소 농도를 측정하는데 사용되고 있다. 반도체 공업에서는 Si에 여러 가지 물질을 첨가하거나 또는 집적회로를 제조하는 경우, 여러 가지 독성 가스를 사용하므로 안전을 위해 이들 가스를 검지하는 각종 가스센서가 사용된다. 또 식품 공업에서도 산소나 습도를 검지하는 센서가 사용된다.
유독성 가스 감지기
습도 측정기
. 대기 오염
대기 오염의 발생원에는 보일러, 가열로와 같은 고정원과 자동차, 선박, 항공기와 같은 이동원이 있고, 이들로부터 SO2, CO, CO2, HC, NOx 등이 배출된다. 이러한 인공적 발생 외에 천연으로 발생하는 것도 있다. 대기의 오염을 방지하는 데는 오염의 진행을 파악하는 것이 중요하고, 거기에는 오염 물질의 농도를 알아야 한다. 그래서 대기 중에 배출된 오염 물질의 양과 확산된 오염 물질의 농도를 규정에 따라서 지상 1.5m 이상 10m 이하의 곳에서 측정해, 환경 기준으로 정해진 농도 이상의 농도로 되지 않도록 감시하고 있다.
매연 측정기
공장의 매연 측정
. 의료
의료용 센서의 대표적인 것에 혈액 중의 가스 분압 측정이 있다. 혈액에 포함된 CO2나 O2 분압을 측정하면, 이것에 의해 순환기나 호흡기의 기능에 관한 많은 정보를 얻을 수 있다. 이밖에 O2 센서나 습도 센서도 사용된다.
수술할 때에는 마취 가스를 사용하는데, 이때 산소가 부족하면 환자는 질식하므로 마취 가스를 적정한 양의 산소와 배합해 두어야 한다. 마취 가스는 이산화질소, 할로센, 에스렌 등의 가스를 혼합한 것이다. 이들의 배합 농도는 적외선 분석계를 사용해서 측정되고, 산소 농도의 측정에는 격막 갈바니 전지식 산소 센서가 사용되는 일이 많다.
산소호흡기
산소발생기
. 가전기기
전자 레인지에 SnO2 반도체 가스센서를 사용한 것도 있다. 전자 레인지 내에 있는 가스센서는 각종 조리에 따라서 저항값이 변화한다. 가스센서를 사용한 경우에는 식품에서 나오는 가스의 농도 변화를 측정하는 것이 아니라, 잡 가스에 의한 가스센서의 출력 변화를 측정한다. SnO2계 가스센서가 사용되는 것은, 센서를 300∼400℃로 가열해서 사용할 수 있으므로, 기름이나 먼지를 가열해서 제거할 수 있다는 것, 주변 회로가 간단하다는 것 등의 이유에서 이용되고 있다.
에어컨에도 가스센서가 사용된다. 실내 공기의 오염을 가스센서가 검지하면, 에어컨에 내장된 환기 기능이 동작한다.
가스 스토브의 버너 바로 뒤에 있는 배기 가스 중에 반도체 가스센서를 설치해 센서 도전율의 변화를 조사해 배출하는 CO 농도의 증가에 대응하고 있다. 이 변화를 이용해서 가스의 공급을 차단해 불완전 연소에 의한 산소 결핍이나 일산화탄소 중독 사고를 방지할 수 있다.
전기화학식 CO센서
에어컨 가스탐지기
. 광산
탄갱 내에 있는 폭발성 가스는 CH4 외에 CO, H2, H2S 등이 있다. 그러나 CH4 이외는 단독으로 폭발할 정도의 농도로 되는 일은 없으므로, 갱내의 폭발은 CH4로 일어난다. 지층에 존재하고 있는 CH4는 100% 가까운 고농도이다. 그래서 폭발은 CH4 가스가 분출해, 공기에 의해 희석되어 폭발 한계 내의 위험 농도, 즉 공기 중에 5∼15% 함유되는 상태로 되었을 때에 일어난다.
CH4는 비중이 0.55로 공기보다 가벼우므로, 위험 농도의 가스는 통기가 좋지 않은 천장 부근에 정체한다. 위험한 농도의 가스를 조기에 발견해 적절한 처치를 취하기 위해서는 CHR4의 농도 측정이 필요하다. 또한 CO, H2S 등은 인체에 유독한 가스이다. 그래서 이들 가스에 대해서도 검지를 하고, 항상 주의를 해야한다.
독성가스 경보기
산소측정기
탄광내 유독가스 측정
맨홀내 산소 측정
< 참고문헌 >
. 민남기 저, 『센서전자공학』, 동일출판사, 2003
. 김남오, 김영균, 김대열 공저, 『센서활용기술학』, 태영문화사, 2004
. 김민복 저, 『자동차용센서』, 골든벨, 2006
. 김보연 저, 『센서를 활용하자』, 한진, 2006
. 김영해 저, 『가스 센서와 그 응용』, 기전연구사, 1999

키워드

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