KR101677455B1 - 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법 - Google Patents

복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101677455B1
KR101677455B1 KR1020140083752A KR20140083752A KR101677455B1 KR 101677455 B1 KR101677455 B1 KR 101677455B1 KR 1020140083752 A KR1020140083752 A KR 1020140083752A KR 20140083752 A KR20140083752 A KR 20140083752A KR 101677455 B1 KR101677455 B1 KR 101677455B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
semiconductor type
sensor
sensors
type gas
Prior art date
Application number
KR1020140083752A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160004783A (ko
Inventor
김한수
김선태
Original Assignee
김한수
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김한수 filed Critical 김한수
Priority to KR1020140083752A priority Critical patent/KR101677455B1/ko
Publication of KR20160004783A publication Critical patent/KR20160004783A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101677455B1 publication Critical patent/KR101677455B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

본 발명은 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 상기 센서들에 유입되는 가스의 종류를 판별하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가스 종류 판별장치는, 작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함한다.

Description

복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCRIMINATING THE TYPE OF GAS BY USING A PLURALITY OF SAME SEMICONDUCTOR GAS SENSOR}
본 발명은 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하여 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서는 산업이 점점 발전해 나감에 따라 각종 산업 현장 뿐 아니라 일반 가정에서도 각종 가스의 사용이 증가하고 있고, 이에 따라 인간과 자연은 유독가스, 악취, 가스 폭발 또는 가스 중독 등에 노출되어 있으며, 그로 인한 각종 피해도 빈번하게 발생하고 있다.
따라서, 이러한 가스로부터의 피해를 줄이고 보다 능동적으로 대처하기 위하여, 각종 가스를 민감하게 감지하고 판별할 수 있는 가스센서의 개발에 많은 투자와 노력들이 이루어지고 있다.
가스센서는 공기 중에 분자로 존재하는 각종 가스의 농도를 판별하는 센서로서, 이러한 가스센서의 종류에는 가스 감지 방식에 따라 산화물 반도체 재료를 이용하는 반도체식 가스센서, 팔라듐이나 백금 같은 촉매를 이용하는 접촉 연소식 가스센서, 전해질 내에서 양극과 음극의 화학반응을 이용하는 전기화학식 가스센서 등이 있다.
특히, SnO2, ZnO, Fe2O3와 같은 금속 산화물을 이용하는 반도체식 가스센서는 산화물 반도체의 저항 변화를 이용하여 가스의 농도를 측정한다. 즉, 반도체식 가스센서는 센서에 유입된 가스가 센서 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키는 정도에 따라 저항이 달라지는데, 이 때 가스와 산소의 반응성을 높이기 위해서는 통상적으로 200~600˚C 정도의 온도로 센서 표면을 가열하여야 한다.
도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.
히터전원 VH에 의해 공급되는 전력에 의해 저항 RH에서 열을 발생시켜 반도체식 가스센서의 표면을 가열한다. 판별하고자 하는 가스가 반도체식 가스센서에 유입되기 전에는 센서 표면에 산소가 흡착되어 있기 때문에 저항 RS는 최대값이 되고 이에 따라 센서의 출력전압 값 VRL은 최소값이 된다. 그 후, 판별하고자 하는 가스가 상기 센서에 유입되면 센서 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키기 때문에 저항 RS는 작아지고 이에 따라 출력전압 값 VRL은 증가하게 된다. 이 때, 유입된 가스의 농도가 높을수록 센서 표면에 흡착되어 있는 산소의 탈착량이 커지기 때문에 출력전압 값 VRL도 증가하게 된다.
그러나 이와 같이 단일의 반도체식 가스센서만을 이용하는 경우에는, 단순히 상기 센서에 유입된 가스의 농도만을 측정할 수 있을 뿐, 가스의 종류까지 판별해낼 수 있는 것은 아니다. 즉, 반도체식 가스센서는 특정 가스성분에만 반응하는 것이 아니라, 공기 중에 분자 상태로 존재하는 가스성분에 대해 반응하는 것이기 때문에 가스 선택성이 낮다.
이러한 낮은 가스 선택성의 문제를 해결하기 위해 다양한 종류의 가스센서를 어레이(array)로 구성하여 화학적 신호를 전기적 신호로 변환한 후 인공신경망 등을 활용해 패턴을 인식하여 냄새성분을 감지하는 전자코 시스템(electronic nose system) 기술이 개발되었다. 그러나 인간의 후각과 관련된 유전자는 1천개 이상인 반면, 전자코 시스템에 현실적으로 적용 가능한 가스센서의 수는 10~20종에 불과한 실정이다. 즉, 전자코 시스템에 의해 다양한 가스를 판별해내기 위해서는, 인간의 후각 유전자에 해당되는 가스센서의 종류를 최대한 많이 확보하여야 하지만, 기술적인 측면이나 비용적인 측면에서 현실적인 한계가 있다.
