가스센서의 종류, 감지 대상가스 및 특징에 대하여 설명하시오.

가스센서의 종류, 감지 대상가스 및 특징에 대하여 설명하시오.

1. 개 요
가스사고를 미연에 방지할 목적으로 각종 설비로부터 누출되느 가연성가스나 독성가스등 작업환경에서 인체에 영향을 주는 위험한 가스를 조기에 감지하여 재해를 미연에 방지하고 신속히 조치하기 위하여 가스검지기를 설치하여 사용한다. 이러한 가스검지기에 사용되는 센서에는 널리 적용되어온 접촉연소식과 다기능을 부여할 수 있는 반도체식 그리고 선택성과 측정 농도범위가 넓은 고체전해질식이 있으며, 이외에도 전기화학식, 표면탄성파, 유기반도체식 등이 있다.

2. 가스의 검지방식

1) 접촉연소방식
백금 필라멘트 주변에 백금 Palladium 등의 촉매를 놓고 내구처리를 가한 검지소자에 산소를 함유한 가연성가스가 접촉하게 되면 가연성 가스의 농도가 폭발하한계(LEL)이하에 있어도 접촉연소 반응을 일으킨다. 이 반응열로 검지소자의 온도가 상승하여 전기저항이 커지게 된다. 이 전기저항의 변화를 휘스톤 브릿지의 불평형 전압에서 전류변화를 검출한다. 장기 안정성에 우수하며 출력특성, 정도, 응답 특성이 좋아 소자의 수명이 길다.

2) 반도체 방식
금속산화물(SnO2,ZnO 등) 소결체에 2개의 전극(1개는 히터 겸용전극)을 밀봉하여 가열한 것으로 되어있다. 이 가스 검출소자는 환원성가스에 접촉하면 화학흡착이 생기며 반도체 소자내에서 자유 전자의 이동이 생기고 소자의 전기전도도가 증대한다. 이 증가량을 금속 산화물 내에 있는 백금선 코일 전극에 의해 출력으로 검출한다.

3) 격막 Galvanic 전지방식
귀금속(금)을 음극, 비금속(아연)을 양극으로한 두극을 전해액과 같은 용기에서 밀봉한 구조로 되어있고 기체 투과막으로 외부와 격리되어 있다. 격막을 투과한 산소가 음극에 도달하면 전극상에서 환원되어 산소농도에 비례한 전류가 발생한다. 이전류를 증폭하여 메터로 지시한다.

4) 격막전극식
전극은 작용 전극과 대전극을 내부액과 격막으로 밀봉한 구조로 되어 있고 이격막은 측정가스를 투과하는 성질을 갖고 있다. 전극부가 측정가스에 접촉되면 가스는 격막을 투과하여 내부에 들어가 내부액과 반응하여 작용전극의 전위변화가 생긴다. 이 전기신호의 변화를 검출하여 메터 지시 및 경보동작을 한다. 내부액 및 작용 전극은 검지대상 가스에 의해 다르다. 센서는 특수한 내부액을 사용하고 있으므로 장기간 감도가 유지된다. 응답이 빠르다. 안정성이 좋다. 선택성에 우수하다. 등의 장점을 갖고 있다.

5) 정전위 전해식
정전위 전해식 센서는 작용전극과 대전극을 전해액과 같이 격막으로 쌓인 구조로 되어있어 검지대상가스는 격막을 투과하여 전기 화학적 촉매로부터 작용전극에 흡착된다. 작용전극에는 미리 정전압 회로에 의해 일정한 전위가 걸려있어 가스는 전극표면에서 전기화학적으로 직접 산화하여 환원 반응을 일으킨다. 이에따라 정전위 전해에 의해 발생한 전류는 작용전극과 대전극사이에 접속된 저항 R을 통하여 흐르며 (산화반응의 경우) 그때 그때의 가스농도에 대응한 전해전류가 발생한다. 전해 전류는 각각의 가스농도에 비례한다.

6) 수소염 이온화 방식(FID 방식)
일반적인 기체는 상온상압에서는 도전성을 갖지 않지만 외부에서 특정 레벨 이상의 에너지를 가하면 기체분자가 이온화되며 도전성을 갖는다. 수소와 공기를 적당하게 배분 혼합하여 검지기의 버너에 넣고 점화하여 염을 만든다. 염부분에 콜렉타 전극을 설치, 버너와의 사이에 적당한 전압을 가한다. 공기중에 염화수소류가 있지 않으면 염의 전기저항은 매우 높아져 콜렉타 회로에 전류는 거의 흐르지 않지만 도입된 공기중에 염화수소가 함유되어 있으면 염화수소가 수소염의 에너지에 의해 이온화 시킴으로써 염이 도전성를 갖게 되어 콜렉타 회로에 전류가 흐르게 된다. 이 전류의 크기는 유량을 일정하게 할 경우 염화수소농도에 따라 결정되므로 이 전류를 측정함으로써 염화수소를 검지할수 있다. 본 방식은 매우 적은량의 염화수소를 정도(程度) 높게 검지하여 무기가스(CO,H2)의 간섭, 습도의 영향을 전혀 받지 않는다.

3. 결 론
가스누설을 검지하는 대표적인 가스검지기는 가스검지방식에 따라 화학적 분석법인 열반응법을 이용하여 전기저항이 온도에 비례하는 원리를 이용한 접촉연소식, 물리적 분석법으로 반도체의 전도도가 분위기 가스의 흡착에 의해 변화하는 원리를 이용하여 다기능을 부여할 수 있는 반도체식, 물리적 분석법으로 수소 불꽃속에 탄화수소가 들어가면 불꽃의 전기전도도가 증대하는 현상을 이용한 이온화 전도도법의 수소염이온화식 그리고 선택성과 측정 농도범위가 넓은 고체전해질식이 있으며, 이외에도 전기화학식, 표면탄성파, 유기반도체식 등이 있다.