가스 센서: 유형 및 선택 원칙

가스 센서는 특정 가스의 부피 비율을 해당 전기 신호로 변환하는 일종의 변환기입니다.

프로브는 가스 센서를 통해 가스 샘플을 컨디셔닝하며, 일반적으로 불순물과 간섭 가스를 제거하고 기기 디스플레이 부분을 건조 또는 냉각 처리합니다.

가스 성분 정보, 농도 및 기타 데이터를 사람, 기기, 컴퓨터 등이 활용할 수 있는 정보로 변환하는 장치입니다!

가스 센서는 일반적으로 화학 센서의 일종으로 분류되지만, 이러한 분류가 전적으로 과학적인 것은 아닙니다.

I. 가스 센서의 종류

다음은 가스 센서의 유형입니다:

1. 써모파일 가스 센서

써모파일 가스 센서는 가장 먼저 개발된 가스 센서 중 하나로 이산화탄소, 메탄, 산소 등 다양한 가스를 감지할 수 있습니다.

써모파일 프로브와 회로 기판으로 구성되어 있으며, 써모파일 프로브가 가스 농도를 감지하고 회로 기판이 이 신호를 디스플레이로 전송하여 사용자가 감지 결과를 볼 수 있도록 합니다.

2. 광학 가스 센서

광학 가스 센서는 최신 가스 센서 중 하나로 이산화탄소, 메탄, 산소 등 다양한 가스를 감지할 수 있습니다.

광학 센서는 광학 프로브와 회로 기판으로 구성되며, 광학 프로브는 가스 농도를 감지하여 사용자가 감지 결과를 볼 수 있도록 신호를 회로 기판으로 전송합니다.

3. 전기 화학 가스 센서

전기화학 가스 센서는 이산화탄소, 메탄, 산소 등 다양한 가스를 감지할 수 있는 일반적인 유형의 가스 센서입니다.

전기화학 프로브와 회로 기판으로 구성되어 있으며, 전기화학 프로브는 가스 농도를 감지하고 회로 기판은 이러한 신호를 디스플레이로 전송하여 사용자가 감지 결과를 확인할 수 있도록 합니다.

4. 금속 가스 센서

금속 가스 센서는 이산화탄소, 메탄, 산소 등과 같은 다양한 가스를 감지할 수 있는 또 다른 일반적인 유형의 가스 센서입니다.

금속 프로브와 회로 기판으로 구성되어 있으며, 금속 프로브는 가스 농도를 감지하고 회로 기판은 이러한 신호를 디스플레이로 전송하여 사용자가 감지 결과를 볼 수 있도록 합니다.

5. 적외선 가스 센서

적외선 가스 센서는 이산화탄소, 메탄, 산소 등 다양한 가스를 감지할 수 있는 새로운 유형의 가스 센서입니다.

적외선 프로브와 회로 기판으로 구성되어 있으며, 적외선 프로브는 가스 농도를 감지하고 회로 기판은 이러한 신호를 디스플레이로 전송하여 사용자가 감지 결과를 확인할 수 있도록 합니다.

II. 가스 센서 선택의 원칙

가스 센서는 특정 가스의 부피 비율을 해당 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 다음은 가스 센서 선택의 원리에 대한 자세한 소개입니다.

1. 측정 대상과 환경에 따라 센서 유형 결정하기

특정 측정 작업을 위해서는 먼저 어떤 유형의 가스 센서를 사용할지 고려해야 하며, 이는 다양한 요인을 분석한 후에야 결정할 수 있습니다. 동일한 물리량을 측정하는 경우에도 선택할 수 있는 센서 유형은 여러 가지가 있습니다.

센서의 적합성은 범위의 크기, 측정 위치에서 센서의 부피 요구 사항, 측정이 접촉식인지 비접촉식인지 여부, 신호 출력 방식, 센서의 출처, 비용 등의 요소를 포함하여 측정 대상의 특성 및 센서의 사용 조건에 따라 달라집니다.

이러한 요소를 고려한 후 사용할 센서의 유형을 결정한 다음 구체적인 성능 지표를 고려할 수 있습니다.

