KR102640660B1 - 가스 측정 장치 - Google Patents

가스 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102640660B1
KR102640660B1 KR1020180101996A KR20180101996A KR102640660B1 KR 102640660 B1 KR102640660 B1 KR 102640660B1 KR 1020180101996 A KR1020180101996 A KR 1020180101996A KR 20180101996 A KR20180101996 A KR 20180101996A KR 102640660 B1 KR102640660 B1 KR 102640660B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
humidity
housing
sensor
gas sensor
electrochemical gas
Prior art date
Application number
KR1020180101996A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200025120A (ko
Inventor
강선길
김진호
노진희
배성원
원형철
황인성
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020180101996A priority Critical patent/KR102640660B1/ko
Priority to PCT/KR2018/013376 priority patent/WO2020045738A1/ko
Publication of KR20200025120A publication Critical patent/KR20200025120A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102640660B1 publication Critical patent/KR102640660B1/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
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4163—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
    • 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
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • 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
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

습도 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값 부정확도를 개선하는 가스 측정 장치에 있어서, 공기 중 특정 가스와 산화환원 반응을 통해 전류를 발생하여 상기 특정 가스의 농도를 측정하는 전기화학식 가스센서, 습도 변화를 감지하는 습도 센서, 상기 습도 센서에서 측정된 습도 변화를 기초로 상기 전기화학식 가스센서의 측정 값을 보상하는 보상부를 포함하고, 상기 습도 센서는 상기 전기화학식 가스센서 내부의 습도 변화 조건과 동일한 조건 하에 상기 가스 측정 장치에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.

Description

가스 측정 장치{GAS SENSOR DEVICE}
본 발명은 가스 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로 전기화학식 가스센서의 측정값에서 대기 중 습도 변화에 따른 외란을 보상하여 전기화학식 가스센서의 부정확도를 개선시키는 기술 분야에 적용될 수 있다.
우리 생활환경에는 대단히 많은 종류의 위험한 가스가 존재하고 있어 최근 일반가정, 업소, 공장에서의 가스시고, 석유콤비나트, 탄광, 화학플랜트 등에서 폭발사고 및 오염 공해 등이 잇따르고 있다.
인간의 감각기관으로는 위험 가스의 농도를 정량하거나 종류를 거의 판별할 수 없다. 이에 대응하기 위해 물질의 물리적, 화학적 성질을 이용한 가스센서가 개발되어 가스의 누설감지, 농도의 측정 기록, 경보 등에 사용되고 있다.
가스센서로 전기화학식 가스센서가 사용될 수 있다. 전기화학식 가스센서는 산화환원 반응이 일어나는 반증전극 및 대향전극간 발생하는 기전력을 측정하여 가스를 검출할 수 있다.
전기화학식 가스센서는 대기 중 습도 변화에 민감하게 반응할 수 있는데 정확도를 개선하기 위해서는 습도를 고려하여 전기화학식 가스센서의 측정값을 보상할 필요가 있다.
다만, 전기화학식 가스센서의 구조적 특징으로 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화는 습도 센서에서 인지하는 습도 변화와 차이가 발생할 수 있다.
이에, 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화와 습도 센서에서 인지하는 습도 변화를 동일하게 하여, 전기화학식 가스센서의 측정값에 습도 변화에 따른 정확한 보상으로 부정확도를 개선시킬 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 기타 본 발명의 명세서를 통해 기타 문제들 역시 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 습도 변화가 미치는 영향을 보상하여 정확한 측정값을 획득하는 솔루션을 제공하고자 한다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화와 습도 센서에서 인지하는 습도 변화를 동일하게 하여, 전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화를 보상함에 정확성을 개선하는 솔류션을 제공하고자 한다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화를 줄임으로써 습도 변화에 따른 보상에 정확성을 개선하는 솔류션을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따라, 공기 중 특정 가스와 산화환원 반응을 통해 전류를 발생하여 상기 특정 가스의 농도를 측정하는 전기화학식 가스센서, 습도 변화를 감지하는 습도 센서, 상기 습도 센서에서 측정된 습도 변화를 기초로 상기 전기화학식 가스센서의 측정 값을 보상하는 보상부를 포함하고, 상기 습도 센서는 상기 전기화학식 가스센서 내부에서 발생하는 습도 변화와 동일한 습도 변화를 감지하도록 상기 가스 측정 장치에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기화학식 가스센서는, 일측에 공기가 유입되는 제1홀을 포함하고 상기 전기화학식 가스센서의 외형을 이루는 제1 하우징을 포함하고, 상기 습도 센서는, 일측에 공기가 유입되는 제2 홀을 포함하고 수용공간을 형성하는 제2 하우징에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 홀의 크기는 상기 제1홀을 통한 상기 제1 하우징 내부의 습도 변화에 대응하여 형성되는 것은 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 하우징은 상기 제1홀을 실링하며, 상기 제1 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제1 확산 장벽을 더 포함하고, 상기 제2 하우징은 상기 제2 홀을 실링하며, 상기 제2 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제2 확산 장벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 확산 장벽은 상기 제1 확산 장벽을 통한 상기 제1 하우징 내부의 습도 변화에 대응하여 두께, 구멍의 크기 및 단위 부피당 구멍의 개수를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 측정 장치는 상기 전기화학식 가스센서 및 상기 습도 센서를 포함하며, 공기가 유입되는 제3홀을 포함하는 제3 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 하우징은 상기 제3홀을 실링하며, 상기 제3 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제3 확산 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 하우징은 상기 제3홀을 통해 유입된 물 분자를 가역적으로 흡수하거나 방출하는 습도 완충제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 습도 완충제는 상기 제3하우징의 적어도 하나의 일 측면에 도포되어 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 측정 장치에 있어서, 공기 중 특정 가스와 산화환원 반응을 통해 전류를 발생하여 상기 특정 가스의 농도를 측정하는 전기화학식 가스센서, 상기 전기화학식 가스센서 포함하며, 공기가 유입되는 제4홀을 포함하는 제4 하우징, 상기 제 4 하우징 내부에 구비되며, 상기 제4홀을 통해 유입된 물 분자를 가역적으로 흡수하거나 방출하는 습도 완충제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 습도 완충제는 상기 제4하우징의 적어도 하나의 일 측면에 도포되어 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전기화학식 가스센서의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 대기 중 습도 변화가 미치는 영향을 보상하여 전기화학식 가스센서의 정확성을 개선시킬 수 있다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화와 습도 센서에서 인지하는 습도 변화의 편차를 제거하여, 전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화에 따른 보상 시 정확성을 개선시킬 수 있다.
