KR101174373B1 - 재검교정이 가능한 가스 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정확한 가스 누출을 감지할 수 있게 한 가스 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템에 관한 것으로서, 가스센서를 모듈화하여 가스센서를 탈착 가능하게 하여 센서의 보증 연한으로 인하여 발생되는 검교정 주기에 맞추어 가스센서모듈을 재검교정하여 교체함으로써 가스 누출 감지의 정확도를 재 확보하고 센서의 교체주기를 연장하여 가스 센서의 수명을 늘릴 수 있는 있을 뿐만 아니라, 가스 경보 시스템을 안전관리회사(도시가스 회사 등)에 일임하여 관리함으로써 좀더 효율적이며 주기적으로 관리할 수 있는 가스 경보 시스템에 관한 것이다.

Description

재검교정이 가능한 가스 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템{gas alarm system with detachable gas sensor module including recalibration function}

본 발명은 가스 경보 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 보다 정확한 가스 누출을 감지할 수 있게 한 가스 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는 가스센서를 모듈화하여 가스센서를 탈착 가능하게 하여 센서의 보증 연한으로 인하여 발생되는 검교정 주기에 맞추어 가스센서모듈을 재검교정하여 교체함으로써 가스 누출 감지의 정확도를 재 확보하고 센서의 교체주기를 연장하여 가스 센서의 수명을 늘릴 수 있는 있을 뿐만 아니라, 가스 경보 시스템을 안전관리회사(도시가스 회사 등)에 일임하여 관리함으로써 좀더 효율적이며 주기적으로 관리할 수 있는 가스 경보 시스템에 관한 것이다.

가스의 누출을 감지하기 위한 수단으로 다양한 종류의 가스누출경보수단이 사용되고 있다.

이러한 가스누출경보수단들을 구성하는 가스센서들 중 특히 많이 사용되는 가스센서로는 접촉연소식 가스센서가 있으며, 이는 가연성 가스와 산소가 반응할 때 발생되는 반응열을 전기적 신호로 변환하여 가스를 감지하는 것이다.

이러한 접촉연소식 가스센서는 촉매가 내장된 금속 열선에 전원을 인가하여 이로 인한 반응열을 측정한다. 따라서, 촉매의 연소반응을 이용하기 때문에 열화가 발생 될수록 연소반응이 약해져서 감도가 점차 저하되게 될 뿐만 아니라, 설치된 환경(온도/습도 등)에 따라서도 초기 교정된 상태와 다르게 동작할 수 있다.

접촉연소식이 아닌 가스센서의 경우도 측정성능에 대한 보증연한을 12개월 혹은 24개월로 하여 초기 검정 및 교정(이하, "검교정"이라한다)된 상태로 동작을 보증하고, 그 이상에 대해서는 재교정하여 사용하도록 권장하고 있다.

이러한 가스누출경고수단 또는 시스템의 단점에 대한 방안으로 수명이 경과된 가스 센서만을 교체하는 경보 시스템이 개발되어 출시되었지만 번거롭게 센서를 교체해야 하기 때문에 지속적인 신규 센서의 구매비용이 발생되고, 교체주기를 파악하기도 소비자 입장에서 어려울 뿐만 아니라, 교체된 센서가 가스알람 시스템에 적합한지를 판단할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 가스센서를 포함하는 센서모듈과 가스누출을 알리는 경보모듈을 따로 구성하고 센서모듈을 경보모듈에 탈착가능하게 설치할 수 있게 하여 센서모듈이 용이하게 탈부착되게 한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 노후된 가스센서를 구비한 센서모듈을 검교정장치를 이용하여 검정 및 교정한 후 재 사용할 수 있게 함으로서 가스센서를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 센서의 노후에도 정확한 가스 누출 경보를 할 수 있게 한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명에 의한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템은 (A) 각종 가스농도를 측정하는 가스센서와, 상기 가스센서에서 감지된 신호를 증폭하는 증폭기와, 온도보정을 위한 온도센서와, 아날로그값을 디지털로 변환시켜주는 변환기와, 환경에 따른 변수값이 저장된 메모리와, 각 구성요소를 제어하는 제어기를 포함하는 센서모듈과 ; (B) 상기 센서모듈로부터 감지된 가스농도를 표시하고 알리는 표시부와, 외부입력 AC전원을 경보시스템에 DC전압으로 변환하여 공급하는 전원부 및, 상기 센서모듈로부터 측정된 가스 농도값을 디지털로 입력받아 표시부에 표시하고 감지된 가스의 양이 설정값 이상일 경보를 발생시 제어부를 포함하는 경보모듈 및 ; (C) 상기 센서모듈과 경보모듈을 탈착가능하게 연결하는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템은 센서모듈에 구비된 센서의 노후 상태를 확인할 수 있도록 메모리에 최초출시일, 교정횟수, 작업자, 고객센터, 재검교정 가능횟수, 센서종류정보, 측정주기, 재검교정 정보, 및 경보이력정보가 저장된 것이 바람직하다.