한국공개특허 제2001-0090727호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 종래의 반도체식 가스센서를 이용하되, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 상기 센서들에 유입되는 가스의 종류를 판별하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치는, 작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출한 이후에, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치에 있어서, 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법은, 가스 공급로, 센싱부, 제어부를 포함하는 가스종류 판별장치를 이용한 가스종류 판별방법으로서, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 단계; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 단계; 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계; 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 반응속도 값을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법에 있어서, 상기 각각의 반도체식 가스센서에서의 반응속도 값을 산출하는 단계 이후에, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계는, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별 방법에 있어서, 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계는, 상기 제1 반도체식 가스센서의 반응속도 값에 대한 상기 제2 반도체식 가스센서의 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정해 놓은 후 각각의 가스센서에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정함으로써, 상기 센서에 유입된 가스의 종류를 간단하게 판별해 낼 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 단일 성분의 가스 뿐 아니라 혼합 성분의 가스까지도 판별해낼 수 있어 각종 산업 현장을 비롯해 가스의 판별이 필요한 여러 장소에서 널리 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체식 가스센서 한 종류만으로도 기존 전자코 시스템의 센서 어레이(sensor array) 구성의 효과를 가질 수 있으므로, 상용되고 있는 가스센서에서 어레이 구성의 확대가 가능하다.
도 1은 반도체식 가스센서의 개략적인 회로도이다.
도 2는 각종 가스에 대한 반도체식 가스센서의 감도-온도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 반도체식 가스센서의 작동온도 변경에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 각 센서에서의 시간에 따른 출력전압의 분포(실선) 및 반응속도 값(점선)를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 가스의 종류를 판별하는 방법을 설명하기 위한 다양한 실시예들의 그래프들이다.
이하, 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 가스의 종류를 판별하는 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 각종 가스에 대한 반도체식 가스센서의 감도-온도를 나타낸 그래프로서, Andrew P. Lee와 Brian J. Reedy의 논문 "Temperature modulation in semiconductor gas sensing", Sensor and Acruators B, 60, 35~42, 1999에 나타나 있는 내용이다. 본 논문의 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명의 이해를 돕기 위하여 발췌하였으며 이에 대해 간단히 살펴보기로 한다.
도 2에 나타낸 그래프의 x축은 SnO2를 이용한 반도체식 가스센서의 작동온도이고, y축은 공기 중에서의 센서 컨덕턴스(Go)에 대한 분석물 가스 존재 하에서의 센서 컨덕턴스(G)의 비율인 감도(G/Go)이다.
도 2에 의하면, 가스의 종류에 따라 서로 다른 감도 특성을 보인다는 것과, 특히 동종의 가스라도 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 서로 다른 감도 특성을 보인다는 것을 알 수 있다.
도 3은 반도체식 가스센서의 작동온도 변경에 따른 출력전압 값을 나타낸 그래프로서, 반도체식 가스센서에 유입된 암모니아(NH3) 및 황화수소(H2S) 각각에 대하여 상기 센서의 작동온도를 순차적으로 낮게 조절해가면서 출력전압 값(VRL)을 측정한 결과를 나타낸다.
도 3에 의하면, 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 암모니아(NH3) 및 황화수소(H2S)의 출력전압 특성이 달라진다는 것을 알 수 있으며, 구체적으로 암모니아(NH3)는 작동온도가 높을수록, 황화수소(H2S)는 작동온도가 대체로 낮을수록 반도체식 가스센서 표면에 흡착되어 있는 산소의 탈착량이 커져 출력전압 값이 크게 측정된다는 것을 알 수 있다.