본 발명은 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화를 감소하여, 전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화에 따른 보상 시 정확성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전기화학식 가스센서의 기본 구조 및 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 전기화학식 가스센서에서 전해질의 종류 및 센서 구조 등에 따라 습도 변화에 따른 측정값 변동을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 전기화학식 가스센서를 케이싱 한 후, 케이스의 홀을 통해 공기를 유입하는 경우 전기화학식 가스센서의 측정값 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 전기화학식 가스센서를 케이싱 한 후, 확산장벽을 통해 공기를 유입하는 경우 측정값 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 의한 가스 측정 장치의 주요 구성 블록도 이다.
도 6은 기존 가스 측정 장치에서 습도 변화 보상에도 불구하고 전기화학식 가스센서의 측정값에 오차가 발생하는 요인을 설명하기 위한 개념도 이다.
도 7은 본 발명의 일실시예 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 조건에 따라 전기화학식 가스센서의 내부 습도 변화 속도가 달라짐을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 조건에 따라 전기화학식 가스센서의 내부 습도 변화 크기가 달라짐을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전기화학식 가스센서의 기본 구조 및 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
전기화학식 가스센서는 전해질 내에서 양극과 음극의 산화환원 반응에 의해 발생하는 전류 값의 변화를 감지하는 센서이다.
전기화학식 가스센서는 3 전극 또는 2전극으로 구성될 수 있다. 다만, 2전극의 전기화학식 가스센서는 전류를 측정하는 전극과 전압을 측정하는 전극이 같이 있게 되어 전류가 흐름에 따라 전원에서 가한 전위와 전극에서의 전위차이가 발생하여 전압 전류 곡선이 바르게 나타나지 않을 수 있다. 따라서, 2전극의 전기화학식 가스센서를 신뢰하기 위해서는 전해질의 저장이 가능한 작아야 하며, 흐르는 전류가 낮아 전압강하 값이 작아야 하는 등의 제한 요건이 필요하다. 다만, 이러한 제한 요건을 충족시키기가 어렵기 때문에 3전극의 전기화학식 가스센서가 주로 이용되며, 도 1에서는 3전극으로 구성된 전기화학식 가스센서의 실시예를 도시하고 있다.
도1을 통해 전기화학식 가스센서의 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.
도 1의 3전극은 산화 (환원) 반응이 일어나는 검지전극(Working electrode), 이와 동시에 환원 (산화) 반응이 일어나는 대항 전극(Counter electrode), 그리고 산화환원 반응과 함께 변화하는 전위를 감지하고 전위를 일정하게 유지하기 위한 참조 전극(Reference electrode)으로 구성되어 있다.
전기화학식 가스센서로 유입된 일산화탄소(CO)는 검지전극(Working electrode)에서 산화되어 수소이온과 전자를 발생한다. 수소이온은 검지전극(Working electrode)과 대향전극(Counter electrode) 사이에 구비된 전해질(Electrolyte)을 지나 검지전극(Working electrode)에서 환원된다. 이때, 검지전극(Working electrode)과 기준전극(Reference electrode) 사이에 전위차가 발생하고 이에 따라 검지전극(Working electrode)에서 발생한 전자는 리드선(미도시)을 따라 대향전극(Counter electrode)으로 이동한다.
기준전극(Reference electrode)는 검지전극(Working electrode)에서의 정확한 전압을 측정하기 위해서 기준이 되는 전극으로, 검지전극(Working electrode)과의 전위를 측정하며, 전압계의 전압계의 저항이 매우 커 전류가 흐르지 않는다. 전기화학식 가스센서는 검지전극(Working electrode)에서 대향전극(Counter electrode)로 사이에 흐르는 전류 값을 측정하여 일산화탄소(CO)의 농도를 측정 할 수 있다.
전기화학식 가스센서는 상기와 같은 전극 외에 검지전극(Working electrode)과 대향전극(Counter electrode) 사이에 전해질(Electrolyte)을 포함할 수 있으며, 전해질(Electrolyte)은 전기화학식 가스센서로 유입된 가스가 확산하여 투과할 수 있는 다공성 맴브레인(Porous Membrane)으로 담지될 수 있다.
