가스 센서 란?
기본적으로 가스 센서는 가스와 센서 표면의 재료 사이의 물리적 또는 화학적 상호 작용을 기반으로 작동합니다. 산업 생산에서 유해한 가스 누출 감지, 가정 환경에서의 가스 안전 모니터링 또는 의료 분야의 호흡기 가스 분석에 관계없이 가스 센서는 필수 불가결 한 역할을합니다. 사물 인터넷 및 스마트 홈 기술의 개발로 가스 센서의 응용 시나리오가 지속적으로 확장되고 있으며 민감도, 선택성 및 안정성에 대한 요구 사항이 점점 높아지고 있습니다.
가스 센서의 작동 방식 sens
반도체 가스 센서 작동 원리
적외선 가스센서 작동 원리
다른 유형은물리적 원리 기반 센서적외선 가스 센서와 같은. 완전한 적외선 가스 센서는 적외선 광원, 광 챔버, 적외선 검출기 및 신호 조절 회로로 구성됩니다. 이 유형의 센서는 가스에 의한 특정 주파수 적외선 스펙트럼의 흡수를 사용하여 만들어집니다. 적외선은 방출 말단에서 방출되고 수용 끝을 향해 지시되며, 가스가 존재하면 적외선을 흡수하여 수신 된 빛의 양을 줄여 가스 함량을 감지합니다. 현재 고급 적외선 센서는 이중 파장, 듀얼 리본을 사용하여 탐지를보다 정확하고 신뢰할 수 있도록합니다.
전기 화학 가스 센서 작동 원리
전기 화학적 가스 센서도 있습니다. 그의 원리는 다음과 같습니다. 첫째, 관심있는 물질은 전기 화학 전극에 반응하여 전극의 화학적 변화를 전기 신호로 변환하는 전기 화학 반응을 생성합니다. 이 신호는 전류, 전위차 또는 저항 값 등이 될 수 있습니다. 둘째, 센서에는 전기 화학 센서의 출력 신호를보다 정확하고 안정적으로 만들기위한 기준 전위를 제공하는 기준 전극이 있습니다. 마지막으로, 센서의 출력 신호는 신호 증폭 회로를 통해 증폭되고 컴퓨터에 의한 처리를 위해 디지털 신호로 변환됩니다.
가스 센서 구조
가스 센서 내부 구조의 라벨링 된 다이어그램
민감한 요소는 가스와 상호 작용하는 센서의 핵심입니다. 반도체 가스 센서의 경우, 민감한 요소는 세라믹 튜브 또는 실리콘 기판 상에 코팅 된 금속 산화물 필름입니다. 일반적으로 그 옆에는 가열 전선이 있으며, 이는 가스와의 반응 활성을 향상시키기 위해 민감한 재료를 특정 작동 온도 (일반적으로 200-400 & deg; c)로 가열하는 데 사용됩니다.
전환 회로의 기능은 민감한 요소에 의해 생성 된 물리적 또는 화학적 변화 (예 : 민감한 요소에 의해 생성 된 물리적 또는 화학적 변화)를 후속 처리 및 분석을 위해 표준 전기 신호 (예 : 전압 또는 전류 신호)로 변환하는 것입니다. 이 부분에는 일반적으로 저항, 커패시터 및 작동 증폭기와 같은 전자 구성 요소가 포함됩니다.
하우징은 내부 구조를 보호 할뿐만 아니라 특정 공기 구멍으로 설계되어 대상 가스가 민감한 요소에 부드럽게 들어가서 접촉 할 수 있도록 먼지 및 수증기와 같은 간섭 요인의 영향을 방지합니다. 하우징 재료는 일반적으로 플라스틱 또는 금속이며 보호 수준은 응용 시나리오에 따라 다릅니다.
보조 구성 요소에는 온도 보상 요소가 포함될 수 있습니다. 많은 민감한 재료의 특성은 온도에 의해 영향을 받기 때문에 온도 보상은 센서의 측정 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 센서를 외부 회로에 연결하기위한 리드 터미널도 있습니다.
