KR0158977B1 - 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 가스센서의 저항값을 단시간내에 측정 가능하고, 이 가스센서를 세트에 적용시 오동작에 따른 초기 불량을 최소화하여 센서의 신뢰성을 향상하기 위하여, 전원 스위치를 온하여 전원회로로부터 가스센서의 발열체에 안정된 전원을 수십초간 공급하여 청색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계에 의해 전원을 인가한 상태에서 초기 지연회로에 의한 경보 지연후, 가스센서의 크리닝 회로를 작동 및 차단하는 단계와; 상기 단계후, 가스 경보의 농도를 선택하기 위하여 가스 감지회로를 작동하는 단계와; 상기 단계후, 가스 누출이 감지되면, 가스 감지회로의 비교기가 작동하여 황색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계후, 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연회로가 작동하여 설정된 시간이후에 부저가 울리는 단계와; 상기 가스 감지회로 작동후, 가스 누출이 감지되지 않으면, 정상적인 회로 동작과 반복적으로 가스 감지회로 작동단계로 귀환되는 단계로 진행되는 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로에 관한 것이다.
Description
제1도는 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법의 일실시예를 나타낸 플로우 챠트도.
제2도는 이 발명에 의한 가스센서의 크리닝시 가스센서의 저항값을 종래와 비교한 그래프.
제3도는 이 발명에 의한 가스센서의 크리닝 후, 가스 경보 농도 측정값 및 그 편차를 종래와 비교한 도면.
제4도는 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 회로의 일실시예를 나타낸 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전원회로 20 : 초기 지연회로
30 : 센서 크리닝 회로 40 : 가스 감지회로
50 : 경보 지연회로 60 : 외부 표시회로
70 : 경보회로 80 : 센서 진단회로
90 : 유선 제어신호 출력단 100 : 무선 제어신호 출력단
TH1 : 가스센서 BZ1 : 부저
LED1,LED2 : 발광 다이오드 COMP1∼COMP4 : 비교기
Q1∼Q5 : 트랜지스터 R1∼R28 : 저항
C1∼C9 : 콘덴서 D1∼D10 : 다이오드
Z1 : 제너 다이오드 PT1 : 플라이백 트랜스포머
U1 : 정전압 IC S1∼S12 : 크리닝 단계
이 발명은 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화합물 반도체인 SnO2(Tin Dioxide) 가스센서의 특성을 단시간내에 안정화하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로에 관한 것이다.
일반적으로 가스센서는 SnO2재료의 화합물 반도체로 제조되며, 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas), 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)등의 가연성 가스의 누출 정도를 감지하여 외부에 표시장치 또는 경보장치등에 의해 알려줌으로써, 가스 누출에 따른 폭발사고를 미연에 방지하기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다.
한편, 상술된 가스센서는 그 재료적인 특성상 설치 환경요인에 따른 수분 및 잡가스등에 의해 쉽게 오염되기 때문에 사용 초기에는 수일동안 오동작이 많이 발생되고 있는 실정에 있다. 따라서 상기 가스센서는 그 특성을 안정화하기 위하여 제조 후, 수시간 또는 수일간 내부적으로 통전을 실행하여 에이징(Aging)하는 공정 단계를 반드시 수행하도록 하고 있다.
또한, 상기 가스센서는 그 제조단계에서 안정된 저항값을 측정하기 위해서 통전상태에서 수일간 기다려야 하므로 생산성 자체에 문제가 많은 단점이 있다.
또한, 상기 가스센서는 세트에 적용후에도 무통전 방치시(전원을 오프한 상태임) 외부 인자에 의해 쉽게 오염되기 때문에, 재통전후에도 초기 상태의 불안전 특성이 나타나게 되어 오동작이 많이 발생하게 되는 단점이 있다.
따라서 이 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로서, 이 발명의 목적은 가스센서의 오염상태를 신속하게 제거하여 줌으로써 센서 자체의 오동작을 최소화하기 위한 가스센서의 크리닝 방법을 제공함에 있다.