또한, 전기화학식 가스센서는 외형을 이루는 하우징에 구비되며, 하우징에 구비되는 홀을 통해서 대기 중 가스가 유입될 수 있는데, 하우징에 구비된 홀은 확산 장벽(Capillary diffusion barrier)로 실링(sealing)될 수 있다.
확산 장벽(Capillary diffusion barrier)은 전기화학식 가스센서로 유입되는 가스상의 확산을 제어하는 막으로, 외부에서 내부로 가스가 크누센(Knudesn)확산을 통해 이동할 수 있다. 확산 장벽(Capillary diffusion barrier)은 전기화학식 가스센서에서 감지할 수 있는 가스 변화의 스펙트럼과 관련이 있다.
다만, 확산 장벽(Capillary diffusion barrier)은 투과하는 공기 중의 물 분자의 농도 또는 분자 개수에도 영향을 미치는바 수분 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미칠 수 있다.
구체적으로, 확산 장벽(Capillary diffusion barrier)를 투과하는 공기 중의 물 분자의 농도 또는 분자 개수는 픽의 법칙(Fick's law)을 따라 감소할 수 있다.
픽의 법칙은 다음과 같이 표시될 수 있다.
픽의 법칙에서 J는 물 분자의 확산 플럭스이고, D는 확산상수(diffusion coefficient)를 의미하며, C는 공간의 주어진 지점에서의 분석 물 농도를 의미하다. dC/dx는 x 방향에서 분석 물 농도의 기울기를 의미한다.
확산 장벽(Capillary diffusion barrier)은 확산 상수를 결정하며, 확산 장벽을 사이로 불 분자의 농도 차를 발생할 수 있다.
이하에서는, 수분 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값 변화를 살펴보고, 수분 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값 변화를 방지하는 본 발명의 구조를 살펴본다.
도 2는 전기화학식 가스센서에서 전해질의 종류 및 센서 구조 등에 따라 습도 변화에 따른 측정값 변동을 설명하기 위한 그래프이다
전기화학식 가스센서의 측정 값은 대기 중의 수분에 의한 외란을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 대기 중의 수분 변화 구간에서 전기화학식 가스센서의 측정값에 변화가 발생할 수 있다.
도 2를 통해서, 수분 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값 변화를 살펴보면 다음과 같다.
전기화학식 가스센서는 전해질의 종류 및 센서의 구조에 따라서 측정값이 상이할 수 있다. 도 2는 전해질의 종류 및 센서의 구조에 따라 측정값을 달리하는 4개의 센서 실시예를 포함하고 있다. 다만, 각각의 센서의 측정 값은 습도 변화에 따라 공통적인 변화를 포함하고 있다.
구체적으로 살펴보면, 전기화학식 가스센서의 측정값은 습도 변화 구간에서 측정값과 습도 변화가 비례적으로 가변되며, 등비적으로 회귀하게 된다. 다만, 전기화학식 가스센서의 측정값은 습도가 일정 구간에서는 습도의 크기에 영향을 받지 않는다. 즉, 전기화학식 가스센서의 측정 값은 습도 변화에 종속되어 가변되는 특징을 포함하고 있다.
습도 변화에 따른 전기화학식 가스센서의 측정값 변화는 전기화학식 가스센서를 사용하는 다양한 산업 분야 또는 일반 생활에 있어 잘못된 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화에 따른 오차를 보정해줄 필요가 있다.
전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화에 따른 오차는 전기화학식 가스센서를 케이싱하는 방법 또는 확산장벽의 유무 또는 위치를 통해서 제어될 수 있는데 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 3 는 전기화학식 가스센서를 케이싱한 후, 케이스의 홀을 통해 공기를 유입하는 경우 전기화학식 가스센서의 측정값 변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 4는 전기화학식 가스센서를 케이싱한 후, 확산장벽을 통해 공기를 유입하는 경우 측정값 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
전기화학식 가스센서는 습도 변화와 속도와 크기에 민감하기 때문에 모듈을 케이싱한 경우 전기화학식 센서 내부의 습도 변화 속도와 크기가 줄어들 수 있다. 이는 전기화학식 가스센서가 습도의 크기에 반응하는 것이 아니고 습도 변화에 반응하기 때문이다.
도 3의 그래프를 통해 살펴보면, 케이싱 하지 않은 전기화학식 가스센서는 측정값의 변동 폭이 케이싱을 한 경우 보다 큰 것을 확인할 수 있다.
전기화학식 가스센서를 케이싱하는 하우징은 가스가 유입될 수 있는 홀을 포함할 수 있으며, 홀을 통해 하우징 내부의 습도 변화는 하우징 외부의 습도 변화보다 평균값을 중심으로 보다 작은 폭으로 발생하여 전기화학식 가스센서의 측정값에 습도 변화에 따른 외란을 줄일 수 있다.
즉, 홀을 포함하는 하우징은 외부에서 홀을 통해 내부로 확산하는 습도의 변화를 감소할 수 있다.
또한, 케이싱의 홀을 실링하며 가스 확산을 제어하는 확산 장벽은 습도 변화에 의한 전기화학식 가스센서의 측정값 변동을 크게 줄일 수 있다.