도 2 및 도 3을 통해 알 수 있듯이, 반도체식 가스센서의 출력전압 값은 가스의 종류에 따라, 그리고 동종의 가스라도 반도체식 가스센서의 작동온도에 따라 달리 나타난다는 것을 알 수 있고, 본 발명은 이와 같은 가스의 종류별, 반도체식 가스센서의 작동온도별 특성을 이용하여 가스의 종류를 판별해낼 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치의 구성을 나타낸 도면이다.
복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)는 센서 매니폴드(sensor manifold)(40)에 설치되어 있으며, 각각의 가스센서(51, 52 등)는 외부의 히터전원(미도시) 등에 의해 작동온도가 서로 다르게 설정된다.
산소 공급장치(10)는 가스센서(50) 표면에 산소를 흡착시킬 수 있도록 산소를 공급하는 장치이고, 가스 공급로(20)는 판별하고자 하는 가스를 가스센서(50)에 유입시키는 통로이다.
밸브(30)는 산소 또는 판별하고자 하는 가스 중 하나를 선택하여 가스센서(50)에 유입시키고, 펌프(60)는 가스센서(50)에 유입된 산소 또는 가스를 빨아들인 후 외부로 배출시키는 역할을 한다.
센싱부(70)는 가스센서(50)와 연결되어 있으며, 판별하고자 하는 가스가 가스센서(50)에 유입되면 가스센서(50) 표면에 흡착되어 있는 산소를 탈착시키게 되고 이에 따라 각각의 가스센서(51, 52 등)에서의 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
도 5는 2개의 동일한 반도체식 가스센서(센서1 및 센서2)에 임의의 가스가 유입(gas-in)되었을 때 각 센서(센서1, 센서2)에서의 시간에 따른 출력전압 값(실선)을 예시적으로 나타낸 그래프로서, 각 센서(센서1, 센서2)의 작동온도를 서로 다르게 설정하기 때문에 센싱부(70)에서 측정되는 시간에 따른 출력전압 값도 각 센서(센서1, 센서2)마다 서로 다르게 나타난다.
또한, 도 5에서 2개의 동일한 반도체식 가스센서(센서1 및 센서2)에 임의의 가스가 유입(gas-in)된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량 즉, 점선으로 표시한 직선의 기울기가 각 센서(센서1, 센서2)에서의 반응속도 값이 되며, 제어부(80)는 상기 센싱부(70)에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 각각의 가스센서(51, 52 등)에서의 반응속도 값을 산출한다.
다음으로 제어부(80)는 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하고, 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별해낸다.
제어부(80)가 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해내기 위해서는, 가스의 종류마다 반도체식 가스센서의 작동온도에 따른 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 저장해 놓을 것이 요구된다.
이와 같이 함으로써 제어부(80)에서 반응속도 값이 산출 또는 반응속도 값 간의 비율이 연산되면, 미리 저장해 놓은 상기 데이터와 비교하여 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해낼 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따른 가스 종류 판별방법은 우선, 외부의 히터전원(미도시) 등에 의해 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)의 작동온도를 서로 다르게 설정한다(S100).
다음으로, 산소 공급장치(10)에 의해 표면에 산소가 흡착된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서(50)에 가스 공급로(20)를 통해 판별하고자 하는 가스를 유입시킨다(S110).
다음으로 센싱부(70)는 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각(51, 52 등)에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다(S120).
다음으로 제어부(80)는 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여 상기 각각의 반도체식 가스센서(51, 52 등)에서의 반응속도 값을 산출한 후(S130), 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산한다(S140).
마지막으로 제어부(80)에서는 상기 산출된 반응속도 값을 통해 또는 상기 연산된 반응속도 값 간의 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별한다(S150).
이 때 유입된 가스의 종류를 판별하기 위해서는 앞서 언급한 것처럼, 가스의 종류마다 반도체식 가스센서의 작동온도에 따른 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 저장해 놓을 것이 요구되며, 이와 같이 함으로써 제어부(80)는 반응속도 값 산출 후 또는 반응속도 값 간의 비율 연산 후, 미리 저장해 놓은 상기 데이터와 비교하여 가스센서(50)에 유입된 가스의 종류를 판별해낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 동일한 반도체식 가스센서(51, 52)를 이용한 가스 종류 판별방법에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
