KR101325267B1 - 휴대용 접촉연소식 가스센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열을 발생시키는 감지부와 일정한 온도를 유지하는 보상부를 격리시켜 측정시 보상부에 열이 전달되지 않게 되어 측정 오차가 발생하지 않는 휴대용 접촉연소식 가스센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 감지부 소자를 마주보는 한 쌍의 감지폴에 연결 고정하여 감지부를 구성하고, 상기 보상부 소자를 마주보는 한 쌍의 보상폴에 연결 고정하여 보상부를 구성하되, 상기 보상폴은 제1지지판을 관통 결합되고, 상기 감지폴은 제2지지판을 관통 후 제1지지판을 관통 결합 구성하여, 상기 감지부와 보상부에는 메쉬 커버가 씌워져 결합되고, 상기 감지폴과 보상폴은 가스누설 감지기의 센서 어셈블리에 연결된 상태로 측정시, 상기 감지부와 보상부가 제1지지판에 의해 적층 형태로 분리되어 측정시 감지부의 가열에 의한 열이 보상부에 영향을 미치지 못하도록 구성하여; 감지부에서 발생되는 열이 보상부로 전달되지 못해 보상부에 기준값이 변화되지 않게 되어 오차가 없는 정확한 측정이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 휴대용 접촉연소식 가스센서에 관한 것으로, 특히 열을 발생시키는 감지부와 일정한 온도를 유지하는 보상부를 격리시켜 측정시 보상부에 열이 전달되지 않게 되어 측정 오차가 발생하지 않는 휴대용 접촉연소식 가스센서에 관한 것이다.
최근 산업의 급속한 발전에 따라서 각종 가연성가스와 유독성 가스가 생산, 저장, 운송, 사용, 폐기되면서 가스의 누설사고가 많이 발생하고 있다. 이러한 사고를 미연에 방지할 목적으로 각종 설비로부터 누출되는 가연성 가스나 독성가스를 조기에 감지하여 재해를 미연에 방지함은 물론, 신속히 조치하기 위해 산업용 가스누설 감지기를 설치하여 사용하고자 하는 요구가 급속히 높아지고 있다.
이러한, 상기 가스누설감지기 시스템은 폭발성 가스 및 유독성 가스의 누설위험장소에 설치되어 상시 감시하면서 가스의 누설시 즉각적으로 감지하여 경보 및 안전 차단 등의 조치를 취함으로써 인명 및 재산상의 재해를 사전에 예방하는 데 그 목적을 두고 개발된 것이다.
즉, 탄화수소 계열의 가연성 가스들을 감지하는 장비들은 측정형태에 따라 대기확산식과 자동흡입식으로 분류되며, 사용되는 센서들의 측정원리에 따라서 반도체식, 접촉연소식 및 전기화학식 등으로 분류된다.
이 중, 접촉연소식(catalytic combustion type)의 가연성 가스센서는 세라믹 계통의 담체(carrier)물질 안에 금속제 열선을 이용한 발열부가 설치된 구조로 되어 있다.
이때, 담체 안의 금속열선에 전원을 인가하여 담체를 가열하면, 담체 주변의 가연성 가스가 가열된 담체에 접촉하면서 산소와 반응하여 연소반응이 일어나며 그 결과 반응열이 발생한다.
이러한, 가연성 가스의 연소로 인한 반응열로 금속열선의 온도가 올라갈수록 저항이 증가하여 그 부분에 걸리는 전압이 올라가게 되므로, 금속열선에 걸리는 전압을 측정하면 역으로 가스농도를 계산할 수 있게 된다.
이와 같이, 접촉연소식 가스센서는 가연성 가스와 산소가 반응할 때 발생하는 반응열을 전기신호로 변환하여 감지하는 방식의 센서이며, 그 안에 열선이 내장되어 있어 열선식(hot wire type) 센서라고 부르기도 한다.
그러나, 종래의 접촉연소식 가스센서는 감지부와 보상부가 한 공간에서 마주보게 설치되어 가연성 가스의 감지로 인해 감지부에서 고온의 열 반응이 일어나면 보상부쪽으로 열이 영향을 미치는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 접촉연소식 가스센서는 감지부에서 발생되는 고온의 열이 보상부에 영향을 미쳐 기준값 역할을 하는 보상 값이 변화되어 정확한 기준 측정이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
아울러, 종래의 접촉연소식 가스센서는 고정된 상태로 설치되어 가연성 가스가 누출될 수 있는 곳에 고정 설치되어 사용상 제약점이 있었다.
이로 인하여, 감지부와 보상부를 격리시켜 가연성 가스를 감지한 감지부의 열 반응에 따른 고온의 열이 보상부에 영향을 미치지 않도록 하는 가스센서와, 분할 형태의 가스센서를 이용하여 휴대할 수 있는 이동식 가스누설감지기가 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 감지부와 보상부가 설치되는 공간을 지지판으로 분리와 동시에 격리시키는 휴대용 접촉연소식 가스센서를 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 감지부와 보상부가 지지판으로 격리되어 있어 감지부에서 발생되는 열이 보상부로 전달되는 것을 방지하도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 감지부에서 발생되는 열이 보상부로 전달되지 못해 보상부에 기준값이 변화되지 않게 되어 오차가 없는 정확한 측정이 이루어 지도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가연성 가스와 산소에 노출된 상태에서 전압이 인가되면 300℃ 이상의 고온으로 가열되는 감지부 소자와 가연성 가스 및 산소의 존재와 상관없이 일정한 온도를 유지하는 보상부 소자가 동일 공간에서 마주보게 형성되는 접촉 연소식 가스센서에 있어서, 상기 감지부 소자를 마주보는 한 쌍의 감지폴에 연결 고정하여 감지부를 구성하고, 상기 보상부 소자를 마주보는 한 쌍의 보상폴에 연결 고정하여 보상부를 구성하되, 상기 보상폴은 제1지지판을 관통 결합되고, 상기 제1,2지지판은 열 전도율이 낮은 금속이나 비금속으로 구성하여, 상기 감지부와 보상부에는 제2지지판과 닿는 부분에는 가연성 가스와 산소가 유동할 수 없는 띠가 형성된 메쉬 커버가 씌워져 결합되고, 상기 감지폴은 제2지지판을 관통 후 제1지지판을 관통 결합 구성하여, 상기 감지부와 보상부에는 메쉬 커버가 씌워져 결합되고, 상기 감지폴과 보상폴은 가스누설 감지기의 센서 어셈블리에 연결된 상태로 측정시, 상기 감지부와 보상부가 제1지지판에 의해 적층 형태로 분리되어 측정시 감지부의 가열에 의한 열이 보상부에 영향을 미치지 못하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 휴대용 접촉연소식 가스센서를 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 감지부와 보상부가 지지판으로 격리되어 있어 감지부에서 발생되는 열이 보상부로 전달되는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.
더불어, 감지부에서 발생되는 열이 보상부로 전달되지 못해 보상부에 기준값이 변화되지 않게 되어 오차가 없는 정확한 측정이 이루어 지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 접촉연소식 가스센서를 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 접촉연소식 가스센서를 나타낸 결합사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가스누설 감지기를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 감지부를 나타낸 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 보상부를 나타낸 상세도,
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 가스누설감지기에 가연성 가스가 존재하지 않을 경우의 단자들 간의 전압 분포를 나타낸 측정 개념도,
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 가스누설감지기에 가연성 가스가 존재할 경우의 단자들 간의 전압 분포를 나타낸 측정 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 접촉연소식 가스센서를 나타낸 결합사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가스누설 감지기를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 감지부를 나타낸 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 보상부를 나타낸 상세도,
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 가스누설감지기에 가연성 가스가 존재하지 않을 경우의 단자들 간의 전압 분포를 나타낸 측정 개념도,
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 가스누설감지기에 가연성 가스가 존재할 경우의 단자들 간의 전압 분포를 나타낸 측정 개념도이다.
이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 휴대용 접촉연소식 가스센서는 가연성 가스와 산소에 노출된 상태에서 전압이 인가되면 300℃ 이상의 고온으로 가열되는 감지부 소자(11)와 가연성 가스 및 산소의 존재와 상관없이 일정한 온도를 유지하는 보상부 소자(21)가 동일 공간에서 마주보게 형성되고, 상기 감지부 소자(11)와 보상부 소자(21)를 격리시켜 가스센서(100)를 구성한다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 감지부 소자(11)를 마주보는 한 쌍의 감지폴(12)에 연결 고정하여 감지부(10)를 구성한다.
그리고, 상기 보상부 소자(21)를 마주보는 한 쌍의 보상폴(22)에 연결 고정하여 보상부(20)를 구성한다.
아울러, 상기 감지부(10)를 구성하는 감지폴(12)의 사이에는 매우 가느다란 감지백금선(platinum wire,12a)이 용접 고정되며, 상기 감지백금선(12a)의 중앙 부분에는 감지부 소자(11)가 연결 결합된다.
이러한, 상기 감지부(10)의 감지부 소자(11)는 감지백금선(12a)의 일부가 갑니코일(coil, 12b)을 이루고 감지코일(12b)을 세라믹 계통의 담체(13)가 둘러싸여 구성된다.
그리고, 상기 담체(13)위에 다시 촉매물질(14)이 도포된 구조로 형성된다.
이 중에서, 상기 감지코일(12b)은 전류가 통할 때 열을 발생하는 발열부의 기능을 하며, 상기 담체(13)는 고령토 계통의 다공질 세라믹스로서 미세한 구멍들이 무수히 많이 형성되어 비표면적이 매우 크므로 많은 양의 촉매를 균일하게 담지할 수 있다.
아울러, 상기 담체(13)위에 담지된 촉매는 일 예로 백금 분말과 팔라듐 블랙 분말, 바인더 및 알루미나 에어로겔(alumina aerogel, Al2O3)로 구성될 수 있으며, 산소를 과잉으로 함유하여 가연성 가스가 있을 경우 연소 반응을 촉진시킨다.
이때, 촉매에 첨가되는 알루미나 에어로겔은 비표면적이 매우 크기 때문에 가스 접촉 표면을 넓게 해주어 센서의 감도를 좋게 해주는 역할을 한다.
그리고, 바인더는 백금 분말과 팔라듐 블랙 분말 및 알루미나 에어로겔을 서로 반죽하여 담체(13)에 접착시키는 역할을 한다.
따라서, 전압이 인가된 상태에서 가연성 가스에 노출되었을 경우에는 촉매에 잡힌 과잉 산소에 의해 가연성 가스와 산소의 반응속도가 높아져 쉽게 발열부(백금 코일(12b)의 온도가 올라가며 감지부 소자(11)의 저항값에 분명한 차이가 나타나게 되는 것이다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이,, 상기 보상부(20)를 구성하는 보상폴(22)의 사이에는 감지부(10)와 마찬가지로 보상백금선(22a)이 용접 고정되며, 상기 보상백금선(22a)의 중앙에는 보상부 소자(21)가 연결 결합된다.
여기서, 상기 보상부(20)의 보상부 소자(21)는 보상백금선(22a)의 일부가 보상코일(coil, 22b)을 이루고 보상코일(22b)을 세라믹 계통의 담체(23)가 둘러싸여 구성된다.
이때, 상기 담체(23) 위에 불활성 물질(24)이 코팅된 것을 제외하고는 감지부(10)의 구조와 완전히 동일하다.
이러한, 상기 보상부 소자(21)에서 담체(23)의 표면에 도포되는 불활성 물질(24)은 물유리(규산나트륨)가 바람직하며, 가연성 가스와 보상코일(23)간의 접촉을 차단하는 역할을 한다.
아울러, 상기 불활성 물질(24)은 물유리에 반드시 한정되지는 않으며 그 외에도 백금코일과 가연성 가스를 차단할 수 있는 물질이면 어떤 것이든 적용이 가능할 것이다.
더불어, 상기 제1,2지지판(23)(13)은 열 전도율이 낮은 금속이나 비금속으로 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(10)와 보상부(20)에는 메쉬 커버(30)가 씌워져 결합된다.
이때, 상기 메쉬 커버(30)는 가연성 가스와 산소가 유동할 수 있도록 구성되는 것으로, 감지부(10)와 보상부(20)를 모두 감쌀 수 있는 크기로 형성되며, 제2지지판(13)과 닿는 부분에는 가연성 가스와 산소가 유동할 수 없는 띠(31)가 결합된다.
그리고, 상기 제1,2지지판(23)(13)을 관통하는 감지폴(12)과 보상폴(22)의 끝단은 가스누설 감지기(40)의 센서 어셈블리(41)에 연결되고, 상기 메쉬 커버(30)의 하부단에는 체결단(32)을 형성하여 가스누설감지기(40)에 나선체결시켜 휴대용 가스누설감지기(200)를 구성한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 휴대용 가스누설감지기(200)는 감지폴(12)과 보상폴(22)의 끝단은 가스누설 감지기(40)의 센서 어셈블리(41)에 연결한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스누설 감지기(40)에 대하여 설명하면 하단 중앙에는 투명한 재질의 투시창(42)이 설치되어 사용자가 그 내부의 표시부(43)에 표시되는 내용을 볼 수 있다.
그리고, 상기 표시부(43)에는 판넬 형태의 조작부(44)가 위치하며, 상기 조작부(44)에는 자석을 갖다 대면 스위치가 작동하는 마그네틱 스위치들이 표시되어 있다.
이러한, 상기 조작부(44)의 표면에 표시된 기능 스위치, 리셋 스위치, 업 스위치 및 다운 스위치는 마그네틱 봉을 접근시키면 온(on)으로 작동하는 스위치들이 구비된 것이다.
그리고, 상기 감지폴(12)과 보상폴(22)이 감싸지도록 덮는 동시에 체결단(32)을 가스누설감지기(40)에 나선 체결하여 휴대용 가스누설감지기(200)의 조립을 완성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(10)의 2개의 감지폴(12)들 중 한 개(12)와 보상부(20)의 2개의 보상폴(22)들 중 한 개(22)는 센서 어셈블리(41)의 회로배선상으로 연결되며, 나머지 감지,보상폴(12,22)에는 전압을 인가시킨다.
한편, 상기 보상부(20)와 감지부(10)의 전체(즉, A지점과 C지점의 사이)에 걸리는 전압을 VAC라 하고, 보상부(20)의 양 단(즉, A지점과 B지점)에만 걸리는 전압을 VAB라고 하며, 감지부(10)의 양 단(즉, B지점과 C지점)에만 걸리는 전압을 VBC라고 하면, 감지부(10)와 보상부(20)에 전압이 걸리고 가스가 존재하지 않는 상태에서는 감지,보상코일(12b,22b)의 발열에 의해 감지부(10)와 보상부(20)가 모두 약 300℃정도의 고온으로 달궈진다.
그러나, 이때에는 가연성 가스가 존재하지 않기 때문에 감지부와 보상부의 온도 분포가 모두 동일하게 되어 보상부 소자(21)와 감지부 소자(11)의 저항값은 동일하게 유지된다.
따라서, 보상부(20)와 감지부(10)에 걸리는 전압들(VAB,VBC)도 모두 동일하게 된다. 즉, VAC가2.6V일 경우 VAB와 VBC는 모두 1.3V씩 나누어서 걸리게 되는 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가연성 가스가 존재하는 경우에는 가스가 연소 반응하면서 발생하는 반응열로 인해 감지부 소자(11)의 표면의 온도가 더 올라가 300℃보다 높은 온도(예를 들어, 약 300~500℃의 고온)로 달궈지며, 이로 인해 감지부소자의 저항값(RBC)이 증가하면서 감지부 소자의 출력전압(VBC)도 따라서 올라가게 된다.
이때, 보상부 소자(21)는 가연성 가스에 의해 영향을 받지 않으므로 최초의 전기가 공급된 상태대로 약 300℃의 온도를 그대로 유지한다.
특히, 상기 감지부(10)와 보상부(20)가 제1지지판(23)에 의해 격리되어 있어 감지부(10)에서 발생되는 고온의 열이 보상부(20)로 전달되지 못하게 되어 보상부(20)에서 열의 온도에 따른 영향을 받지 않게 되어 기준값이 변화되지 않는 특징이 있다.
즉, 가연성 가스가 존재하는 경우에는 감지부(10)의 출력전압(VBC)이 보상부(20)의 출력전압(VAB)보다 높게 되며, 감지부)10)의 출력전압은 가스농도에 직선적으로 비례하여 증가한다.
이때, 상기 감지부 소자(21)가 가연성 가스와 접촉하여 연소반응을 함으로써 300-500℃의 고온으로 될 때에 촉매측은 반응열에 의해 이보다 훨씬 더 높은 온도가 된다.
이러한, 측정 데이터들은 가연성 가스의 종류에 따라 분석하여 결과를 그래프로 표시할 수도 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 감지부 11 : 감지부 소자
12 : 감지폴 12a : 감지백금선
12b : 감지코일 13 : 담채
14 : 촉매물질
20 : 보상부 21 : 보상부 소자
22 : 보상폴 22a : 감지백금선
22b : 감지코일 23 : 담채
24 : 불활성 물질 30 : 메쉬커버
31 : 띠 32 : 체결단
40 : 가스누설 감지기 41 : 센서 어셈블리
42 : 표시창 43 : 표시부
44 : 조작부 100 : 가스센서
200 : 휴대용가스누설감지기
12 : 감지폴 12a : 감지백금선
12b : 감지코일 13 : 담채
14 : 촉매물질
20 : 보상부 21 : 보상부 소자
22 : 보상폴 22a : 감지백금선
22b : 감지코일 23 : 담채
24 : 불활성 물질 30 : 메쉬커버
31 : 띠 32 : 체결단
40 : 가스누설 감지기 41 : 센서 어셈블리
42 : 표시창 43 : 표시부
44 : 조작부 100 : 가스센서
200 : 휴대용가스누설감지기
Claims (2)
- 가연성 가스와 산소에 노출된 상태에서 전압이 인가되면 300℃ 이상의 고온으로 가열되는 감지부 소자(11)와 가연성 가스 및 산소의 존재와 상관없이 일정한 온도를 유지하는 보상부 소자(21)가 동일 공간에서 마주보게 형성되는 접촉 연소식 가스센서에 있어서,
상기 감지부 소자(11)를 마주보는 한 쌍의 감지폴(12)에 연결 고정하여 감지부(10)를 구성하고,
상기 보상부 소자(21)를 마주보는 한 쌍의 보상폴(22)에 연결 고정하여 보상부(20)를 구성하되,
상기 보상폴(22)은 제1지지판(23)을 관통 결합되고, 상기 감지폴(12)은 제2지지판(13)을 관통 후 제1지지판(23)을 관통 결합 구성하며,
상기 제1,2지지판(23)(13)은 열 전도율이 낮은 금속이나 비금속으로 구성하여,
상기 감지부(10)와 보상부(20)에는 제2지지판(13)과 닿는 부분에는 가연성 가스와 산소가 유동할 수 없는 띠(31)가 형성된 메쉬 커버(30)가 씌워져 결합되고, 상기 감지폴(12)과 보상폴(22)은 가스누설 감지기(40)의 센서 어셈블리(41)에 연결된 상태로 측정시, 상기 감지부(10)와 보상부(20)가 제1지지판(23)에 의해 적층 형태로 분리되어 측정시 감지부(10)의 가열에 의한 열이 보상부(20)에 영향을 미치지 못하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 휴대용 접촉연소식 가스센서. - 삭제
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| KR1020110062198A KR101325267B1 (ko) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 휴대용 접촉연소식 가스센서 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110062198A KR101325267B1 (ko) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 휴대용 접촉연소식 가스센서 |
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| KR101325267B1 true KR101325267B1 (ko) | 2013-11-04 |
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| KR1020110062198A KR101325267B1 (ko) | 2011-06-27 | 2011-06-27 | 휴대용 접촉연소식 가스센서 |
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- 2011-06-27 KR KR1020110062198A patent/KR101325267B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20130001447A (ko) | 2013-01-04 |
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