도 4의 그래프를 통해 살펴보면, 하우징을 통해 케이싱을 한 후, 하우징에 구비된 홀을 확산 장벽으로 실링한 경우, 전기화학식 가스센서의 측정값 변동이 케이싱 없는 전기화학식 가스센서에 비해 큰 폭으로 변동 폭이 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 확산 장벽을 기준으로 내부와 외부의 습도 변화는 시간 딜레이가 발생할 수 있다. 이는 확산 장벽 외부에서 습도 센서를 통해 습도 변화를 측정한 경우, 전기화학식 가스센서에 영향을 미치는 습도 변화와 습도 센서에서 측정한 습도 변화간 시간 딜레이에 따른 오차가 발생함을 의미할 수 있다. 이와 관련하여서는 본 발명의 가스 측정 장치를 설명하며 구체적으로 살펴본다.
즉, 습도 변화가 전기화학식 가스센서의 측정값에 영향을 미치는 정도는 전기화학식 가스센서를 케이싱하며 홀을 통해 가스가 유입되는 하우징의 유무 및 상기 홀을 실링하는 확산 장벽의 유무에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 전기화학식 가스센서의 측정값에서 습도 변화에 따른 변동을 보상하기 위해서는 상기 내용을 토대로 습도 센서를 구비할 필요가 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 측정 장치를 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일실시예 의한 가스 측정 장치의 주요 구성 블록도 이다.
본 발명의 가스 측정 장치는 습도 변화에 의한 측정값 외란을 보상하기 위해서, 전기화학식 가스센서(200), 습도 센서(300) 및 보상부(400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 전기화학식 가스센서(200)는 도 1에서 설명한 기본적인 전기화학식 가스센서(200)와 다르지 않다. 다만, 본 발명의 주된 특징은 습도 변화에 의해 센서가 측정하는 값에 변동이 발생하는 것을 보상하는데 있으므로, 가스센서의 종류에서 전기화학식 가스센서에 한정될 필요는 없다. 즉, 가스센서에서 습도 변화에 의해 측정하는 값에 변동이 발생하는 센서 종류는 모두 사용될 수 있다.
습도 센서(300)는 전기화학식 가스센서(200)에 영향을 미치는 습도 변화를 측정하기 위한 장치이다. 전기화학식 가스센서(200)는 도 3 및 4를 통해서 살펴본 바와 같이 하우징의 유무 또는 확산 장벽의 유무에 따라 내부 외부간 습도 변화가 상이할 수 있다. 따라서, 습도 센서(300)는 전기화학식 가스센서(200) 내부의 습도 변화 조건과 동일한 조건 하에 가스 측정 장치에 구비될 필요가 있다. 다만, 습도 센서(300)는 경우에 따라서 생략될 수 있는데 이는 도 10을 통해 구체적으로 살펴본다.
보상부(400)는 습도 센서(300)에서 감지한 습도 변화를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 보상하는 구성이다. 다만, 보상부(400)는 경우에 따라서 생략될 수 있는데 이는 도 10을 통해 구체적으로 살펴본다.
이 밖에, 본 발명에 따른 가스 측정 장치는 보상부(400)에 의해서 보상된 측정값을 출력하는 디스플레이부, 다른 외부 장치 또는 서버로 전송하는 인터페이스부 또는 통신부, 전원을 공급하는 전원 공급부, 보상된 측정값이 기 설정값 이상 여부를 비교하는 비교부, 상기 비교부의 경과에 따라 알람 등을 제공하는 음향장치, 및 상기 구성과 연결되며 상기 구성을 제어하는 제어부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
디스플레이부는 가스 측정 장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부는 가스 측정 장치에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
인터페이스부는 가스 측정 장치를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 가스 측정 장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
전원 공급부는 가스 측정 장치에 내장되거나, 가스 측정 장치의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 인터페이스부에 연결되는 전원 케이블을 통하여 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.
제어부는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다. 제어부는 경우에 따라서, 상기 비교부 및 보상부(400)를 포함하는 구성요소일 수 있다.
도 6은 기존 가스 측정 장치에서 습도 변화 보상에도 불구하고 전기화학식 가스센서의 측정값에 오차가 발생하는 요인을 설명하기 위한 개념도 이다.
도 6은 기판(500) 위에 전기화학식 가스센서(200) 및 습도 센서(300)가 이격되어 구비되고, 전기화학식 가스센서(200)는 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱하는 제1 하우징(211) 및 제1 하우징에 구비되며 제1 하우징(210) 내부로 가스를 유입하는 홀을 실링하는 제1 확산 장벽(211)에 의해 습도 센서(300)와 습도 변화를 감지하는 공간이 구별되어 있는 실시예를 도시하고 있다.
도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같이, 전기화학식 가스 센서(200)를 케이싱하는 제1 하우징(210) 및 제1 확산 장벽(211) 유무로 제1 하우징(210) 내부에서 감지하는 습도 변화(b)는 제1 하우징(211) 외부에서 감지하는 습도 변화(a)와 상이할 수 있다.
구체적으로, 습도 센서(300)에서 감지하는 습도 변화의 폭이 제1 하우징(211) 내부의 전기화학식 가스센서(200)가 측정한 측정값에 영향을 미치는 습도 변화의 폭 보다 클 수 있다.
또한, 습도 센서(300)에서 감지하는 습도 변화의 속도가 제1 하우징(211) 내부의 전기화학식 가스센서(200)가 측정한 측정값에 영향을 미치는 습도 변화의 속도 보다 클 수 있다.
또한, 습도 센서(300)에서 감지하는 습도 변화는 제1 하우징(211) 내부의 전기화학식 가스센서(200)가 측정한 측정값에 영향을 미치는 습도 변화와 시간 딜레이가 있을 수 있다.