2개의 동일한 반도체식 가스센서(51, 52)를 이용하여 가스의 종류를 판별하기 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 센서 매니폴드(40)에 제1 반도체식 가스센서(51) 및 제2 반도체식 가스센서(52)를 설치하고, 히터전원 등에 의해 각 센서(51, 52)의 작동온도를 서로 다르게 설정한다. 그 후, 각 센서(51, 52)에 판별하고자 하는 가스를 유입시키고 센싱부(70)에서는 시간에 따른 출력전압 값을 측정한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 제1 반도체식 가스센서(51)의 작동온도를 400˚C, 제2 반도체식 가스센서(52)의 작동온도를 200˚C로 설정해 놓고, 각 센서(51, 52)에 유입된 가스(NH3, H2S, C7H8)에 대한 농도별 시간에 따른 출력전압 값을 측정한 그래프이다.
도 7에 나타낸 그래프를 통해, 동종의 가스라도 가스의 농도가 높을수록 반응속도 값이 커진다는 것과, 각 센서(51, 52)의 작동온도를 서로 다르게 설정하면 각 센서(51, 52)에서의 반응속도 값에 차이를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 7a와 도 7c의 그래프에 나타난 암모니아(NH3)와 톨루엔(C7H8)의 반응속도 값은 제2 반도체식 가스센서(52)보다 제1 반도체식 가스센서(51)에서 더 큰 반면(센서의 작동온도가 높을 때 반응속도 값이 큼), 도 7b의 그래프에 나타난 황화수소(H2S)의 반응속도 값은 제1 반도체식 가스센서(41)보다 제2 반도체식 가스센서(42)에서 더 크다는 것을 알 수 있다(센서의 작동온도가 낮을 때 반응속도 값이 큼).
이와 같이 센싱부(70)에서 각 센서(51, 52)마다 시간에 따른 출력전압 값을 측정한 후에, 제어부(80)에서는 각 센서(51, 52)마다 반응속도 값을 산출하거나 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산해낸다. 이 때, 상기 반응속도 값 또는 반응속도 값 간의 비율은 가스의 종류를 나타내는 특성치에 해당한다.
도 8은 도 7에서 나타낸 NH3, H2S, C7H8의 반응속도 값을, x축을 제1 반도체식 가스센서(51)에서 측정된 반응속도 값으로 하고 y축을 제2 반도체식 가스센서(52)에서 측정된 반응속도 값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다.
도 8에서 동종의 가스를 나타내는 점들이 몰려있는 부분은 동종의 가스에 대해 가스 농도를 동일하게 하여 복수회의 실험을 한 결과를 나타낸 것이고, 동종의 가스를 나타내는 점들이 간격을 두고 떨어져 있는 것은 동종의 가스에 대해 가스 농도를 달리하여 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 8에 의하면, 각 센서(51, 52)에서 측정된 NH3, H2S, C7H8의 반응속도 값을 2차원 공간상에 나타낸 후 동종의 가스를 나타내는 점들끼리 연결하면 일정한 직선의 기울기(2차원 공간상에 산발적으로 퍼져있는 점들간의 평균치를 취한 값으로, 이 평균적인 직선의 기울기와 그 주변에 퍼져있는 점들간의 오차는 ±5% 내외)로 나타난다는 것을 알 수 있다.
도 8에서 직선의 기울기 값은 NH3의 경우 0.022, H2S의 경우 1.916이며, C7H8의 경우는 0.008이다. 이 직선의 기울기 값은 각 센서(51, 52)에서 산출한 반응속도 값 간의 비율에 해당하며, 상기 비율은 각각 NH3, H2S, C7H8를 나타내는 특성치에 해당한다.
따라서 상기 비율에 대한 데이터를 제어부(80) 내에 미리 구비해 놓으면, 제어부(80)는 이를 통해 각 센서(51, 52)에 유입된 가스의 종류를 판별해낼 수 있게 된다.
도 9는 각 센서(51, 52)에서 측정된 NH3, H2S, C7H8 및 이들을 혼합한 가스의 반응속도 값을, x축을 제1 반도체식 가스센서(51)에서 측정된 반응속도 값으로 하고 y축을 제2 반도체식 가스센서(52)에서 측정된 반응속도 값으로 한 2차원 공간상에 나타낸 그래프이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 혼합가스의 경우에도 각 센서(51, 52)에서 측정된 반응속도 값을 상기 2차원 공간상에 나타내면 직선의 기울기로 나타나고, 이 직선의 기울기 값 즉, 각 센서(51, 52)에서 측정된 반응속도 값 간의 비율이 혼합가스를 나타내는 특성치가 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 종류 판별방법은 단일 성분의 가스 뿐만 아니라 혼합 성분의 가스까지 판별해낼 수 있어, 각종 산업 현장을 비롯해 가스의 판별이 필요한 여러 장소에서 널리 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 2개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하여 가스의 종류를 판별하는 방법을 알아보았고, 각 센서(51, 52)에 유입된 가스로서 NH3, H2S, C7H8 및 이들을 혼합한 가스에 대해 언급하였다.
그러나 이는 어디까지나 본 발명에 따른 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 설명하기 위한 것에 불과하고, 3개 이상의 동일한 반도체식 가스센서를 이용하는 경우, 상기 언급한 가스와는 다른 종류의 가스에 대해서도 본 발명이 제안하는 방법에 따라 가스의 종류를 판별해낼 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.
본 발명에 의하면, 복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 것만으로도 상기 센서에 유입되는 가스의 종류를 손쉽게 판별해낼 수 있다. 또한 반도체식 가스센서 한 종류만으로도 기존 전자코 시스템의 센서 어레이 구성의 효과를 가질 수 있으므로 상용되고 있는 가스센서에서 센서 어레이 구성의 확대가 가능하다.
10: 산소 공급장치
20: 가스 공급로
30: 밸브
40: 센서 매니폴드
50: 복수개의 동일한 반도체식 가스센서
51: 제1 가스센서
52: 제2 가스센서
60: 펌프
70: 센싱부
80: 제어부