감지 원리에 기초한 가스 센서의 유형
반도체 (금속 산화물) 가스 센서
이 센서특정 가스에 반응하는 금속 산화물 물질 (예 : 이산화 덩어리, 텅스텐 산화물, 산화 아연)에 의존합니다. 깨끗한 공기에서 산소 분자는 재료의 표면에 부착되어 전자를 포획하고 저항력을 높이고 (및 현재 낮음) 유지합니다. 표적 가스가 존재하면 산소와 반응하여 전자를 방출하고 저항을 감소시킵니다.이 저항의 변화는 가스 농도를 결정하기 위해 측정됩니다.
장점: 작은 크기, 저비용, 빠른 반응 및 메탄, 프로판, 일산화탄소 등을 검출하기위한 적합성.
응용 프로그램: 가스 누출 경보, 공기 청정기, 주방 안전 시스템 및 가정 탐지기.제한: 다른 유형에 비해 정밀도가 낮아서 일일 사용에 이상적이지만 높은 비율 시나리오는 아닙니다.
전기 화학 가스 센서
이 센서는 특정 가스와 반응하는 액체 또는 겔을 함유하여 가스 농도에 비례하여 약한 전류를 생성하고, 농도가 높을수록 전류가 강해집니다. 그들은 정밀도로 가스를 탐지하고 정량화하는 데 탁월합니다.장점: 일산화탄소, 염소 또는 황화수소와 같은 독성 가스에 대해 작고 에너지 효율적이며 안정적인 결과를 얻을 수 있습니다.
응용 프로그램: 핸드 헬드 탐지기, 안전 헬멧, 실내 공기 모니터, 의료 진단 및 산업 안전 도구.
제한: 구성 요소 노화로 인해 수명이 제한되어 있으며 시간이 지남에 따라 교체가 필요합니다.
적외선 (IR/NDIR) 가스 센서
비 분산 적외선 (NDIR) 센서는 적외선을 방출하고 가스에 흡수되는 양을 측정합니다. 각 가스에는 특정 파장에 대한 고유 한 흡수 "지문"이 있습니다. 검출기의 감소 된 광도는 가스 존재 및 농도를 나타냅니다.장점: 움직이는 부품이나 화학 반응이 없으므로 수명이 길고 정확도가 높고 유지 보수가 적습니다.
응용 프로그램: 난방 시스템, 온실, 식품 저장 및 환기 제어에서 이산화탄소, 메탄 또는 냉매를 탐지합니다.
제한: 더 큰 크기, 더 높은 비용 및 먼지/습도 간섭에 대한 감수성.
촉매 비드 가스 센서
이 센서는 특수 혼합물로 코팅 된 작고 가열 된 요소를 사용합니다. 가연성 가스가 원소와 접촉하면 표면 반응이 온도를 증가시킵니다. 이 열 변화는 가스 농도를 추정하기 위해 측정됩니다.장점: 견고하고 폭발성 가스에 신뢰할 수 있으며 중공업에서 널리 사용됩니다.
응용 프로그램: 정유소, 화학 공장 및 연료 취급 시설.
제한: 기능을 수행하기 위해 산소에 의존하며 특정 가스 유형을 놓칠 수 있습니다.
포토 이온화 검출기 (PID)
PID는 강한 자외선을 사용하여 가스 분자를 하전 입자로 이온화하여 가스 존재를 나타내는 전류를 생성합니다. 그들은 벤젠 또는 포름 알데히드와 같은 미량 휘발성 유기 화합물 (VOC)을 검출하는 데 탁월합니다.장점: 빠른 반응, 저농도에 대한 높은 감도.
응용 프로그램: 실험실, 유해 폐기물 부지 및 휴대용 필드 탐지기.
제한: 보편적이지 않고 (일부 가스를 그리워) 비교적 비쌉니다.