또한, 경보모듈에도 메모리를 더 구비하고, 센서모듈이 사용하는 고객정보, 동작이상정보를 저장할 수 있다.

또한 보다 바람직한 본 발명의 가스 경보 시스템은 상기 센서모듈을 교정장치를 이용하여 재 검교정하여 다시 사용할 수 있게 하는 것이 바람직하고, 상기 교정장치에서의 교정 방법은 센서가 노후됨에 따라 출력값이 낮아진 만큼 증폭기의 증폭도를 높여 조절하는 것이다.

본 발명은 가스센서를 모듈화하여 경보모듈에 탈착시킬 수 있게 구성함으로서 가스센서의 보증 연한으로 인하여 발생되는 검교정 주기에 맞추어 가스센서모듈을 재검교정하여 교체함으로써 가스 누출 감지의 정확도를 유지할 수 있으며, 이렇게 누출 감지 정확도가 유지되는 센서모듈을 다시 활용함으로서 가스 경보 시스템의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 가스 경보 시스템을 도시가스 등의 안전관리회사에 일임하여 관리함으로써 좀 더 효율적이며 주기적으로 가스 누출 경보 시스템을 유지 관리할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 사용연한이 된 가스센서의 수명을 수차례 재검교정하여 사용할 수 있도록 모듈화하여 경보모듈로부터 탈착시킬 수 있게 하여 노후된 가스 센서모듈을 보정하여 경보모듈에 탈부착방식으로 교체하여 지속적으로 사용함으로써 센서 수명에 따른 경보기 시스템 전체를 교체해야하는 경제적 비용을 획기적으로 절감하고, 검교정된 가스센서모듈을 사용함으로써 보다 안전한 가스 경보기를 각 가정에 보유하고 운영할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템이 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 가스 경보 시스템에 구비된 가스 센서모듈의 구성도이고,
도 3은 가스센서의 감지 범위에 따른 출력변화를 도시한 도표이고,
도 4는 가스센서의 노후에 따른 출력 변화를 도시한 도표이고,
도 5는 가스의 노후에 따른 출력값의 특성 변화 및 센서 경보 위치에서의 경보영역의 변화를 나타낸 도표이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명에 의한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템은 가스의 누출을 감지하는 가스센서의 노후에 따른 간지 능력의 저하에 대응하여 출력을 조절하여 가스센서가 보다 정확한 가스 누출을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 가스센서의 수명을 연장시켜 장시간 사용할 수 있게 하기 위한 것으로 가스 센서를 포함하는 센서모듈(1)과, 상기 센서모듈(1)이 탈착가능하게 결합되는 경보모듈(2)을 포함한다.

즉, 경보모듈(2)은 가스를 사용하는 수용가에 고정 설치되어 있고, 센서모듈(1)은 이러한 경보모듈(2)에 탈착가능하게 연결될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 센서모듈(1)은 실제로 누출된 가스를 검출하는 검출수단이고, 경보모듈(2)은 상기 센서모듈(1)에서 감지된 가스 누출 신호에 따라 경보를 알리는 수단이다.

상기 센서모듈(1)은 각종 가스농도를 측정하는 가스센서(11)와, 상기 가스센서(11)를 제어하기 위한 센서제어부(12)를 포함하고 있다.

상기 센서제어부(12)는 상기 가스센서(11)에서 감지된 신호를 증폭하는 증폭기(121)와, 온도보정을 위한 온도센서(122)와, 아날로그값을 디지털로 변환시켜주는 변환기(123)와, 환경에 따른 변수값이 저장된 메모리(124)와, 각 구성요소를 제어하는 제어기(125)를 포함한다.

상기 증폭기(121)는 가스센서(11)에서 감지된 신호를 증폭하기 위한 수단으로 출력을 가변적으로 증폭할 수 있으며, 증폭율을 보다 용이하게 조절할 수 있도록 PGA(Programmable Gain Amplifier)로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 가스 경보 시스템에 구비된 가스센서(11)는 도 3에 도시한 바와 같이, 검출된 가스의 농도에 따라 지속적으로 출력이 증가하지만, 시간이 경과함에 따라 도 4에 도시한 바와 같이 출력변이가 발생하여 출력값이 감소하게 된다.

이렇게 출력이 감소함에 따라 도 5에 도시한 바와 같이, 가스 농도에 따른 출력의 변이가 달라지고, 센서에서 출력은 낮아진데 반하여 경보모듈에 설정된 경보 발생 범위는 그대로 유지되고 있으므로 동일한 가스가 누출되어도 경보발생모듈에서는 경보를 발령하지 않게 된다.

이렇게 센서가 노후되어 출력이 낮아졌을 때 출력을 높여주기 위한 수단이 상기한 증폭기(121)이이다.

상기 온도센서(122)는 가스가 배출된 공간의 온도에 따라 가스센서의 출력을 보정하기 위하여 실내 온도를 감지하는 수단이다.

상기 변환기(123)는 증폭기(121)에서 증폭된 아날로그 형태의 가스 검출 정보를 디지털로 변환하는 것으로 통상의 아날로그 디지털 변환기의 하나를 선택하여 구성될 수 있다.

상기 메모리(124)는 각종 환경 변수값을 저장하기 위한 수단으로 환경변수는 장시간 사용에 의한 센서의 노후에 따른 특성 변화를 확인하기 위한 것으로서, 최초출시일, 교정횟수, 작업자, 고객센터, 재검교정 가능횟수, 센서종류정보, 측정주기, 재검교정 정보, 및 경보이력정보 등을 포함한다.

상기 제어기(125)는 상기 가스센서(11)를 포함하는 센서모듈(1)의 전체 작동을 제어하고 동작시키는 역할을 하는 것으로 소형 MCU(machine control unit)로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 센서모듈(1)로부터 감지된 정보로부터 가스의 누출 상태를 알리기 위한 수단이 상기 경보모듈(2)이고, 이 경보모듈은 상기 센서모듈(1)로부터 감지된 가스농도를 표시하고 알리는 표시부(22)와, 외부입력 AC전원을 경보시스템에 DC전압으로 변환하여 공급하는 전원부(23) 및, 상기 센서모듈로부터 측정된 가스 농도값을 디지털로 입력받아 표시부에 표시하고 감지된 가스의 양이 설정값 이상일 경보를 발생시 제어부(21)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 가스 경보 시스템은 전술한 바와 같이 센서모듈(1)을 경보모듈(2)에 용이하게 탈착시킬 수 있게 한 것이 바람직하므로 상기 센서모듈(1)과 경보모듈(2)을 탈착가능하게 연결하는 커넥터(10, 20)를 포함하고 있으며, 상기 커넥터(10, 20)로는 통상적으로 컴퓨터에 사용되는 슬롯 방식의 접속 구조나 USB포트 등 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명에 의한 가스 경보 시스템에서 상기 경보모듈(2)은 다른 센서모듈(1)이 설치될 수 있으므로 센서모듈(1)이 설치되는 수용가의 정보인 고객정보, 동작이상정보가 저장되는 메모리를 더 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 센서모듈(1)이 경보모듈(2)에 연결되면 경보모듈은 센서모듈의 각종 정보를 읽어 메모리에 저장하고, 센서모듈에는 경보모듈의 고유고객번호가 교체될 때마다 다운로드 된다. 이것은 검교정 연한되어 센서모듈이 교체되어도 고정되어 있는 경보모듈의 고유고객번호가 센서모듈에 기록되어 있기 때문에 가스경보에 대한 이력정보 등에 대한 데이터베이스를 관리를 할 수 있도록 한 것이다.

또한, 이와 같은 방법으로 본 발명에 의한 가스 경보 시스템을 구성함으로서 탈착된 가스 센서모듈을 반드시 동일한 고객에서 설치하지 않아도 되므로 운영을 보다 용이하게 할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템은 전술한 바와 같이 센서모듈(1)을 검교정하여 다시 사용할 수 있게 하였고, 이러한 센서모듈(1)을 검교정은 검교정장치에 의해 이루어진다.

상기 검교정장치에 의해 이루어지는 검교정은 센서가 노후됨에 따라 출력값이 낮아진 만큼 높여 출력하도록 증폭기의 증폭도를 조절하는 것이다.

즉, 본 발명의 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템에서 센서모듈의 재검교정은 다음과 같이 이루어진다.

센서의 초기 보증연한(1년 혹은 2년)을 넘긴 제품에 대해서 가정 내의 안전점검에 따른 주기적인 고객방문시(2회/1년, 도시가스 안전점검)에 경보시스템의 경보모듈(2)의 표시부(22)를 확인하여 센서의 검교정 주기가 도래된 것은 확인하고, 준비된 재검교정 센서모듈로 탈부착하여 교체함으로써 경보시스템이 새 제품과 동일하게 동작하도록 한다.