Claims (6)

  1. 작동온도가 서로 다르게 설정된 복수개의 동일한 반도체식 가스센서;
    상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 가스 공급로;
    상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여, 상기 각각의 반도체식 가스센서에 가스가 유입된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량인 반응속도 값을 산출하고, 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하며, 상기 연산된 비율을 이용하여 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 제어부를 포함하고,
    상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며,
    상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 것은, 상기 제1 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값에 대하여, 상기 제2 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 가스 공급로, 센싱부 및 제어부를 포함하는 가스종류 판별장치를 이용한 가스종류 판별방법으로서,
    복수개의 동일한 반도체식 가스센서의 작동온도를 서로 다르게 설정하는 단계;
    상기 가스 공급로를 통해 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서에 판별하고자 하는 가스를 유입시키는 단계;
    상기 센싱부가 상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서 각각에서 시간에 따른 출력전압 값을 측정하는 단계;
    상기 제어부가 상기 측정된 시간에 따른 출력전압 값을 이용하여, 상기 각각의 반도체식 가스센서에 가스가 유입된 후 출력전압 값이 최대가 될 때까지의 시간동안 출력전압 값의 변화량인 반응속도 값을 산출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 연산된 비율을 통해 상기 유입된 가스의 종류를 판별하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수개의 동일한 반도체식 가스센서는, 제1 반도체식 가스센서 및 제2 반도체식 가스센서로 이루어지며,
    상기 제어부가 상기 산출된 반응속도 값 간의 비율을 연산하는 단계는, 상기 제1 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값에 대하여, 상기 제2 반도체식 가스센서에 상기 판별하고자 하는 가스가 유입된 후 산출되는 반응속도 값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
KR1020140083752A 2014-07-04 2014-07-04 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법 KR101677455B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140083752A KR101677455B1 (ko) 2014-07-04 2014-07-04 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140083752A KR101677455B1 (ko) 2014-07-04 2014-07-04 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160004783A KR20160004783A (ko) 2016-01-13
KR101677455B1 true KR101677455B1 (ko) 2016-11-18

