가스감지기의 감지원리를 자세히 설명하시오.
가스 감지기는 가스의 안전한 농도를 감지하기 위해 특별히 설계된 기기입니다. 작동 원리는 주로 가스 센서에서 수집한 물리적 또는 화학적 비전기 신호를 전기 신호로 변환한 다음 외부 회로를 통해 위의 전기 신호를 정류 및 필터링하는 것입니다. 처리된 신호는 가스 감지를 위해 해당 모듈에 의해 제어됩니다. 그러나 가스 감지기의 핵심은 감지된 다양한 가스를 기반으로 감지 기술 원리를 구별하는 내장형 센서 구성 요소입니다. 그 원리는 주로 다음과 같은 6가지 범주로 나누어진다.
1) 촉매 연소 원리:
촉매 연소 센서는 감지 요소와 보상 요소의 쌍으로 형성된 측정 브리지로 구성된 촉매 연소의 열 효과 원리를 활용합니다. 특정 온도 조건에서 가연성 가스는 촉매 작용에 따라 감지 요소 캐리어 표면에서 무염 연소를 겪습니다. 캐리어 온도가 증가하고 그에 따라 내부의 백금선 저항도 증가하여 밸런스 브리지가 균형을 잃게 되어 가연성 가스의 농도에 비례하는 전기 신호를 출력하게 되며, 백금선의 저항 변화 크기를 측정하여, 가연성 가스의 농도를 확인할 수 있습니다.
좋은 출력 신호 선형성, 신뢰할 수 있는 지수, 저렴한 가격, 다른 비가연성 가스와의 교차 감염이 없는 가연성 가스 감지에 주로 사용됩니다.
2) 적외선 원리:
적외선 센서는 일정한 길이와 부피를 가진 용기에 측정할 가스를 지속적으로 통과시키며 용기의 투명한 두 끝면 중 하나에서 적외선 광선을 방출합니다. 적외선 센서의 파장이 측정 가스의 흡수 스펙트럼과 일치하면 적외선 에너지가 흡수되고 측정 가스를 통과하는 적외선의 세기 감쇠는 Lambert Beer의 법칙을 충족합니다. 가스 농도가 높을수록 빛의 감쇠가 커집니다. 이때, 적외선의 흡수 정도는 흡수물질의 농도와 정비례하므로, 가스에 의한 적외선의 감쇠 정도를 측정하여 가스 농도를 측정할 수 있다.
긴 사용 수명(3~5년 사용 수명), 높은 감도, 우수한 안정성, 무독성, 환경 간섭이 적고 산소에 대한 의존성이 없습니다. 적외선 가스 센서는 모니터링 감도가 높으며, 미량의 PPB나 낮은 농도의 PPM 등급 가스도 정확하게 구별할 수 있습니다. 측정 범위가 넓어 일반적으로 고농도 100% VOL 가스 분석이 가능하며, 1ppb 수준의 저농도 분석도 가능합니다.
3) 전기화학적 원리:
전기화학 센서는 일반적으로 센서의 핵심 부품인 전극, 전해질, 반도체 전극의 세 부분으로 구성된다. 금속이나 반도체 재료로 만들어지며 가스 분자와 화학적으로 반응할 수 있습니다. 전해질은 전극과 반도체를 연결하여 완전한 회로를 형성할 수 있는 전도성 액체입니다. 반도체는 전극과 전해질 사이의 전류 신호를 디지털 신호로 변환하여 가스 농도를 감지할 수 있는 특수 소재입니다.
전기화학 가스 센서의 작동 원리는 산화환원 반응을 기반으로 합니다. 가스 분자가 전극 표면과 접촉하면 산화-환원 반응이 일어나 전류 신호가 생성됩니다. 이 전류 신호는 전해질을 통해 반도체에 전달된 후 디지털 신호로 변환될 수 있습니다. 디지털 신호의 크기는 가스 농도에 정비례하므로 디지털 신호의 크기를 측정하여 가스 농도를 결정할 수 있습니다.
높은 감도, 빠른 응답 속도, 우수한 신뢰성 및 긴 서비스 수명으로 유독 가스 감지에 주로 사용됩니다. 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 질소 등과 같은 다양한 가스를 감지할 수 있습니다. 산업, 의료, 환경 보호 및 기타 분야에서 광범위하게 응용됩니다.
4) PID 광이온화 원리:
PID의 원리는 유기 가스가 UV 광원의 여기 하에서 이온화된다는 것입니다. PID는 UV(자외선) 램프를 사용하며, UV 램프의 여기로 유기물이 이온화됩니다. 이온화된 "조각"은 양전하와 음전하를 운반하여 두 전극 사이에 전류가 발생합니다. 감지기는 전류를 증폭하고 기기 및 장비를 통해 VOC 가스 농도를 표시합니다.
주로 정유 산업 모니터링, 유해 화학물질 누출 비상 처리, 누출 위험 구역 정의, 석유 탱크 스테이션의 안전 모니터링, 유기물 배출 정화 효율 모니터링에 사용됩니다.
5) 열전도율 원리:
측정가스의 농도 분석은 주로 혼합가스의 열전도도 변화를 측정하여 이루어집니다. 일반적으로 가스 센서의 열전도도 차이는 회로를 통해 저항의 변화로 변환됩니다. 전통적인 감지 방법은 테스트할 가스를 가스실로 보내는 것입니다. 여기서 가스실의 중심은 감열 저항기, 백금 와이어 또는 텅스텐 와이어와 같은 감열 요소입니다. 특정 온도로 가열되면 혼합 가스의 열전도도 변화가 감열 소자의 저항 변화로 변환됩니다. 저항값의 변화는 상대적으로 정확하게 측정하기 쉽습니다.
6) 반도체 원리:
반도체 가스 센서는 반도체 표면에서 가스의 산화 환원 반응을 활용하여 민감한 부품의 저항 값을 변화시키는 방식으로 만들어집니다. 반도체 장치가 안정된 상태로 가열되고 반도체 표면과 가스 접촉 시 흡착되면, 흡착된 분자는 먼저 물체 표면에서 자유롭게 확산되어 운동 에너지를 잃습니다. 일부 분자는 증발되고 나머지 분자는 물체 표면에서 열분해 및 흡착을 겪습니다. 반도체의 일함수가 흡착된 분자의 친화력보다 작을 때, 흡착된 분자는 장치에서 전자를 빼앗아 음이온 흡착이 되어 반도체 표면에 전하층을 나타냅니다.
