KR20000007693A - 가스감지방법 및 이를 이용한 가스감지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체식 가스센서를 이용한 가스감지방법 및 이를 이용한 가스감지장치에 관한 것으로, 종래에는 주변환경이나 시간의 경과에 따라 바뀌는 센서의 저항값을 보상하기 위해 부하저항으로 가변저항을 사용하여 주변환경에 맞게 그 저항값을 변경하여주었는데 이는 매우 번거로운 일이고, 오작동의 우려가 높다는 단점이 있었는데 반해, 본 발명에서는 여건에 따라 그 저항값은 달라지지만 저항값의 변화율은 비슷하다는 사실을 이용하여 저항을 연속하여 읽어 일정 기간 내에 저항변화율로 가스유무를 판단하므로, 주변상황에 관계없이 저항값을 조정해주어야하는 불편함이 없고 오동작의 우려도 적다는 장점을 가지고 있으며, 가스경보기, 자동환기시스템, 공기청정기 등에 사용된다.

Description

가스감지방법 및 이를 이용한 가스감지장치
본 발명은 가스감지방법 및 이를 이용한 가스감지장치에 관한 것으로, 특히 반도체식 가스센서를 사용하여 가정이나 일반 생활 환경에서 유해가스, 악취가스, 유기용제가스, 음식물조리시 발생하는 가스, 수증기 등을 자동으로 감지하는 방법 및 이를 이용한 가스감지장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스감지장치는 가연성 가스나 유기용제가스 또는 냄새를 발생하는 가스를 감지하여 소정의 경보신호를 발하거나 환기장치가 구동되도록 하는데 사용된다. 이러한 가스감지장치와 이를 이용하는 자동환기장치, 공기청정기 등은 인간의 삶의 질이 향상됨에 따라 환경에 대한 인간의 인식이 점차 바뀜으로 인하여 그 수요가 증가하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 개발되어 사용되고 있는 가스센서는 주변환경과 시간의 경과에 따라 가스를 감지하는 정도가 일정치 않기 때문에 저항 등 여러 가지 설정치를 주변환경과 시간에 따라 수시로 조정해야 하기 때문에 번거롭고 오작동의 우려도 높다.
일반적으로 가스를 감지하는 가스센서로는 산화주석을 주원료로 하고 여기에 귀금속 촉매를 넣어 응답속도 및 선택성을 개선한 것을 많이 사용하는데, 이는 가연성 가스, 환원성 가스, 유기용제가스, 수증기 등이 반응하면 그 저항이 작아지는 것을 이용하여 가스를 감지하는 것이다. 저항이 작아지는 정도는 센서의 동작온도, 촉매, 주위 분위기 등에 의해 달라지는데 산화주석을 주원료로 하는 가스센서는 반응정도와 속도가 상당히 빠르고, 수명이 반영구적이기 때문에 가스경보기, 전자레인지의 자동요리, 공기청정기 등 여러 가지 용도에 많이 사용된다.
도 1은 일반적인 가스센서의 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1 가스센서의 구동회로도이다.
도 1에는 가스센서(10)가 도시되어 있다. 이 가스센서(10)는 세라믹튜브(11)에 연결된 산화주석(SnO2)소결체(12)와 그 양단에 설치된 전극(13)을 통해 연결된 리드선(14)과 산화주석소결체(12)를 가열하여주기 위한 히터(15)로 이루어져 있다. 이러한 가스센서(10)의 구동회로는 도 2를 보면 알 수 있다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이 히터(15)를 갖는 가스센서(10)에는 변압기(20)와 부하저항(RL)이 연결되어 있다. 도시된 바와 같은 상태에서 회로전압(VC)을 인가하여 부하저항(RL)에 걸리는 출력전압(VRL)으로 가스센서(10)의 변화상태를 인지한다. 예를 들어 회로전압(VC)으로는 10V, 히터전압(VH)으로는 5.0V, 부하저항(RL)으로는 4KΩ을 사용하고, 출력전압(VRL)을 측정하면 된다.