이때 경보모듈(2)로부터 분리된 센서모듈(1)은 별도로 분류하여 재검교정 센터로 이관되며, 이관된 센서모듈은 데이터베이스화된 정보기록 기록 장치에 의하여 고유고객번호에 대한 각종 이력정보를 기록한 후, 검교정장치에 의하여 재 검교정되어 수명을 기존 1회용 가스센서보다 수배로 연장하여 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 통상의 가스 경보 시스템에 구비된 대부분의 가스 센서는 감지범위에 해당되는 출력값을 다양한 형태로 출력해준다. 예를 들면 20nA/ppm의 경우에는 1ppm의 출력을 20nA로 출력한다.

도 3에는 누출 감지 범위가 0 ~1,000 ppm인 센서의 가스 량에 따른 출력변화를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 누출되는 가스의 양에 비례하여 출력이 변하며, 사용기간이 경과함에 따라 도 4에 도시한 바와 같이 출력이 낮아지게 된다.

따라서, 센서의 사용기간에 따른 출력변이가 발생되면 감지범위에 대한 출력값도 떨어져 도 5에 도시한 바와 같이 동일한 가스의 양에도 불구하고 출력이 낮아지게 된다.

이와 같은 출력값의 특성변화를 예측하고 온도에 대한 보상을 수치상으로 계산하여 산출된 상수값에 따라 증폭기의 증폭도를 조절하여 센서모듈을 재 검교정하고 이에 동반된 각종 상수값을 센서모듈의 메모리에 저장한다.

그리고 실질적으로 센서에서 측정된 가스농도에 따른 아날로그값을 디지털값으로 A/D 변환하고 메모리에 기록된 재검교정 정보를 이용하여 보정하고 경보모듈로 전송하게 된다.

이러한 재 검교정을 위한 장치는 검교정을 위한 프로그램을 구비한 컴퓨터로 구성될 수 있다.

컴퓨터는 보정 기한이 경과된 센서모듈의 출력 특성값을 측정하여 기준 가스에 대한 출력값을 정밀측정하고, 온도 등에 대한 재검교정 및 보정알고리즘을 사용하여 증폭기의 증폭값 및 온도 보상값 등을 수정 및 보정하여 센서모듈의 정보기록장치인 메모리에 기록하여 센서모듈의 재검교정을 실시한다.

1 : 센서모듈
11 : 가스센서
12 : 센서제어부
121 : 증폭기
122 : 온도센서
123 : 변환기
124 : 메모리
125 : 제어기
2 : 경보모듈
21 : 제어부
22 : 표시부
23 : 전원부

Claims (4)

1. (A) 각종 가스농도를 측정하는 가스센서와, 상기 가스센서에서 감지된 신호를 증폭하는 증폭기와, 가스가 배출된 공간의 온도에 따라 상기 가스센서의 출력을 보정하기 위하여 실내 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 증폭기에서 증폭된 아날로그 형태의 가스 검출 정보를 디지털로 변환하는 변환기와, 환경에 따른 변수값과 최초출시일, 교정횟수, 작업자, 고객센터, 재검교정 가능횟수, 센서종류정보, 측정주기, 재검교정 정보, 및 경보이력정보가 저장된 메모리와, 상기 가스센서, 증폭기, 온도센서, 변환기 및 메모리를 제어하는 제어기를 포함하는 센서모듈과 ;
   (B) 상기 센서모듈로부터 감지된 가스농도를 표시하고 알리는 표시부와, 외부입력 AC전원을 경보시스템에 DC전압으로 변환하여 공급하는 전원부 및, 상기 센서모듈로부터 측정된 가스 농도값을 디지털로 입력받아 표시부에 표시하고 감지된 가스의 양이 설정값 이상일 경우 경보를 발생시키는 제어부를 포함하는 경보모듈;
   (C) 상기 센서모듈과 경보모듈을 탈착가능하게 연결하는 커넥터; 및
   (D) 상기 가스센서의 노후화에 따라 낮아진 출력값 만큼 출력값을 높여 출력하도록 상기 증폭기의 증폭도를 조절하고 상기 증폭기의 증폭도에 대한 정보를 상기 센서모듈의 메모리에 저장하여 데이터베이스화하는 검교정장치;를 포함하고,
   상기 센서모듈은 상기 온도센서에 의해 보정된 상기 가스센서의 출력을 수치상으로 계산하여 산출된 상수값에 따라 상기 증폭기의 증폭도를 조절하고, 상기 상수값을 상기 메모리에 저장하고,
   상기 경보모듈에는 메모리를 더 구비하고, 상기 메모리에는 고객정보, 동작이상정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 탈부착 할 수 있는 가스 경보 시스템.
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