광 음향 가스 센서
NDIR과 음향 기술을 결합한이 센서는 펄스 광선을 사용하여 가스 분자를 가열하여 마이크 및 MDASH에 의해 감지 된 압력파 (사운드)를 만듭니다. 신호 강도는 가스 농도와 관련이 있습니다.장점: 높은 감도, 비접촉 측정, 장기 안정성 및 낮은 가스 수준에 대한 적합성.
응용 프로그램: 환경 모니터링, 의료 진단 및 지속적인 산업 안전 시스템.
제한: 진동/소음, 복잡한 교정 및 더 높은 비용에 민감합니다.
MEMS 가스 센서
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 센서는 용량 성, 열 또는 압전 감지를 사용하여 실리콘 칩에 작은 기계/전자 부품을 통합합니다. 그들은 초소형이며 가볍습니다.장점: 저전력 소비, 소형 장치로의 쉬운 통합 및 휴대용/웨어러블 기술에 대한 정확성.
응용 프로그램: 스마트 전자 장치, 자동차 시스템, 드론 및 산업 자동화.
제한: 환경 적 요인, 제한된 측정 범위 및 가혹한 조건에서 수명이 짧습니다.
열전도율 가스 센서
이로 인해 가열 된 와이어 및 mdash; 가스 존재는 가스 유형을 식별하기 위해 측정되는 열 전도를 변경하는 가스 존재를 사용하여 공기를 통해 얼마나 쉽게 가열되는지를 측정합니다.장점: 헬륨 또는 아르곤과 같은 불활성 가스에 적합한 안정, 화학 반응이 없음.
응용 프로그램: 실험실, 청정실 및 가스 충전국.
제한: 주로 가스 조성 분석에 중점을 둔 독성 또는 가연성 가스의 경우 덜 일반적입니다.
각 유형은 정확도, 비용, 크기 및 수명의 균형을 유지하여 가정 안전에서 산업 정밀 모니터링에 이르기까지 특정 시나리오 및 MDASH에 적합합니다.
가스 센서 대 일산화탄소 센서
| 측면 | 가스 센서 | 일산화탄소 센서 |
|---|---|---|
| 목적 | 광범위한 가스를 감지합니다 (유형에 따라 다름). | 일산화탄소 (CO)를 독점적으로 탐지합니다. |
| 특성 | 비특이적 (다중 가스를 대상으로). | CO에 매우 구체적으로. |
| 기술 | 다양한 (반도체, 적외선, 촉매 등). | 대부분 전기 화학적 (CO에 최적화). |
| 사용 사례 초점 | 다양한 (산업, 환경 등). | 독성 CO 노출에 대한 안전성. |
결론
가스 센서는 유해한 가스를 감지하여 다양한 환경에서 안전을 향상시킵니다. 그들이 작동하는 방법을 이해하고 올바른 센서를 선택하면 집, 직장 또는 깨끗한 공기에서 효과적으로 사용할 수 있습니다.
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가스 센서 자주 묻는 질문 [FAQ]
1. 가스 센서가 많은 전력을 소비합니까?
유형에 따라 다릅니다. 전기 화학 및 촉매 센서는 일반적으로 매우 적은 전력 (Milliamps)을 사용하므로 휴대용 탐지기와 같은 배터리 구동 장치에 적합합니다. 그러나 적외선 센서는 종종 광원과 복잡한 전자 제품으로 인해 더 많은 전력 (때로는 와트)이 필요하므로 유선 설정에 더 좋습니다.
2. 가스 센서가 잘못된 경보를 할 수 있습니까?
그렇습니다. 그리고 그것은 당신이 생각하는 것보다 더 일반적입니다. 간섭 가스는 큰 범인입니다. 예를 들어 CO 센서는 에탄올 연기에 반응 할 수 있습니다. 높은 습도 또는 갑작스런 온도 스파이크도 판독 값을 버릴 수 있습니다. 내장 간섭 필터링이있는 센서를 선택하면 도움이되지만 센서는 100% 면역이 없습니다.
3. 가스 센서는 저농도의 가스를 어떻게 처리합니까?
민감도는 다양합니다. 일부는 10 억 파트 (PPB) 범위 (환경 모니터링에 유용함)의 가스를 감지 할 수있는 반면, 다른 일부는 백만 (PPM) 이상 (안전 경보에 적합) 만 픽업 할 수 있습니다. 예를 들어, 포름 알데히드 센서는 종종 PPB 레벨 감도가 필요하며, 프로판 검출기는 점화 위험이 발생하기 전에 경고를 트리거하기 위해 PPM에 초점을 맞 춥니 다.
4. 폭발성 환경에서 작동하는 가스 센서가 있습니까?
절대적으로 -“본질적으로 안전한”센서는 폭발성 대기 (오일 정유소 또는 광산과 같은)를 위해 설계되었습니다. 센서 자체의 스파크가 가연성 가스를 점화시키는 것을 방지하기 위해 밀봉되어 있으며 엄격한 안전 표준 (예 : ATEX 또는 UL 클래스 I DIV 1)을 충족합니다.
5. 집에서 가스 센서를 보정 할 수 있습니까?
아마 쉽지 않을 것입니다. 전문 교정은 대부분의 사용자에게는 불가능한 정확하고 알려진 농도의 목표 가스에 대한 접근이 필요합니다. 일부 제조업체는 산업 센서 용 교정 키트를 제공하지만 가정 사용자는 일반적으로 장치를 제조업체 나 서비스 센터로 다시 보내야합니다.
6. 가스 센서를 청소해야합니까?
때때로, 그렇습니다. 먼지, 오일 또는 잔해는 센서의 가스 입구를 차단하여 응답을 줄일 수 있습니다. 특히 촉매 센서는 실리콘 또는 리드 연기에 의해 "독살"될 수 있으며, 이는 감지 요소를 코팅합니다. 압축 공기 (액체를 피하기)로 부드럽게 청소하면 도움이 될 수 있지만 심각한 오염은 종종 센서를 교체하는 것을 의미합니다.
7. 가스 센서가 가스 누출에 얼마나 빨리 반응합니까?
응답 시간은 밀리 초에서 초 범위입니다. 촉매 센서는 가연성 가스에 빠르게 반응하여 안전에 중요합니다. 전기 화학 센서는 안정화하는 데 2-10 초가 걸릴 수 있지만 적외선 센서는 약간 느리게 (5-20 초) 더 일관 될 수 있습니다.
8. 무선 가스 센서가 있습니까?
예, 많은 최신 센서가 원격 모니터링을 위해 Bluetooth, Wi-Fi 또는 LORA를 통해 연결됩니다. 스마트 홈 (경고 앱 링크) 또는 대형 창고와 같이 배선이 까다로운 산업 설정에서 인기가 있습니다. 배터리 수명은 트레이드 오프가 될 수 있습니다. 바람직한 기능은 종종 전력을 더 빨리 배출합니다.
9. 가스 센서가 벽이나 장벽을 통해 가스를 감지 할 수 있습니까?
아니요, 가스는 센서의 감지 요소에 직접 도달해야합니다. 벽, 밀봉 용기 또는 두꺼운 플라스틱 케이싱은 가스 흐름을 차단하여 지연되거나 누락 된 탐지를 초래할 수 있습니다. 배치는 핵심입니다. 센서는 공기보다 가벼운 가스 (메탄)의 천장 근처 (메탄) 또는 무거운 제품 (프로판)의 바닥과 같이 가스가 축적 될 수있는 개방 된 지역에 있어야합니다 (프로판).
10. 가스 센서가 범위보다 가스 수준에 노출되면 어떻게됩니까?
"포화"할 수 있습니다. 센서는 매우 높은 농도를 구별 할 수 없으므로 읽기는 최대입니다. 극단적 인 경우, 높은 수준은 감지 요소를 손상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 한계를 초과하는 가스 농도에 촉매 센서를 노출하면 촉매를 태울 수있어 쓸모가 없습니다. 그렇기 때문에 많은 탐지기에는 과부하 보호가 포함되어있어 일시적으로 종료됩니다.
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