또한 이 발명의 다른 목적은 가스센서 자체에 센서 크리닝 및 센서 진단회로를 접속 채용함으로써 센서를 단시간내에 크리닝함과 동시에 센서의 작동 유/무와 가스감지에 따른 경보음을 외부에 알려줄 수 있는 가스센서의 크리닝 회로를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법의 특징은, 전원 스위치를 온하여 전원회로로부터 가스센서의 발열체에 안정된 전원을 수십초간 공급하여 청색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계에 의해 전원을 인가한 상태에서 초기 지연회로에 의한 경보 지연후, 가스센서의 크리닝 회로를 작동 및 차단하는 단계와; 상기 단계후, 가스 경보의 농도를 선택하기 위하여 가스 감지회로를 작동하는 단계와; 상기 단계후, 가스 누출이 감지되면, 가스 감지회로의 비교기가 작동하여 황색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계후, 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연회로가 작동하여 설정된 시간이후에 부저가 울리는 단계와; 상기 가스 감지회로 작동후, 가스 누출이 감지되지 않으면, 정상적인 회로 동작과 반복적으로 가스 감지회로 작동단계로 귀환되는 단계로 이루어지는 점에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 회로의 특징은, 교류전원을 입력으로 하여 트랜스포머, 다이오드 및 제너 다이오드를 통하여 전파 정류하고, 상기 전파 정류된 직류 전압을 정전압 IC에 의해 소정 전압으로 출력하여 각 회로에 공급하는 전원회로와; 상기 전원회로로부터 최초의 전압원 인가시 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연신호를 출력하는 초기 지연회로와; 상기 전원회로로부터의 안정된 정전압을 가스센서의 발열체에 수십초동안 공급하여 센서의 표면을 가열 크리닝하는 센서 크리닝 회로와; 상기 가스센서의 크리닝 후, 비교기의 기준전압을 조정하여 설정된 가스농도에 따른 감지된 소정 신호를 출력하는 가스 감지회로와; 상기 가스 감지회로로부터 기준치 이상의 가스를 감지하였을 경우 외부 표시회로의 황색 발광다이오드를 점등시킴과 동시에 소정 시간동안 경보 지연신호를 출력하는 경보 지연회로와; 상기 경보 지연회로의 작동후, 일정시간이 경과한 다음 부저가 울리는 경보회로와; 상기 가스센서의 발열체가 끊어질 경우 센서의 이상유무를 감지하는 센서 진단회로로 구성되는 점에 있다.
이하, 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법의 일실시예를 나타낸 플로우 챠트도이다.
제1도를 참조하면, 상기 가스센서의 크리닝 방법은 먼저, 전원 스위치의 온 단계(S1)가 수행됨에 따라 전원회로로부터 가스센서의 발열체에 안정된 전원을 수십초간 공급하는 단계(S2)가 수행됨과 동시에 청색 다이오드를 발광하는 단계(S3)가 수행되어서 시스템 작동상태가 표시된다.
다음, 상기 단계(S2),(S3)에 의해 전원을 인가한 상태에서 초기 지연회로에 의한 경보 지연후, 가스센서의 크리닝 회로를 작동 및 차단단계(S4)를 한번에 연속적으로 수행하여 오염된 가스센서를 크리닝함으로써 일정한 저항값이 출력되도록 한다.
이에 대한 실험방법으로 발열체 저항이 30Ω이고, 정격전압이 5V이며, 정격전류가 0.1666A인 가스센서에 8V의 과전압과 0.266A의 과전류를 5초동안 공급한 결과 제2도의 B에 도시된 바와같이 통전시간(T)에 관계없이 일정한 센서 저항값(R)이 얻어지게 됨을 알 수 있었다. 이때, 그래프 A는 기존방법에 따라 가스센서에 수시간 통전후에 얻어지는 센서의 저항값(R)을 나타내고 있으며, 그래프 B는 이 발명에 따른 크리닝 회로 적용시 수초이내에 센서의 저항값(R)이 안정화되고 있음을 보여주고 있다.
그다음, 상술한 단계(S4) 후, 가스 경보의 농도를 선택하기 위하여 가스 감지회로가 작동단계(S5)가 수행되며, 가스 누출 여부 판별단계(S6)에서 가스 누출이 있으면, 가스 감지회로의 비교기가 작동되는 단계(S7)로 진행되며, 이와 동시에 황색 다이오드가 발광되는 단계(S8)로 진행한다.
한편, 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 후, 상기 가스 경보 농도 측정값 및 그 편차를 기존방법과 서로 비교하여 알아보기 위하여 제3도에 도시된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가스센서를 액화천연가스(LNG)에 적용시 가스누출에 따른 경보를 첫날에 3000PPM으로 설정한 후, 가스센서의 날짜 변화에 따른 가스 경보 농도를 측정한 결과 A의 종래 방법에서는 9일후에도 1300PPM의 편차(≒43%)가 발생되었으나, B의 이 발명에서는 1일후나 9일후에도 100PPM의 적은 편차(≒3%)만이 발생됨으로써 가스 누출 경보의 신뢰성이 매우 향상됨을 알 수 있었다.
