유독성 및 유해성 가스 감지기의 원리와 응용
유독성 및 유해가스 감지기의 원리와 응용/가스 감지기의 핵심 부품은 가스 센서입니다. 가스 센서는 원칙적으로 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
가) 반도체식(표면제어형, 부피제어형, 표면전위형), 촉매연소형, 고체열전도형 등 물리화학적 특성을 활용한 가스센서
나) 열전도도, 광간섭, 적외선 흡수 등의 물리적 특성을 활용한 가스센서
다) 정전위 전기분해, 가바니 배터리, 막이온전극, 고정전해질 등 전기화학적 특성을 활용한 가스센서
유해성에 따라 독성 및 유해 가스를 가연성 가스와 독성 가스의 두 가지 범주로 분류합니다. 다양한 특성과 위험으로 인해 탐지 방법도 다양합니다.
가연성 가스는 석유화학 산업과 같은 산업 환경에서 발생하는 가장 일반적인 유해 가스입니다. 주로 알칸과 같은 유기 가스와 일산화탄소와 같은 특정 무기 가스로 구성됩니다. 가연성 가스의 폭발은 특정 조건, 즉 특정 농도의 가연성 가스, 특정 양의 산소 및 점화원을 점화하기에 충분한 열을 충족해야 합니다. 이는 폭발의 세 가지 필수 요소이며, 어느 것도 필수 불가결한 요소는 아닙니다. 즉, 이러한 조건이 없어도 화재나 폭발이 발생하지 않습니다.
가연성 가스(증기, 먼지)와 산소가 혼합되어 특정 농도에 도달하면 특정 온도의 화재원을 만나면 폭발이 발생합니다. 화원에 닿았을 때 폭발하는 가연성 가스의 농도를 폭발 농도 한계라고 부르는데, 일반적으로 퍼센트로 표시하는 인화 한계라고 합니다.
우리 연구에서는 LEL을 사용하여 이러한 가스를 측정하는 감지기가 일반적으로 촉매 연소 감지기로 사용됩니다. 그 원리는 이중 브리지(일반적으로 휘트스톤 브리지라고 함) 감지 장치입니다. 이러한 백금 와이어 브리지 중 하나는 촉매 연소 물질로 코팅되어 있습니다. 가연성 가스가 전극에 의해 발화될 수 있는 한 백금 와이어 브리지의 저항은 온도 변화로 인해 변경됩니다. 이 저항 변화는 가연성 가스의 농도에 비례합니다. 가연성 가스의 농도는 장비의 회로 시스템과 마이크로 프로세서를 통해 계산할 수 있습니다. 가연성 가스의 체적 농도를 직접 측정하는 열전도율 VOL 감지기도 시중에 나와 있으며, 이미 LEL/VOL을 결합한 감지기가 있습니다. VOL 가연성 감지기는 저산소(산소 결핍) 환경에서 가연성 가스의 부피(VOL) 농도를 측정하는 데 특히 적합합니다.
유독가스는 대부분의 유기화학물질(VOC)과 같은 생산 원료와 암모니아, 일산화탄소, 황화수소 등과 같은 생산 공정의 다양한 단계에서 발생하는 부산물 모두에 존재할 수 있습니다. 작업자에게 가장 위험한 요소입니다. 이러한 피해에는 신체적 불편, 질병, 사망 등 즉각적인 피해뿐만 아니라 장애, 암 등 인체에 대한 장기적인 피해도 포함됩니다. 이러한 유독하고 유해한 가스의 검출은 개발도상국이 충분한 관심을 기울여야 할 문제입니다.
현재 우리는 특정 유독가스를 감지하기 위해 특수 가스 센서를 가장 많이 사용하고 있습니다. 여기에는 위에 나열된 모든 가스 센서와 이전 두 장에서 설명한 광이온화 감지기가 포함될 수 있습니다. 그 중 상대적으로 성숙한 기술과 가장 포괄적인 지표를 갖춘 무기 가스를 감지하는 가장 일반적인 방법은 전기화학 센서라고도 알려진 일정 전위 전기분해 방법입니다.
전기화학 센서는 작동전극, 상대전극, 기준전극 2개의 반응전극으로 구성되며, 특정 전해질(위 그림 참조)에 넣은 후, 반응전극 사이에 충분한 전압을 가해 산화환원(Redox)이 가능하도록 한다. 중금속 촉매막을 코팅한 측정 대상 가스를 통해 가스 전기분해 시 발생하는 전류를 기기 내부의 회로 시스템을 통해 측정한 후, 내부의 마이크로프로세서가 가스의 농도를 계산합니다.
현재 특정 가스를 감지할 수 있는 전기화학 센서로는 일산화탄소, 황화수소, 이산화황, 산화질소, 이산화질소, 암모니아, 염소, 시아누르산, 산화에틸렌, 염화수소 등이 있다.
VOC 검출기의 검출은 이전 장에서 소개된 광이온화 검출기를 사용할 수 있습니다. 산소는 산업 환경, 특히 밀폐된 환경에서 큰 주의가 필요한 요소이기도 합니다. 일반적으로 산소 함량이 23.5%를 초과하면 과잉 산소(농축 산소)라고 하며 폭발 위험이 쉽게 발생할 수 있습니다. 산소 함량이 19.5% 미만이면 산소 부족(저산소증)을 의미하며, 이는 작업자에게 쉽게 질식, 혼수상태, 심지어 사망까지 초래할 수 있습니다. 정상적인 산소 함량은 약 20.9%여야 합니다. 산소 감지기도 일종의 전기화학 센서입니다.