2. 감도 선택

일반적으로 센서의 선형 범위 내에서는 감도가 높을수록 좋습니다. 감도가 높으면 측정된 변수의 변화에 따라 더 큰 출력 신호를 얻을 수 있어 신호 처리가 용이해집니다.

그러나 감도가 높은 센서는 측정과 무관한 노이즈도 쉽게 포착할 수 있으며, 이는 증폭되어 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 센서의 신호 대 잡음비는 외부로부터의 방해를 최소화하기 위해 높아야 합니다.

센서의 감도는 방향성이 있습니다. 측정 대상물이 단방향 수량이고 방향성이 중요한 경우 다른 방향에 대한 감도가 낮은 센서를 선택해야 합니다.

측정 대상이 다차원 벡터인 경우 교차 감도가 더 작은 센서가 선호됩니다.

3. 주파수 응답 특성

센서의 주파수 응답 특성에 따라 측정의 주파수 범위가 결정됩니다. 허용되는 주파수 범위 내에서 왜곡되지 않은 측정 조건을 유지해야 합니다.

실제로 센서의 응답에는 항상 지연이 발생하며, 이 지연은 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직합니다. 고주파 응답이 있는 센서는 광범위한 신호 주파수를 측정할 수 있습니다.

관성이 큰 기계 시스템의 구조적 특성으로 인해 저주파수 센서는 저주파수 신호를 측정하는 데 더 적합합니다.

동적 측정에서는 과도한 오류를 피하기 위해 응답 특성이 신호 특성(정상 상태, 과도 상태, 랜덤 등)과 일치해야 합니다.

4. 선형 범위

센서의 선형 범위는 출력이 입력에 비례하는 범위를 말합니다. 이론적으로 이 범위 내에서 감도는 일정하게 유지됩니다. 선형 범위가 넓을수록 측정 범위가 넓어지고 일정한 측정 정확도가 보장됩니다.

센서를 선택할 때는 먼저 센서의 유형이 결정되면 해당 센서의 범위가 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

그러나 실제로는 어떤 센서도 뛰어난 선형성을 보장할 수 없으며 선형성은 상대적입니다.

필요한 측정 정확도가 상대적으로 낮은 경우, 특정 범위 내에서 비선형 오차가 작은 센서를 선형으로 근사화하여 측정 프로세스를 크게 간소화할 수 있습니다.

5. 안정성

안정성이란 일정 기간 사용 후에도 센서의 성능이 변하지 않고 유지되는 기능을 말합니다.

센서의 장기적인 안정성에 영향을 미치는 요인에는 센서 자체의 구조뿐만 아니라 사용 환경도 포함됩니다. 따라서 가스 센서는 우수한 안정성을 보장하기 위해 강력한 환경 적응성을 갖춰야 합니다.

센서를 선택하기 전에 사용 환경을 조사하여 적합한 센서를 선택하거나 환경에 따라 환경 영향을 줄이기 위한 적절한 조치를 취해야 합니다. 센서의 안정성에는 정량적 지표가 있습니다.

사용 기간을 초과한 후에는 사용하기 전에 센서를 재보정하여 성능의 변화 여부를 확인해야 합니다.

센서를 장시간 사용해야 하고 쉽게 교체하거나 보정할 수 없는 상황에서는 선택한 센서가 더 엄격한 안정성 요건을 충족하고 장기 테스트를 견딜 수 있어야 합니다.

6. 정확성

정확도는 센서의 중요한 성능 지표이자 전체 측정 시스템의 측정 정확도에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 센서의 정확도가 높을수록 센서의 가격은 더 비쌉니다.

따라서 센서의 정확도는 전체 측정 시스템의 정확도 요구 사항만 충족하면 되며, 지나치게 높은 정확도를 선택할 필요가 없습니다.

이렇게 하면 동일한 측정 목적을 충족할 수 있는 여러 센서 중에서 더 저렴하고 간단한 센서를 선택할 수 있습니다.

측정 목적이 정성적 분석인 경우 반복성이 높은 센서를 선택해야 하며, 정량적 정확도가 뛰어난 센서를 선택할 필요는 없습니다.

정량 분석이 목적이고 정확한 측정값이 필요한 경우 요구 사항을 충족하는 정확도 수준의 센서를 선택해야 합니다.