따라서, 도 6의 구조 상에서는 습도 센서(300)에서 측정한 습도 변화 데이터를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 보정하는 경우 보정값이 부정확할 수 있다.
이에, 본 발명은 습도 센서(300)에서 측정한 습도 변화 데이터를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 정확하게 보상하기 위해, 공기 중 특정 가스와 산화환원 반응을 통해 전류를 발생하여 상기 특정 가스의 농도를 측정하는 전기화학식 가스센서(200), 습도 변화를 감지하는 습도 센서(300), 그리고, 습도 센서(300)에서 측정된 습도 변화를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정 값을 보상하는 보상부를 포함하고, 습도 센서(300)는 전기화학식 가스센서(300) 내부의 습도 변화 조건과 동일한 조건 하에 가스 측정 장치(300)에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치를 제공한다.
도 7은 본 발명의 일실시예 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 6과 같이 기판(500) 위에 전기화학식 가스센서(200) 및 습도 센서(300)가 이격되어 구비되고, 전기화학식 가스센서(200)는 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱하는 제1 하우징(211) 및 제1 하우징에 구비되며 제1 하우징(210) 내부로 가스를 유입하는 홀을 실링하는 제1 확산 장벽(211)에 의해 습도 센서(300)와 습도 변화를 감지하는 공간이 구별되어 있는 실시예를 도시하고 있다.
다만, 도 7의 본 발명에 따른 실시예는 습도 센서(300)가 감지하는 습도 변화가 전기화학식 가스센서(200) 내부의 습도 변화와 동일하게 하기 위해, 본 발명에 따른 가스 측정 장치는 습도 센서(300)에 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱 하는 별도의 하우징을 포함할 수 있다.
구체적으로, 전기화학식 가스센서(200)는 일측에 공기가 유입되는 제1 홍를 포함하며, 전기화학식 가스센서(200)의 외형을 이루는 제1 하우징(210)을 포함하고, 습도 센서(300)는 일측에 공기가 유입되는 제2홀을 포함하며, 수용공간을 형성하는 제2 하우징에 포함될 수 있다.
즉, 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱 하는 제1 하우징(210)에 대응하여 습도 센서(300)는 온도센서를 케이싱하는 제2 하우징(310) 내부에 구비되어, 전기화학식 가스센서(200) 및 습도 센서(300)는 각각을 케이싱하는 하우징에 구비된 홀을 통해 습도 변화를 감지할 수 있다.
이는 도 3에서 살펴본 바와 같이, 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱하는 하우징의 유무로 습도 변화에 대응하여 전기화학식 가스센서(200)의 측정값이 달라짐을 반영하기 위함이다.
구체적으로, 제2홀의 크기는 제1홀을 통한 상기 제1 하우징(210) 내부의 습도 변화에 대응하여 형성될 수 있다.
실질적으로, 전기화학식 가스센서(200)의 측정값에 영향을 미치는 수분 변화는 제1 하우징(210)에 구비된 제1 홀에 크기에 종속될 수 있으며, 제2 홀의 크기는 제1 홀의 크기에 대응하여 동일한 수분 변화를 보상할 수 있는 크기일 수 있다.
예를 들어, 제1 하우징(210) 내부 부피 대비 제1홀의 크기에 대응하여 제2 하우징(310) 내부 부피 대비 제2 홀의 크기가 결정될 수 있다. 또는, 제1 하우징(210) 내부의 빈 공간 대비 제1홀의 크기에 대응하여 제2 하우징(310) 내부의 빈 공강 대비 제2 홀의 크기가 결정될 수 있다.
또한, 제1 하우징(210)은 제1홀을 실링하며, 제1 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제1 확산 장벽(211)을 더 포함하고, 이에 대응하여 제2 하우징(310)은 제2 홀을 실링하며, 제2 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제2 확산 장벽(311)를 포함할 수 있다.
도 4에서 설명한 바와 같이, 확산 장벽은 내부로 유입되는 물 분자의 개수를 제어할 수 있고, 전기화삭식 가스센서(200)의 측정값에 영향을 미치는 습도 변화에 딜레이가 발생할 수 있다.
따라서, 습도 센서(300)는 전기화학식 가스센서(200)와 같이 동일하게 케이싱되고, 별도의 확산 장벽을 포함하여, 전기화학식 가스센서(200) 내부에서 발생하는 습도 변화와 동일한 습도 변화를 감지하도록 가스 측정 장치에 구비될 수 있다.
이때, 제2 확산 장벽(311)은 재질이 제1 확산 장벽(311)와 동일할 필요가 없다.
제2 확산 장벽(311)은 제1 확산 장벽(211)을 통한 제1하우징(210) 내부의 습도 변화에 대응하여 두께, 구멍의 크기 및 단위 부피당 구멍의 개수를 형성할 수 있다.
제2 확산 장벽(311)이 제1 확산 장벽(211)과 동일한 재질로 형성되어 있다면, 확산 장벽에 구비된 다수의 구멍들의 크기 및 단위 부피당 개수가 동일 할 수 있다. 이 경우, 제2 확산 장벽(311)의 두께가 제1 하우징(210) 내부 습도 변화 대응되는 파라미터가 될 수 있으며, 구체적으로, 제1 하우징(210)의 내부 부피 대비 제1 확장 장벽(211)의 두께에 대응하여 제2 하우징(310)의 내부 부피 대비 제2 확장 장벽(311)의 두께가 결정될 수 있다. 또는, 제1 하우징(210) 내의 빈 공간 대비 제1 확장 장벽(211)의 두께에 대응하여 제2 하우징(310) 내의 빈 공간 대비 제2 확산 장벽(311)의 두께가 결정될 수 있다.