그 다음, 상술한 단계(S7),(S8) 후, 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연회로 작동단계(S9)가 수행되고, 설정된 시간 이후에 경보회로의 부저울림 단계(S10)로 진행되어서 소정 레벨의 경보음이 발생된다. 또한 연속하여 단계(S11) 및 단계(S12)에 의해 유선 및 무선으로 직류전류가 발생되도록 함으로써 유선 출력기능과 무선 출력기능을 갖도록 한다.
이때, 상기 3개의 단계(S1∼S3)는 유선 제어신호 출력단(90)과 무선 제어신호 출력단(100)에 의해 제어됨이 바람직하고 그 해제 여부가 결정된다.
한편, 상기 가스누출여부 판별단계(S6)에서 가스 감지회로의 작동단계(S5) 후, 가스 누출이 감지되지 않으면, 정상적인 회로 동작단계(S11)와 반복적인 가스 감지회로의 작동단계(S5)로 귀환되도록 함으로써 가스 누출에 따른 감지 및 경보 동작이 이루어진다.
제2도는 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 회로의 일실시예를 나타낸 회로도로서, 제1도에 도시된 크리닝 방법을 세트상에서 직접 응용한 것이다.
제2도를 참조하면, 상기 가스센서의 크리닝 회로는 크게 교류전원을 입력으로 하여 정류된 정전압을 각 회로에 공급하는 전원회로(10)와, 상기 전원회로(10)로부터 최초의 전압원 인가시 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연신호를 출력하는 초기 지연회로(20)와; 상기 전원회로(10)로부터의 안정된 정전압을 가스센서(GS)의 발열체(TH1)에 수십초동안 공급하여 센서(S)의 표면을 가열 크리닝하는 센서 크리닝 회로(30)와; 상기 가스센서(GS)의 크리닝후, 비교기(COMP4)의 기준전압을 조정하여 설정된 가스농도에 따른 감지된 소정 신호를 출력하는 가스 감지회로(40)와; 상기 가스 감지회로(40)로부터 기준치 이상의 가스를 감지하였을 경우 외부 표시회로(60)의 황색 발광다이오드(LED1)를 점등시킴과 동시에 소정 시간동안 경보 지연신호를 출력하는 경보 지연회로(50)와; 상기 경보 지연회로(50)의 작동후, 일정 시간이 경과한 다음 부저(BZ1)가 울리는 경보회로(70)와; 상기 가스센서(GS)의 발열체(TH1)가 끊어질 경우 센서(S)의 이상유무를 감지하는 센서 진단회로(80)로 구성되어 있다.
또한, 상기 경보회로(70)의 출력단에는 유선 제어신호 출력단(90)이 접속되어 있고, 상기 경보회로(70)의 출력단과 전원회로 출력단에는 무선 제어신호 출력단(100)이 접속되어 있다.
한편, 전원회로(10)는 교류전원(AC) 입력단에 접속되며 센터탭을 갖는 트랜스포머(PT1)와, 상기 트랜스포머(PT1)의 센터탭 양단(V1),(V2)에 병렬 접속되며 2차코일에 유기된 기전력을 전파 정류하기 위한 제너 다이오드(Z1) 및 다이오드(D6),(D7)와, 상기 다이오드(D6),(D7)의 출력단에 접속 접지된 리플 제거용 콘덴서(C8)와, 상기 콘덴서(C8)의 출력단에 직렬로 접속 접지된 저항 및 청색 발광다이오드(LED2)로 구성되어 있다. 이때, 상기 전원회로(10)의 출력단에는 정전압 IC(U1)가 접속되어 차후에 설명될 각 회로에 소정 전원(≒6V)이 공급된다.
또한, 초기 지연회로(20)는 최초의 전원인가시 센서(S)의 오동작을 방지하기 위하여 설정된 기준값에 따른 비교된 지연신호를 출력하도록 하는 비교기(COMP3)와, 상기 비교기(COMP3)의 비반전 단자(-)에 접속된 콘덴서와, 상기 비교기(COMP1)의 출력단에 접속된 다이오드(D8)로 구성되어 있다. 여기서 미설명된 저항(R9),(R10),(R25) 및 다이오드(D1)는 전압 바이어스 및 전압 바이패스용 소자이다.