도 3은 가스센서의 대기 중에서의 저항변화를 나타낸 그래프이다.
가스센서(10)에 전원을 인가하면 히터(15)로 인해 온도가 급격히 올라감에 따라 가스센서(10)의 저항이 급격히 줄어든다. 그런 다음 다시 천천히 커져 본래의 저항을 찾아가는데, 이 기간을 제 1과도기(T1)라한다. 제 1과도기(T1) 경과 후에는 다시 본래의 저항을 지나쳐서 커졌다가 다시 천천히 작아져 본래의 저항을 찾아가는데, 이 기간을 제 2과도기(T2)라 한다. 이러한 제 1과도기(T1)와 제 2과도기(T2)는 가스센서(10)의 무통전방치기간에 따라 크게 달라진다. 또한 가스센서(10)의 저항은 주위 온도와 습도에 따라 달라지는데 온도와 습도가 높을수록 센서저항은 작아진다. 같은 조건에서 각각의 센서의 저항은 수십 KΩ 정도의 차이를 보이기 때문에 어떤 목적으로 사용하기 위해서는 원하는 가스농도에서 동작하도록 일정한 기준값을 설정하여야 하는데 이를 위해 부하저항을 가변저항으로 사용하여 목적으로 하는 값을 설정하고 있다.
정확한 값을 설정하기 위해 센서를 장시간(약 48시간)예열하고 온도, 습도를 일정하게 유지하여야 하며, 동작시의 온도에 따른 값을 NTC써미스터로 보상하는 회로를 내장하고 개개별로 일일이 값을 가변저항으로 조정하여야 한다. 이렇게 하여도, 유통기간 중의 방치기간이 길면 제 1, 제 2과도기간(T1, T2) 중에는 상당히 부정확하여 오동작 또는 동작되지 않는 원인이 된다. 또한 가스센서(10)의 가장 치명적인 결점으로 장기간 사용 중의 센서저항값의 경시변화로 인해 초기에 설정한 값이 원하는 값에서 상당히 틀어져서 동작하는 문제가 발생된다. 특히 자동환기장치 등 작은 가스 량의 변화를 감지하여야 하는 경우에 이 문제는 치명적이다.
예를 들어 자동환기시스템이나 공기청정기 등에서는 깨끗한 공기 상태에서의 센서저항과 약간의 오염상태에서의 센서저항과의 차이는 매우 작아서 하루의 일교차나 계절에 따른 센서저항의 차이 내에 있기 때문에 NTC써미스터에 의한 온도보상으로는 이를 보상하기 힘들며, 특히 같은 온도에서 습도의 변화에 의해 나타나는 센서저항의 차이는 NTC써미스터로 보상할 수 없다.
유통중의 방치기간으로 인해 전원을 인가할 때 센서가 안정화될 때까지 나타나는 과도기간동안 오동작을 해결하기 어렵다. 또한, 가스센서가 설치되는 장소의 환경에 의한 차이, 예를 들면 바닷가는 습도가 높고, 공단주변은 상대적으로 공기가 오염되어 있어 제조공장에서 가변저항으로 특정 값을 설정해 두더라도 환경에 따라 그 값이 달라져서 오동작의 원인이 된다.