다만, 제2 확산 장벽(311)의 재질이 제1 확산 장벽(211)의 재질과 상이하다면, 제1 하우징(210) 내부 습도 변화에 대응되는 파라미터가 2개 이상이 될 수 있다. 더구나, 제1홀의 크기 및 제2홀의 크기도 별도의 파라미터가 될 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 가스 측정 장치는 습도 센서(300)가 감지하는 습도 변화가 제1 하우징(210) 내부의 습도 변화에 대응되도록 제2 하우징(310)의 홀의 크기 및 제2 확산 장벽(311)의 재질 및 두께를 선택적으로 구비할 수 있으며, 이는 도 1에서 설명한 픽의 법칙의 확산상수에 대응되는 요인일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 기판(500) 위에 전기화학식 가스센서(200) 및 습도 센서(300)가 이격되어 구비되고, 전기화학식 가스센서(200)는 전기화학식 가스센서(200)를 케이싱하는 제1 하우징(211) 을 포함하며, 제1 하우징(211)에 구비된 제1 홀을 통해 유입되는 가스를 감지할 수 있다.
또한, 도 8의 가스 측정 장치는 전기화학식 가스센서(200) 및 습도 센서(300)가 수용되는 공간을 제공하며, 공기가 유입되는 제3홀을 포함하는 제3 하우징(220)을 더 포함할 수 있다.
즉, 습도 센서(300)와 전기화학식 가스센서(200)가 동일한 하우징으로 케이싱되면 습도 센서(300)는 전기화학식 가스센서(200)의 하우징에 의한 습도 변화를 동일하게 반영할 수 있다.
제3 하우징(220)은 제3홀을 실링하며, 상기 제3홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제3 확산 장벽(221)을 포함할 수 있다.
전기화학식 가스센서(200)는 추가적으로 제1 하우징(210)에 의해 케이싱될 수 있지만, 습도 센서(300)가 인지하는 습도 변화와 전기화학식 가스센서(200)에 영향을 미치는 습도 변화 차이는 미비할 수 있다.
이는 제3 확산 장벽(221)을 통해서 습도 변화 정도(b)가 어느 정도 줄어든 상태이기 때문이다.
즉, 제3 확산 장벽(221)을 통해 줄어든 습도 변화(b)는 연쇄적으로 습도 센서(300) 및 전기화학식 가스센서(200)에 작용하는 습도 변화 (b')가 줄어들게 할 수 있다. 그리고, 확산 장벽을 통한 습도 변화에 따른 측정값 외란 감소는 하우징을 통한 감소보다 그 정도가 클 수 있다.
따라서, 전기화학식 가스센서(200)가 별도의 제1 하우징(210)을 포함하고, 습도 센서(300)를 케이싱 하는 하우징을 구비하고 있지 않더라도 습도 센서(300)는 제1 하우징(210) 내부에서 발생하는 습도 변화를 온전히 반영할 수 있다.
상기에서는, 하우징 및 확산 장벽을 통해 습도 센서(300)에서 인지하는 습도 변화와 전기화학식 가스센서(200) 내부에서 발생하는 습도 변화를 동일하게 조정하는 구조적 특징을 살펴보았다.
이하에서는 습도 완충제를 이용하여, 습도 센서에서 센싱한 습도 변화 데이터로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 보정하더라도 오차가 줄어드는 구조를 살펴본다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 전기화학식 가스센서(200), 습도 센서(300), 전기화학식 가스센서(200)와 습도 센서(300)를 케이싱하는 제3 하우징(220) 및 습도 완충제(222)를 포함할 수 있다.
전기화학식 가스센서(200)와 습도 센서(300)은 동일 기판(500)에 이격되어 구비될 수 있으며, 전기화학식 가스센서(200)는 별도의 제1 하우징(210)에 의해 케이싱되고, 제1 하우징(210)의 제1 홀을 실링하며, 제1 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제1 확산 장벽(211)을 포함할 수 있다.
습도 완충제(222)는 제3 하우징(220)의 제3홀을 통해 유입된 물 분자(a)를 가역적으로 흡수하거나 방출할 수 있으며, 무기, 유기, 고분자 모든 재료가 사용될 수 있다.
습도 완충제(222)는 제3 하우징(220)의 적어도 하나의 일 측면에 도포되어 구비될 수 있다.
습도 완충제(222)는 제3 하우징(220)의 제3 홀을 통해 유입된 물 분자(a)를 비가역적으로 흡수하는 것이 아니라 가역적으로 흡수하여 방출하는 구성으로, 습도 변화를 완충하는 역할을 수행할 수 있다.
도 2에서 살펴본 바와 같이 전기화학식 가스센서(200)는 습도의 크기에 영향을 받는 것이 아니라 습도의 변화에 영향을 받는 것으로 습도 변화의 폭을 줄이면 전기화학식 가스센서(200)의 측정값에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
따라서, 전기화학식 가스센서(200)가 제1 하우징(210) 및 제1 확산 장벽(211)에 의해 습도 센서(300)와 구분되어 있더라도, 습도 완충제(222)에 의한 습도 변화 폭의 감소는 습도 센서(300)가 인지한 습도 변화를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 보정하더라도 발생하는 오차를 무시할 수 있는 수준으로 감소할 수 있다.