또한, 센서 크리닝 회로(30)는 가스센서(GS)를 수초이내에 크리닝하기 위하여 전압 스위칭용 트랜지스터(Q5),(Q6)와, 상기 일측 트랜지스터(Q5)의 베이스 단자에 병렬 접속된 저항(R25),(R26), 다이오드(D9) 및 콘덴서(C9)와, 상기 스위칭용 트랜지스터(Q5),(Q6)의 콜렉터 단자와 베이스 단자사이에 접속된 바이어스용 저항(R27),(R28)과, 상기 스위칭용 트랜지스터(Q6)의 에미터 단자와 전원 입력단사이에 접속된 전압 바이패스용 다이오드(D10)로 구성되어 있다.
또한, 가스 감지회로(40)는 누출된 가스를 감지하기 위한 가스센서(GS)와, 상기 가스센서(GS)의 출력단에 접속되어 가스 감지에 따른 소정 신호를 기준전압과 비교하여 소정 신호를 출력하는 비교기(COMP4)와, 상기 비교기(COMP4)의 비반전 단자(-)에 접속된 기준전압 조정용 가변저항(VR1)으로 구성되어 있다. 이때, 미설명된 콘덴서(C1),(C2)는 전압 바이패스용 소자이다.
또한, 경보 지연회로(50)는 상기 가스 감지회로(40)의 비교기(COMP4)의 출력단에 접속된 또다른 비교기(COMP2)와, 상기 비교기(COMP2)의 반전단자(+)에 접속된 콘덴서(C6)와 비반전 단자(-)에 접속된 분배저항(R17),(R18)으로 구성되어 있다. 여기서 미설명된 다이오드(D3) 및 저항(R16),(R18)는 전위 바이패스용 소자이다.
또한, 상기 경보 지연회로(50)의 입력단과 가스 감지회로(40)의 출력단에는 스위칭 트랜지스터(Q1)와 황색 발광다이오드(LED1)로 구성된 외부 표시회로(60)가 접속되어 있으며, 상기 경보 지연회로(50)의 비교기(COMP2)의 비반전 단자(-)와 가스센서(GS)의 발열체(TH1)의 일측 단자사이에는 다이오드(D5) 및 비교기(COMP1)로 구성된 센서 진단회로(80)가 접속되어 있다.
또한, 상기 경보 지연회로(50)의 출력단에는 자기 바이어스에 의한 스위치용 트랜지스터(Q4)가 접속되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q4)의 출력단에는 트랜지스터(Q3) 및 부저(BZ1)로 구성된 경보회로(70)가 접속되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 가스센서의 크리닝 회로는 전원회로(10)로부터 소정 전원이 인가되면, 센서 크리닝 회로(30)의 콘덴서(C9)가 완전히 충전되기전까지 스위칭 트랜지스터(Q5)의 베이스로 일정 전위가 흐르게 되므로 스위칭 트랜지스터(Q5),(Q6)가 동시에 턴온되고, 가스센서(GS)의 발열체(TH1)에 정격 전압보다 높은 전압을 약 20초동안 인가한 후, 상기 콘덴서(C9)가 충전이 완료된 시점에서 상기 스위칭 트랜지스터(Q5),(Q8)는 턴오프되므로 가스센서(GS)에는 정상적인 전원이 인가된다. 이때, 상기 센서 크리닝 회로(30)에 의해 가스센서(GS)는 단시간내에 안정화된다.
이어서, 가스 감지회로(40)의 비교기(COMP4)의 비반전 단자(-)에 접속된 가변저항(VR1)을 조절함에 따라 상기 비교기(COMP4)의 기준전압이 조절되어 가스 경보의 농도가 선택된다. 이때, 상기 비교기(COMP4)는 가스를 감지함에 따라 센서(S)의 저항값이 낮아져서 비교기(COMP4)의 입력 전압이 가스 경보 농도로 조절된 기준전압보다 작아지는 순간에만 가스 감지에 따른 소정신호가 출력되도록 한다.
또한, 상기 가스 감지회로(40)로부터 기준치 이상의 가스가 감지되는 순간 외부 표시회로(60)의 트랜지스터(Q1)가 온(ON)되어서 황색 발광다이오드(LED1)가 점등되며, 이와 동시에 경보 지연회로(50)가 동작되어서 콘덴서(C6)의 충전시간만큼 비교기(COMP2)를 통하여 지연신호가 출력되므로, 경보회로(70)는 소정의 지연시간을 가진 후, 부저(BZ1)를 울리도록 한다.
여기서, 상기 경보회로(70)는 센서 진단회로(80)의 비교기(COMP1)의 출력신호에도 동작하도록 함으로써 가스센서(GS)의 이상 유무를 체크가능케 한다.
마지막으로 최초의 전원인가시 가스센서(GS)가 오동작을 하여 가스 감지회로(40)로부터 오동작 신호가 발생하여도 초기 지연회로(20)가 동작하므로, 상기 초기 지연회로(20)의 콘덴서(C3)가 충전되는 동안 비교기(COMP3)의 차단신호에 의해 외부 표시회로(60) 및 경보회로(70)가 동작되지 않도록 한다.
이와 같이 구성되어 동작되는 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로에 의하면, 전원 스위치를 온하여 전원회로로부터 가스센서의 발열체에 안정된 전원을 수십초간 공급하여 청색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계에 의해 전원을 인가한 상태에서 초기 지연회로에 의한 경보 지연후, 가스센서의 크리닝 회로를 작동 및 차단하는 단계와; 상기 단계후, 가스 경보의 농도를 선택하기 위하여 가스 감지회로를 작동하는 단계와; 상기 단계후, 가스 누출이 감지되면, 가스 감지회로의 비교기가 작동하여 황색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계후, 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연회로가 작동하여 설정된 시간 이후에 부저가 울리는 단계와; 상기 가스 감지회로 작동후, 가스 누출이 감지되지 않으면, 정상적인 회로 동작과 반복적으로 가스 감지회로 작동단계로 귀환되는 단계로 진행되도록 함으로써 가스센서의 특성이 최단시간내에 안정화되어 가스 누출에 따른 정상적인 경보 동작이 이루어지게 된다.
따라서 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로는, 가스센서의 오염상태를 신속하게 제거하여 줌으로써 센서 자체의 오동작을 최소화할 수 있고, 가스센서 자체에 센서 크리닝 및 센서 진단회로를 접속 채용함으로써 센서를 단시간내에 크리닝함과 동시에 센서의 작동 유/무를 외부에 알려줄 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한, 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로는 가스센서의 제조공정상에 적용시 가스센서의 저항값을 최단시간내에 측정 가능하므로 가스센서의 제조에 따른 신뢰성과 생산성을 배가할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 이 발명에 따른 가스센서의 크리닝 방법 및 그에 따른 회로는, 본 실시예에서 가스 경보기를 일예로 하여 기술되었지만, 가스 경보기 뿐만 아니라 가스 감지에 필요한 가스렌지, 에어크리너등의 각종 전자제품에 적용 가능하기 때문에 이 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에서 본 실시예에 설명된 내용에 국한되지 않고 다양한 변조 변화가 가능함은 자명하다.
Claims (2)
- 전원 스위치를 온하여 전원회로로부터 가스센서의 발열체에 안정된 전원을 수십초간 공급하여 청색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계에 의해 전원을 인가한 상태에서 초기 지연회로에 의한 경보 지연후, 가스센서의 크리닝 회로를 작동 및 차단하는 단계와; 상기 단계후, 가스 경보의 농도를 선택하기 위하여 가스 감지회로를 작동하는 단계와; 상기 단계후, 가스 누출이 감지되면, 가스 감지회로의 비교기가 작동하여 황색 다이오드를 발광하는 단계와; 상기 단계후, 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연회로가 작동하여 설정된 시간 이후에 부저가 울리는 단계와; 상기 가스 감지회로 작동후, 가스 누출이 감지되지 않으면, 정상적인 회로 동작과 반복적으로 가스 감지회로 작동단계로 귀환되는 단계로 이루어지는 가스센서의 크리닝 방법.
- 교류전원을 입력으로 하여 트랜스포머, 다이오드 및 제너 다이오드를 통하여 전파 정류하고, 상기 전파 정류된 직류 전압을 정전압 IC에 의해 소정 전압으로 출력하여 각 회로에 공급하는 전원회로와; 상기 전원회로로부터 최초의 전압원 인가시 센서의 오동작을 방지하기 위하여 경보 지연신호를 출력하는 초기 지연회로와; 상기 전원회로로부터의 안정된 정전압을 가스센서의 발열체에 수십초동안 공급하여 센서의 표면을 가열 크리닝하는 센서 크리닝 회로와, 상기 가스센서의 크리닝 후, 비교기의 기준전압을 조정하여 설정된 가스농도에 따른 감지된 소정 신호를 출력하는 가스 감지회로와, 상기 가스 감지회로로부터 기준치 이상의 가스를 감지하였을 경우 외부 표시회로의 황색 발광다이오드를 점등시킴과 동시에 소정 시간동안 경보 지연신호를 출력하는 경보 지연회로와; 상기 경보 지연회로의 작동후, 일정시간이 경과한 다음 부저가 울리는 경보회로와; 상기 가스센서의 발열체가 끊어질 경우 센서의 이상유무를 감지하는 센서 진단회로로 구성되는 가스센서의 크리닝 회로.
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