가스센서는 환경에 따른 변화도 있지만 시간이 경과함에 따라 센서의 저항 및 감도가 변한다. 이를 맞추기 위해서 기존의 것은 가변저항을 돌려서 해결하여 매번 조정해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명의 목적은 가스센서가 가스를 감지하는데 있어 주위 온도, 습도, 일교차 등의 주변환경과 과도특성 및 경시변화에 따른 가스센서의 저항변화에도 불구하고 정확하게 가스를 검출할 수 있도록 해주는 가스감지방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법을 구현하기 위한 가스감지장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 가스센서의 구조를 보여주는 도면,
도 2는 도 1 가스센서의 구동회로도,
도 3은 가스센서의 대기 중에서의 저항변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 방법에 따른 가스감지과정을 설명하기 위한 순서도이고,
도 5는 본 발명에 따른 가스감지장치의 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 가스감지장치 110 : 감지부
110a : 감지센서 115 : 히터코일
120 : 변압기 121 : 1차측 코일
122 : 2차측 코일 130 : 정전압스위칭부
140 : 제어부 150 : 한계치 설정부
160 : 경보부 162 : 발광다이오우드
T1: 제 1과도기 T2: 제 2과도기
VC: 회로전압 VH: 히터전압
RL: 부하저항 VRL: 출력전압
ZD1 : 제너다이오우드 L1 : 인덕터
U1 : OP앰프 Q1, Q2 : 제 1, 제 2트랜지스트
R2, R3 : 전압분기저항 C3 : 컨덴서
SD1, SD2 : 스위칭 다이오우드 U2 : 마이크로프로세서
본 발명의 목적은 가스의 농도에 따라 저항값이 변하는 가스센서를 이용하여 가스를 감지하는 방법에 있어서, 일정기간내에 센서 저항값의 변화율에 대한 한계치를 설정하는 한계치 설정단계, 가스센서의 제 1시점에서의 제 1저항값을 측정하는 제 1측정단계, 가스센서의 제 2시점에서의 제 2저항값을 측정하는 제 2측정단계, 제1시점과 제2시점의 저항변화율{(제2시점의 저항-제1시점의 저항)/제1시점의 저항}을 계산하는 연산단계, 연산단계에서 계산된 저항변화율이 양인지를 판단하여 양의 변화율이면, 즉, 제2시점의 저항이 제1시점의 저항 이상이면 기준값을 갱신하고, 변화율값이 음이면 그 절대값을 미리 설정된 한계치와 비교하는 비교단계 및 계산된 저항변화율이 한계치 이상이면 가스가 있다고 판정하고 한계치보다 작으면 제 1시점과 제 2시점 사이의 임의의 시간간격으로 측정된 제3, 제 4시점,… , 제 n-1시점의 저항값을 측정하여 제1시점을 기준으로한 저항변화율이 한계치 이상의 값을 가지는 것이 있으면 가스가 있다고 판정하고 일정기간에 도달할 때의 제 n-1시점 까지의 저항변화율이 한계치에 도달하는 것이 없으면 제 n시점, 즉 제 2시점과 이 때의 저항값을 다시 제 1시점과 제 1시점의 저항값으로 갱신하여 같은 과정을 반복하여 가스유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 가스감지방법에 의해 달성 가능하다.
여기서 제 2시점이 제 n시점이 되고, 제 3시점, 제 4시점,…, 제 n-1시점은 제 1시점과 제 2시점 사이를 작은 단위의 시간 간격으로 각각 구분한 시점이며, 제 1시점과 제 2시점 사이에도 작은 시간 간격으로 저항을 계속하여 측정한다.
본 발명의 다른 목적은 가스감지장치에 있어서, 소정 가스의 농도에 따라 저항값이 변하는 가스센서를 구비하는 감지부, 감지부로 인가되는 전원을 일정 크기의 전압을 갖는 전원으로 변환시켜 정전압상태로 출력하는 정전압스위칭부, 저항값의 변화율에 대한 한계치를 설정하는 한계치 설정부, 정전압스위칭부와 감지부로부터 입력된 신호를 연산하여 감지부에서 측정되는 저항값의 변화율을 산출하고 한계치와 비교하여 그 결과에 따라 소정의 제어신호를 출력하는 제어부 및 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 소정의 경보신호를 발생하는 경보수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지장치에 의해 달성 가능하다.
위 제어부에서 출력된 제어신호를 일정 크기로 증폭시켜 환기시스템, 공기청정기 등으로 출력시키는 출력부와, 한계치설정부에 설치되고 가스 감지시 출력을 내보내는 농도를 변화하도록 하는 농도설정수단과, 제어부에서 경보수단과 출력부로 송출하는 신호를 멈추도록 하고 제 1시점에서의 기준저항 값을 계속하여 갱신하여줄 수 있도록 해주는 기준값갱신수단을 더 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 방법에 따른 가스감지과정을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가스감지장치의 회로도이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 가스감지장치(100)는 변압기(120)와 정전압스위칭부(130)를 구비하고 있다. 이 변압기(120)와 정전압스위칭부(130)는 항상 일정한 크기의 전압이 공급되도록 하기 위한 것이다. 정전압스위칭부(130)에는 제어부(140)가 연결되어 있고, 이 제어부(140)에 한계치 설정부(150), 경보부(160), 감지부(110) 및 출력부(170)가 연결되어 있다.
여기서 감지부(110)는 가스의 농도에 따라 그 저항값이 변하는 부분으로 도 1과 도 2에서 설명한 바와 같은 반도체식가스센서를 이용하면 된다. 한계치 설정부(150)는 가스가 일정 농도 이상 존재할 때의 저항값 변화율을 설정해 두기 위한 것이고, 경보부(160)는 가스가 일정 농도 이상 존재시 경보신호를 발생하기 위한 것이며, 출력부(170)는 제어부(140)에서 출력되는 제어신호를 증폭하여 환기시스템이나 공기청정기 등으로 출력시키는 부분이다.
제어부(140)는 본 발명의 방법에 따라 가스 유무를 판단하여 소정의 제어신호를 출력하는 부분으로, 이에 관해서는 도 4를 참조하면 더 상세히 알 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 가스감지장치의 동작과정 설명에 앞서 본 발명에 따른 기술사상의 배경에 대해서 언급하면 다음과 같다.
즉, 본 발명에서는 가스를 감지함에 있어 가스센서의 저항값 변화율을 기준으로 일정 농도 이상의 가스유무를 판별하는 발명으로, 더 구체적으로 설명하면 주변환경의 여러 가지 여건에 따라 가스센서의 저항값은 변하지만 저항변화율은 비슷하므로 가스센서의 저항을 연속하여 읽어 일정 기간 내의 변화율 값으로 가스발생여부를 판별한다. 앞의 제 2도에서 전원을 인가하였을 때 저항이 갑자기 작아진 이후(약 10초)에는 센서는 저항이 커진다. 저항이 커지는 것은 공기가 깨끗해지는 것이라고 할 수 있거나 센서가 안정화되는 제 1과도기이므로 해당시점의 저항값을 제 1시점의 저항값 즉, 기준값으로 계속 환산하여 나가고, 일정 시간 후 제 2시점의 저항값이 기준값의 일정비율 이하, 예를 들어 50% 이하로 작아지면 가스가 존재하는 것으로 판별하고, 원래의 저항값으로 커지면 공기가 깨끗해졌다고 판별한다.
가스센서 개개의 저항값이 달라도 각각의 저항변화율은 일정하므로 가변저항이나 부하저항을 일일이 맞출 필요가 없다. 가스센서의 저항은 온도가 낮아지거나 건조하면 커지며, 이 때에도 같은 방법으로 저항이 커지면 해당시점의 저항값을 계속하여 100%의 기준값으로 환산해 나가다가 가스가 발생되면 저항은 갑자기 작아지므로 같은 방법으로 인지할 수 있다.
가스센서의 저항이 작아지는 경우에는 가스 발생에 의한 것인지, 온도의 증가, 제 2과도기 또는 습도의 증가에 의한 것인지를 구분하기만 하면 된다. 가스가 발생할 때는 가스센서의 저항이 급격히 작아지지만 다른 요인에 의해서는 천천히 작아지기 때문에 저항이 작아지면 작아지기 시작할 때의 저항값을 100%로 하고 이 시점부터 일정기간내에 센서저항변화가 설정값(예컨대 50%) 이하로 작아지면 가스로 인식하고 그렇지 않으면 일정기간 후의 센서저항값을 100%로 환산하여 기준을 변경하거나 일정기간 전·후의 중간값을 100%의 기준값으로 환산하여 기준을 변경해간다. 이렇게 하면 온도, 습도, 환경 요인에 의한 저항변화는 작기 때문에 가스의 발생에 의하여 저항이 작아지는 것만을 감지할 수 있어 오동작을 배제할 수 있다. 경시변화에 의해 센서의 저항값이 커지거나 작아지는 것도 그 변화가 갑자기 나타나지 않고 천천히 진행되므로 마찬가지 방법으로 처리하면 된다. 가스센서의 저항변화율을 연산하는 방법으로는 여러 가지가 있지만 일 예를 들면 도 2에서 회로전압(VC)과 부하저항(RL)의 출력전압(VRL)을 측정하여 다음과 같은 “식1.”로 가스센서의 저항을 계산하면 된다.
센서저항(RS) = {회로전압(VC)/출력전압(VRL) - 1} × 부하저항(RL) ---- 식1.
회로전압(VC)과 부하저항(RL)에 걸리는 출력전압(VRL)을 측정하여 계산하면 가스센서의 저항을 구할 수 있고, 이 값의 시간에 대한 변화율을 구하여 가스유무를 판별한다.
즉, 도 4를 참조하여 이를 정리하여보면, 먼저 일정기간내에 저항값변화율에 대한 한계치, 다시 설명하면 가스가 있다고 판단하여야 할 저항값변화율을 설정하여둔다. 물론, 이 한계치는 다양한 실험을 통하여 미리 그 값을 얻어야 한다(단계 1). 다음으로 제 1시점에서의 제 1저항값을 측정하여 이 값을 100%의 기준값으로 정한다(단계2). 다시 일정 기간 후의 제 2시점에서의 제 2저항값을 측정한다(단계 3). 물론, 제 1시점과 제 2시점 사이에도 임의의 작은 시간 간격으로 계속하여 저항값을 측정한다. 그런다음 제 1시점과 제 2시점 사이의 저항값 변화율{(제2시점의 저항-제1시점의 저항)/제1시점의 저항}을 계산한다(단계 4). 그 다음으로 이 값이 양의 값을 갖는지를 판별한다(단계 5´). 양이면 제2시점의 저항과 시간을 제1시점의 값으로 갱신한다. 음이면 저항값 변화율의 절대값이 설정된 한계치 이상인가를 판별한다(단계 5). 계산된 저항값 변화율의 절대값이 설정된 한계치 이상이면 경보신호를 발생시키거나(단계 6), 신호를 증폭출력시켜 자동환기시스템이 또는 공기청정기를 구동시킬 수 있도록 한다(단계 7). 계산된 저항값 변화율의 절대값이 한계치보다 작으면 다시 제 1시점과 제 2시점 사이의 작은 시간 간격으로 측정된 제 3시점∼제 n-1시점에서의 저항값 변화율을 계산하고(단계 8), 그 중에 절대값이 한계치 이상인 것이 있는가를 판단하여(단계 9), 있으면 단계 6과 단계 7을 실행하고, 없으면 제 2시점의 저항값을 새로운 제 1시점의 저항값, 즉, 기준값으로 갱신하고 앞에서의 과정을 계속하여 되풀이한다.
한편, 도 5에서 변압기(120)는 외부로부터 입력되는 교류전원을 일정전압의 전원으로 변환시켜 출력시키는 것으로, 1차측 코일(121) 및 2차측 코일(122)의 권선비에 따라 전압비율이 달라진다. 정전압스위칭부(130)는 변압기(120)로부터 입력되는 교류전원(AC)이나 직류전원(VH)을 일정 크기의 전압을 갖는 전원으로 변환시켜 정전압상태로 출력시키는 것으로, 변압기(120)에 과도하게 부하가 걸리지 않도록 하거나 감지부(110) 및 제어부(140)에 공급되는 전압을 일정하게 정류 및 변압시켜 조정시킨다. 또는 다른 입력전원에 부하가 가능한 적게 걸리도록 제너다이오드(ZD1), 인덕터(L1), OP앰프(U1), 제 1 및 제 2트랜지스터(Q1, Q2), 복수의 전압분기저항(R2, R3), 컨덴서(C3) 및 스위칭다이오드(SD1, SD2)를 사용하여 일정 크기의 전압(예컨대 감지부의 회로전압으로 5V를 사용함)을 갖는 전원으로 변환시킨다. 감지부(110)에 입력되는 전압은 외부 입력전압에 관계없이 일정하여야 하며 이 전압은 감지부(110)의 감도와 선택성에도 영향을 미치므로 사용 목적에 따라 전압분기저항(R2, R3)을 조정하여 적당한 전압을 얻는다.
감지부(110)는 가스를 감지하기 위한 것으로, 이는 산화주석(SnO2)을 주원료로 하는 반도체식 가스센서(110a)를 이용하면 된다. 감지부(110)에는 일정 온도까지 가열시키는 히터코일(115)이 내장되어 있어 회로전압(VC)에 따라 온도가 조절된다. 가스센서(110a)에는 직렬로 부하저항(R13)이 연결되어 여기에 회로전압(VC)이 걸리고, 부하저항(R13)에 걸리는 출력전압(VRL)은 제어부(140)로 인가된다.
제어부(140)는 감지부(110)의 회로전압(VC)과 출력전압(VRL)을 읽어 들여 센서저항을 계산하고 일정기간내의 센서 저항변화율을 연산하여 미리 설정된 가스에 대한 감지 농도가 되면 제어신호를 출력시키는 것으로 마이크로프로세서(U2)를 사용하면 되고, 이 제어부(140)에 저항값 변화율의 한계치를 설정할 수 있도록 해주고, 제 1시점에서의 제 1저항값을 즉, 기준값을 계속하여 갱신할 수 있도록 해주는 한계치 설정부(150)가 연결되어 있다.
감지농도의 다단계 설정을 위해 마이크로프로세서(U2)의 어느 입력단자에 전압을 달리하여, 예컨대 0V(STEP 2), 5V(STEP 1)가 입력되면 각각 다른 농도에서 동작되도록 구성되어 있다. 이는 동작되는 농도를 설정할 수 있도록 해주는 일종의 농도설정수단이다. 전압을 여러 단계로 입력하면 가스가 존재한다고 판단하는 농도를 더 많은 단계로 구성할 수도 있다. 또 출력된 신호를 강제적으로 멈추거나, 현재의 센서저항값을 100%로 하기 위한 리셋 스위치(152)도 설치되어 있는데, 이는 일종의 기준값갱신수단이다.
경보수단(160)은 제어부(140)의 출력단으로부터 시각적인 경보표시 또는 경보음향을 발생시키는 것으로, 발광다이오우드(162)나 부저 등을 이용하면 된다.
출력부(170)는 제어부(140)에서 출력된 제어신호를 일정 이상의 크기로 증폭시켜 자동환기시스템이나 공기청정기로 출력시키는 것으로, 마이크로프로세서(U2)에서 출력되는 제어신호나 데이터신호를 제 3트랜지스터(Q3)로 일정크기로 충분히 증폭시켜 릴레이(RLY)를 통해 출력시킨다.
감지부(110)의 가스센서(110a)는 n-type의 반도체로서, 대기중의 산소가 가스센서(110a)의 표면에 흡착되면 반도체 내의 자유전자가 흡착 산소에 포획되어 그 저항이 커지고, 이 때 가스나 수증기가 존재하게 되면 가스센서(110a)의 표면에 흡착되어 있던 산소를 제거하게 되고, 포획하고 있던 전자를 돌려주게 되어 그 저항이 작아지고, 가스 등이 없어지면 대기중의 산소가 다시 흡착되어 저항이 커지게 된다.
가스센서(110a)는 약 300∼400。C에서 가스와 반응을 잘하는데 센서의 히터코일에 회로전압(VC)을 인가하면 가스센서(110a)의 표면온도는 약 300∼400。C 가 되어 가스를 쉽게 감지한다. 가스센서(110a)의 센서저항(RS)을 알기 위해서는 전압의 변화로 바꾸어 이를 마이크로프로세서(U2)에 입력하여 연산한다. 가스센서(110a)의 저항변화를 전압의 변화로 바꾸기 위해 가스센서(110a)와 부하저항(R13)을 직렬로 연결하여 회로전압(VC)을 인가시키면 부하저항(R13)에 “Vc×R13/(R13+Rs)”의 출력전압(VRL)이 걸리게 되고 마이크로프로세서(U2)가 이 출력전압(VRL)과 구동전압(VC)을 측정하여 앞의 식1.로 센서저항(RS)을 연산한다.
회로전압이 일정하면, 예를 들어 5V로 일정하면 회로전압을 측정할 필요 없이 Vc값에 5를 넣어 계산하여도 된다. 가스센서(110a)에 전원이 인가되면 초기에는 센서저항(110a)이 급격히 작아졌다가 커지므로 초기 일정시간(예를 들어 1분)후부터 센서저항을 계산하여 이 시점의 센서저항을 100%의 기준값 즉, 제 1시점의 제 1저항값으로 한다. 센서저항(RS)이 커질 때는 계속하여 커진 저항값을 기준값으로 변경해나간다. 센서저항(RS)이 커지는 것은 공기가 깨끗해지는 것으로 간주한다. 가스나 수증기 등이 존재하면 저항이 작아지는데 미리 설정해 놓은 저항변화값, 예를 들어 기준저항값의 80% 또는 70%의 저항에 도달하면 경보신호 또는 출력신호를 내보내도록 한다.
설정값은 여러 단계로 설정되며 각 단계에서 경보수단으로 달리 송출하도록 하고, 가스센서의 저항값이 설정치 이상으로 판독하면 잔류가스의 배출을 목적으로 여유시간을 두어 전기적 신호를 송출한 후에 출력신호를 멈추게 한다.
센서저항(RS)이 작아질 때 일정기간내에 설정치 이하로 작아지지 않으면 온도와 습도 등에 의한 영향으로 간주하고 기준을 이 때의 저항값, 또는 앞의 기준값과 이 때의 저항값의 평균값을 다시 기준값으로 갱신한다. 가스를 미량 감지할 때는 저항변화량이 매우 작기 때문에 온도, 습도의 변화와 겹쳐 발생되는 오동작을 방지하기 위해서 마이크로프로세서의 어느 입력단자에 회로전압이 입력되면 무조건 송출신호를 정지하고 이 때의 센서저항을 100%의 기준값으로 하도록 하면 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스감지방법 및 이를 이용한 가스감지장치를 이용하는 경우 전원인가 후 가스센서의 안정화기간동안의 과도기간에서 나타나는 부정확성과, 온도, 습도, 계절, 경시변호 등에 관계없이 가스센서의 저항변화를 연산하여 온도보상회로나 가변저항의 조정 없이 가스를 인지할 수 있다. 또한, 가스의 여러 농도에서 원하는 농도를 설정하여 그 농도에서 온도, 습도, 경시변화 등에 관계없이 경보신호를 발하거나 자동환기시스템, 가스누설경보기, 음주감지기, 공기청정기 등으로 전기적인 신호를 송출하여 필요한 목적을 달성할 수도 있다.

Claims (3)

  1. 가스의 농도에 따라 저항값이 변하는 가스센서를 이용하여 가스를 감지하는 방법에 있어서,
    일정기간내에 센서 저항값의 변화율에 대한 한계치를 설정하는 한계치 설정단계;
    상기 가스센서의 제 1시점에서의 제 1저항값을 측정하는 제 1측정단계;
    상기 가스센서의 제 2시점에서의 제 2저항값을 측정하는 제 2측정단계;
    상기 제1시점과 제2시점의 저항변화율을 계산하는 연산단계;
    상기 연산단계에서 계산된 저항변화율이 양인지를 판단하여 양의 변화율이면 기준을 갱신하고, 변화율값이 음이면 절대값을 미리 설정된 한계치와 비교하는 비교단계; 및
    상기 계산된 저항변화율의 절대값이 한계치 이상이면 가스가 있다고 판정하고 한계치보다 작으면 상기 제 1시점과 제 2시점 사이의 임의의 시간간격으로 측정된 제3, 제 4시점,… , 제 n-1시점 저항값에 대한 제1시점을 기준으로한 저항변화율의 절대값이 한계치 이상인 것이 있으면 가스가 있다고 판정하고 일정기간에 도달할 때의 제 2시점 까지의 저항변화율이 한계치에 도달한 것이 없으면 제 2시점과 이 때의 저항값을 다시 제 1시점과 제 1시점의 제 1저항값으로 갱신하여 같은 과정을 반복하여 가스유무를 판정하는 판정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지방법.
  2. 가스감지장치에 있어서,
    소정 가스의 농도에 따라 저항값이 변하는 가스센서를 구비하는 감지부;
    상기 감지부로 인가되는 전원을 일정 크기의 전압을 갖는 전원으로 변환시켜 정전압상태로 출력하는 정전압스위칭부;
    상기 저항값의 변화율에 대한 한계치를 설정하는 한계치 설정부;
    상기 정전압스위칭부와 상기 감지부로부터 입력된 신호를 연산하여 상기 감지부에서 측정되는 저항값의 변화율을 산출하고 상기 한계치와 비교하여 그 결과에 따라 소정의 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 소정의 경보신호를 발생하는 경보수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부에서 출력된 제어신호를 일정 크기로 증폭시켜 환기시스템, 공기청정기 등으로 출력시키는 출력부와, 상기 한계치설정부에 설치되고 가스 감지시 출력을 내보내는 농도를 변화하도록 하는 농도설정수단과, 상기 제어부에서 경보수단과 출력부로 송출하는 신호를 멈추도록 하고 제 1시점에서의 기준저항값을 계속하여 갱신하여줄 수 있도록 해주는 기준값갱신수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스감지장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100781291B1 (ko) * 2006-10-20 2007-11-30 한양대학교 산학협력단 자동 유기용매 감지 및 처리 시스템 및 그 방법
KR20210121467A (ko) * 2020-03-30 2021-10-08 한국전력공사 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치
CN113614522A (zh) * 2019-03-26 2021-11-05 Lg电子株式会社 传感器模块
WO2024039052A1 (ko) * 2022-08-19 2024-02-22 울산과학기술원 저항 보상 기반 환경 계측 장치, 방법 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102598339B1 (ko) 2021-01-22 2023-11-06 주식회사 비전아이티 펜탄가스 감지용 센서 디바이스, 신호처리회로, 센서 플랫폼 및 이를 이용한 모니터링 시스템
KR102588967B1 (ko) * 2021-08-02 2023-10-12 울산과학기술원 가스 센서를 자가 보정하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 가스 센서 보정 시스템
KR20230060792A (ko) 2021-10-28 2023-05-08 주식회사 비전아이티 펜탄 가스 센서, 센서플렛폼 및 센서플렛폼을 이용한 모니터링 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970022800A (ko) * 1995-10-19 1997-05-30 한승준 퍼지시스템에서 가스누설을 감지하는 방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100781291B1 (ko) * 2006-10-20 2007-11-30 한양대학교 산학협력단 자동 유기용매 감지 및 처리 시스템 및 그 방법
CN113614522A (zh) * 2019-03-26 2021-11-05 Lg电子株式会社 传感器模块
CN113614522B (zh) * 2019-03-26 2023-12-12 Lg电子株式会社 传感器模块
KR20210121467A (ko) * 2020-03-30 2021-10-08 한국전력공사 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치
KR20210142580A (ko) * 2020-03-30 2021-11-25 한국전력공사 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치
KR20210142581A (ko) * 2020-03-30 2021-11-25 한국전력공사 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치
WO2024039052A1 (ko) * 2022-08-19 2024-02-22 울산과학기술원 저항 보상 기반 환경 계측 장치, 방법 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

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