이는 도 8에서 전기화학식 가스센서(200)가 제1 하우징(210)에 의해 케이싱 되는데 반해, 습도 센서(300)는 별도의 하우징을 포함자지 않더라도, 제3 확산 장벽(221)을 통해 습도 변화 폭이 감소되어 습도 센서(300)가 인지한 습도 변화를 기초로 전기화학식 가스센서(200)의 측정값을 보정하더라도 측정 값에 오차를 무시할 수 있는 경우와 같다.
도 9는 제1 하우징(210)에 제1 확산 장벽(211)를 포함하는 실시예를 도시하고 있지만, 경우에 따라서는 제1 하우징(210) 및 제1 확산 장벽(211) 모두가 없을 수 있으며, 제1 확산 장벽(211)이 없거나, 제3 하우징(220)의 제3홀을 실링하며, 제3홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제3 확산 장벽을 포함하는 경우도 고려할 수 있다.
또한, 도 9는 습도 센서(300)를 구비한 가스 측정 장치를 도시하고 있지만 습도 완충제(222)의 성능에 따라 습도 센서(300)를 구비하지 않을 수 있으며, 이와 관련하여서는 도 10을 통해서 살펴본다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 측정 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 전기화학식 가스센서(200), 제4 하우징(220) 및 습도 완충제(222)를 포함할 수 있다.
전기화학식 가스센서(200) 기판(500)에 구비될 수 있으며, 전기화학식 가스센서(200)는 별도의 제1 하우징(210)에 의해 케이싱되고, 제1 하우징(210)의 제1 홀을 실링하며, 제1 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제1 확산 장벽(211)을 포함할 수 있다.
습도 완충제(222)는 제4 하우징(220)의 제4홀을 통해 유입된 물 분자(a)를 가역적으로 흡수하거나 방출할 수 있으며, 무기, 유기, 고분자 모든 재료가 사용될 수 있다.
습도 완충제(222)는 제4 하우징(220)의 적어도 하나의 일 측면에 도포되어 구비될 수 있다.
습도 완충제(222)는 제4 하우징(220)의 제4 홀을 통해 유입된 물 분자(a)를 비가역적으로 흡수하는 것이 아니라 가역적으로 흡수하여 방출하는 구성으로, 습도 변화를 완충하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 습도 완충제(222)는 제4 하우징(220) 내부의 습도 변화를 충분히 상쇄할 수 있을 만큼 가역적으로 물 분자를 흡수하고 방출할 수 있다.
습도 완충제(222)를 통해 전기화학식 가스센서(220)는 습도 변화에 따른 영향을 받지 않을 수 있다. 즉, 전기화학식 가스센서(220)의 측정값에 습도 변화에 따른 외란이 포함되지 않을 수 있다.
따라서, 도 10에 따른 가스 측정 장치는 도 5에서 설명한 보상부(400) 및 습도 센서(300)를 포함하지 않을 수 있다.
이하에서는 도 9 및 10과 관련하여 습도 완충제의 유무에 따른 습도 변화 속도와 크기 변화를 살펴본다.
도 11은 조건에 따라 전기화학식 가스센서의 내부 습도 변화 속도가 달라짐을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 조건에 따라 전기화학식 가스센서의 내부 습도 변화 크기가 달라짐을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 습도 완충제로 솜(cotton)을 예시하고 있지만 이에 한정되지 않고, 물 분자를 가역적으로 흡수하고 방출하는 무기, 유기, 고분자의 모든 재료가 사용될 수 있다.
또한, 도 11 및 도 12는 전기화학 가스센서만 있는 경우 전기화학 가스센서를 하우징으로 케이싱한 경우, 전기화학 가스센서를 하우징으로 케이싱한 후 습도 완충제를 포함하는 경우 각각에 그래프를 포함하고 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 11은 하우징 및 습도 완충제가 전기화학 가스센서 내부의 습도 변화의 속도 및 크기 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
전기화학 가스센서만 있는 경우 전기화학 가스센서 내부의 습도 변화는 속도가 빠르고, 그 크기가 큰 것을 확인 할 수 있다.
반면, 전기화학 가스센서를 하우징으로 케이싱한 경우 습도 변화의 속도가 느려지고, 그 크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
더구나, 하우징에 습도 완충제를 포함하는 경우 습도 변화 속도가 하우징 및 습도 완충제가 없는 경우보다 4배 이상 느려지고, 그 크기 역시 2배 이상 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 도 11의 습도 변화에 대응하여 전기화학식 가스센서에서 측정한 측정값의 외란를 설명하기 위한 도면이다.
전기화학 가스센서만 있는 경우 전기화학 가스센서에서 측정한 측정값의 외란이 상하로 큰 폭을 가지는 것을 확인할 수 있다.