Family

ID=55172673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140083752A KR101677455B1 (ko) 2014-07-04 2014-07-04 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101677455B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101932678B1 (ko) 2018-08-10 2018-12-26 숭실대학교 산학협력단 냄새성분 판별장치 및 방법
KR102259171B1 (ko) * 2020-12-15 2021-06-02 (주)센코 전기화학식 가스 센서

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102510314B1 (ko) * 2021-03-19 2023-03-17 한국과학기술원 가스센서를 이용한 실시간 가스 종류 판별장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2888886B2 (ja) 1989-11-22 1999-05-10 エヌオーケー株式会社 ガス識別方法およびガス識別システム
JP2000346820A (ja) 1999-06-07 2000-12-15 Sony Corp センサー装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07120423A (ja) * 1993-08-31 1995-05-12 Nok Corp ガス識別装置
CN100392361C (zh) 1998-09-11 2008-06-04 松下电器产业株式会社 流量测量装置
KR101001196B1 (ko) * 2008-08-28 2010-12-15 한국과학기술연구원 단일칩 기반의 멀티 가스 검출 시스템 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2888886B2 (ja) 1989-11-22 1999-05-10 エヌオーケー株式会社 ガス識別方法およびガス識別システム
JP2000346820A (ja) 1999-06-07 2000-12-15 Sony Corp センサー装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101932678B1 (ko) 2018-08-10 2018-12-26 숭실대학교 산학협력단 냄새성분 판별장치 및 방법
KR102259171B1 (ko) * 2020-12-15 2021-06-02 (주)센코 전기화학식 가스 센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160004783A (ko) 2016-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9128061B2 (en) Measuring device and method for detecting the hydrocarbon content in gases
EP3430319B1 (en) Air purifier and air purification method
US6374662B1 (en) Devices and methods for measuring odor
US20150075256A1 (en) Multiple gas sensor
KR101677455B1 (ko) 복수개의 동일한 반도체식 가스센서를 이용한 가스 종류 판별장치 및 방법
JP3282586B2 (ja) におい測定装置
Schüler et al. A novel approach for detecting HMDSO poisoning of metal oxide gas sensors and improving their stability by temperature cycled operation
US7356420B2 (en) Analyzing system for the detection of reducing and oxidizing gases in a carrier gas with a metal-oxide-semiconductor sensor arrangement
JP2011002245A (ja) Ｎｏｘセンサの補正方法およびｎｏｘセンサ
US6360584B1 (en) Devices for measuring gases with odors
KR20160107650A (ko) 복수개의 이종 반도체식 가스센서를 이용한 대상물 판별장치 및 방법
US10082480B2 (en) Gas concentration detection device
EP2833129B1 (en) Method and apparatus for analyzing a gas by a conductance-type particulate metal-oxide gas sensor
KR102454315B1 (ko) 가스특성 시험장치 및 그 방법
KR20100004383U (ko) 휘발성 유기화합물 검출기
US20200209176A1 (en) Method and device for analyzing a gas
Bakar et al. Electronic nose purging technique for confined space application
EP1099949B1 (en) Device for measuring gases with odors
JP6775814B2 (ja) ガス濃度測定装置
CN113614522B (zh) 传感器模块
JP2024018688A (ja) 検出装置
CN107764885B (zh) 测量气体浓度的装置和方法
JPH1164264A (ja) ガス濃度検出装置及びその方法
JP2001013098A (ja) ガス測定方法
GB2184244A (en) Device for detecting a component of an ambient gas

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190828

Year of fee payment: 4