반면, 전기화학 가스센서를 하우징으로 케이싱한 경우 측정값의 외란이 상하로 폭이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
더구나, 하우징에 습도 완충제를 포함하는 경우 측정값의 외란이 상하로 2배 이상 폭이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 11 및 도 12은 습도 완충제를 포함하더라도 전기화학식 가스센서에서 측정값에 외란이 포함되는 실시예를 개시하고 있다. 다만, 습도 완충제가 충분히 습도 변화를 완충한다면 전기화학식 가스센서에서 측정값에 외란이 포함되지 않을 수 있다. 이는 도 10의 경우로, 이러한 경우 가스 측정 장치는 별도의 습도 센서 또는 습도 센서에서 측정한 데이터를 이용하여 전기화학식 가스센서의 측정값을 보상하는 보상부를 구비하지 않을 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
200: 전기화학식 가스센서 210: 제1 하우징
211: 제1 확산 장벽 220: 제3, 4 하우징
221: 제3, 4 확산 장벽 222: 습도 완충제
300: 습도 센서 310: 제2 하우징
311: 제2 확산 장벽 400: 보상부
500: 기판

Claims (11)

  1. 가스 측정 장치에 있어서,
    공기 중 특정 가스와 산화환원 반응을 통해 전류를 발생하여 상기 특정 가스의 농도를 측정하는 전기화학식 가스센서;
    습도 변화를 감지하는 습도 센서;
    상기 습도 센서에서 측정된 습도 변화를 기초로 상기 전기화학식 가스센서의 측정 값을 보상하는 보상부;를 포함하고,
    상기 전기화학식 가스센서는
    일측에 공기가 유입되는 제1홀을 포함하고 상기 전기화학식 가스센서의 외형을 이루는 제1 하우징;을 포함하고,
    상기 습도 센서는
    상기 전기화학식 가스센서 내부에서 발생하는 습도 변화와 동일한 습도 변화를 감지하도록 상기 가스 측정 장치에 구비되고, 일측에 공기가 유입되는 제2 홀을 포함하고 수용공간을 형성하는 제2 하우징에 포함되는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 하우징은
    상기 제1홀을 실링하며, 상기 제1 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제1확산 장벽;을 더 포함하고,
    상기 제2 하우징은
    상기 제2 홀을 실링하며, 상기 제2 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제2확산 장벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 홀의 크기는
    상기 제1홀을 통한 상기 제1 하우징 내부의 습도 변화에 대응하여 형성되는 것은 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 확산 장벽은
    상기 제1 확산 장벽을 통한 상기 제1 하우징 내부의 습도 변화에 대응하여 두께, 구멍의 크기 및 개수를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 측정 장치는
    상기 전기화학식 가스센서 및 상기 습도 센서를 포함하며, 공기가 유입되는 제3홀을 포함하는 제3 하우징;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 하우징은
    상기 제3홀을 실링하며, 상기 제3 홀을 통해 유입된 공기를 확산 투과시키는 제3 확산 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 하우징은
    상기 제3홀을 통해 유입된 물 분자를 가역적으로 흡수하거나 방출하는 습도 완충제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 습도 완충제는
    상기 제3하우징의 적어도 하나의 일 측면에 도포되어 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
KR1020180101996A 2018-08-29 2018-08-29 가스 측정 장치 KR102640660B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180101996A KR102640660B1 (ko) 2018-08-29 2018-08-29 가스 측정 장치
PCT/KR2018/013376 WO2020045738A1 (ko) 2018-08-29 2018-11-06 가스 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180101996A KR102640660B1 (ko) 2018-08-29 2018-08-29 가스 측정 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200025120A KR20200025120A (ko) 2020-03-10
KR102640660B1 true KR102640660B1 (ko) 2024-02-26

Family

ID=69644516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180101996A KR102640660B1 (ko) 2018-08-29 2018-08-29 가스 측정 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102640660B1 (ko)
WO (1) WO2020045738A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010547A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Denso Corp 湿度センサモジュールおよび湿度センサの実装構造
JP2015045546A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 富士電機株式会社 ガス検知装置及びガス検知方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098343A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Tdk Corp ガスセンサ
JP4814771B2 (ja) * 2006-12-01 2011-11-16 本田技研工業株式会社 ガスセンサ
KR20110011184A (ko) * 2009-07-28 2011-02-08 조선대학교산학협력단 화학 가스 센서 모듈 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010547A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Denso Corp 湿度センサモジュールおよび湿度センサの実装構造
JP2015045546A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 富士電機株式会社 ガス検知装置及びガス検知方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020045738A1 (ko) 2020-03-05
KR20200025120A (ko) 2020-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11085896B2 (en) Auxiliary micro-electrodes for diagnostics of electrochemical gas sensors
US6370940B2 (en) Apparatus for determining concentration of a gas
US20070045128A1 (en) Chlorine dioxide sensor
US8916037B1 (en) Instrument and method for measuring high concentrations of carbon monoxide in a gaseous sample
US9057690B2 (en) Device for monitoring an electrochemical gas sensor
US11680933B2 (en) Determination of sensor operational status via sensor interrogation
US6001240A (en) Electrochemical detection of hydrogen cyanide
US9921178B2 (en) Electrochemical sensor for sensing nitrous oxide
US7087150B2 (en) Chloramine amperometric sensor
EP3983788A1 (en) Interrogation of capillary-limited sensors
CN111721817A (zh) 多种气体的耦合干扰误差校正方法和气体传感器装置
KR102640660B1 (ko) 가스 측정 장치
US10948449B2 (en) Sensor with multiple inlets
CN114324507B (zh) 电化学多气体传感器
JP4445275B2 (ja) ガス検知装置
CN112540112B (zh) 传感器校准方法、装置、设备和存储介质
US11874248B2 (en) Electrochemical gas sensor assembly
KR101833889B1 (ko) 고장진단 구동 회로를 내재한 전기화학식 가스센서
JP3962583B2 (ja) 電気化学式ガスセンサ
WO2024126008A1 (en) Interrogation and output correction of capillary-limited oxygen sensors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant