KR20210121467A - 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치 - Google Patents

가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법은, (a) 최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하는 단계; (b) 가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하는 단계; 및 (c) 상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하는 단계;를 포함한다.

Description

가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치{METHOD FOR MEASURING RESISTANCE OF GAS SENSOR AND APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 전류원을 이용하여 가스센서에서 동일한 전압값을 갖도록 유지함으로써 가스센서의 베이스 저항 편차를 보정하기 위한, 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 산업 분야, 예컨대 IoT 분야, 차량 대기질 관리 분야, 산업 방재 분야 등에 적용되고 있는 반도체식 가스센서는 가스 농도에 따라 센서 저항이 변하는 특성을 감지하여 가스농도를 분석할 수 있다.
정전압원을 이용하여 센서 저항의 저항값을 측정하는 경우는 측정 대상이 되는 센서 측정 전압(2차 전압)이 센서 저항에 대해 선형적으로 변하지 않기 때문에 가스 농도 측정시 오차를 일정하게 관리하기 곤란한 한계가 있다. 여기서, 센서 저항은 가스센서와 직렬로 연결된 고정 저항이다.
또한, 정전류원을 이용하여 센서 저항의 저항값을 측정하는 경우는 센서 측정 전압과 센서 저항에 대해 선형적으로 변하는 장점이 있지만, 센서 제조 단계에서 발생하는 편차에 의해 센서의 베이스 저항이 크게 다를 경우 또는 센서의 민감도가 크게 다를 경우 측정 결과의 오차가 커질 수 있다.
따라서, 이러한 반도체식 가스센서는 가변 전류원을 이용하여 항상 동일한 수준의 전압값을 갖도록 하여 센서간에 존재하는 베이스 저항의 편차를 보정할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.
한국 등록특허공보 제10-0831589호 (2008.05.16 등록)
본 발명의 목적은 가변 전류원을 이용하여 가스센서에서 동일한 전압값을 갖도록 유지함으로써 가스센서의 베이스 저항 편차를 보정하기 위한, 가스센서 저항 측정 방법 및 이를 이용한 가스센서 저항 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법은, (a) 최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하는 단계; (b) 가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하는 단계; 및 (c) 상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는, 상기 가스센서에 전류를 인가하는 가변 전류원의 최소 전류에서 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지의 전류까지 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것일 수 있다.
상기 (b) 단계는, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 크면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 감소시키고, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 작으면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것일 수 있다.
상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달하는 것은, 양 전압의 차이가 미리 정해진 오차 범위 이내에 있는 경우에 판단되는 것일 수 있다.
상기 베이스 저항 및 상기 센서 저항은, 상기 가변 전류원의 출력 전류와 상기 가스센서의 센서 전압을 전류와 전압의 관계식에 대입하여 측정하는 것일 수 있다.
상기 설정 전압은, 상기 가스센서의 센서 전압이 전기적인 노이즈 영향이 가장 작고, ADC(Analog Digital Converter) 분해능의 선형적인 구간에 위치하도록 설정되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 가스센서 저항 측정 장치로서, 가스센서에 전류를 인가하기 위한 가변 전류원; 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금, 최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하게 하고, 가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하게 하며, 상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하게 하는 것일 수 있다.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금, 상기 최초 조정을 수행할 때, 상기 가스센서에 전류를 인가하는 상기 가변 전류원의 최소 전류에서 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지의 전류까지 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것일 수 있다.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금, 상기 가스 반응을 수행할 때, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 크면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 감소시키고, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 작으면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체로서, 최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하는 동작; 가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하는 동작; 및 상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하는 동작;을 포함하는 가스센서 저항 측정 방법을 실행하는 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체일 수 있다.
본 발명은 가변 전류원을 이용하여 가스센서에서 동일한 전압값을 갖도록 유지함으로써 가스센서의 베이스 저항 편차를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은 가변전류원을 이용하여 가스 센서 저항을 측정할 경우 센서 저항과 출력 전압 사이에 선형성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스센서의 베이스 저항에 맞춰서 전류를 조절 가능하므로 일정한 수준 이하로 측정 오차를 일관되게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 농도가 변화함에 따라 센서 내부 저항의 저항값이 변화하더라도 가변 전류원의 전류를 조절하여 센서의 출력측에서 획득되는 2차 전압을 노이즈에 강한 특정 수준으로 항상 유지하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체식 가스센서로 변압기 절연유내 가스 농도 측정 장치를 제작할 때, 가변전류원을 활용하여 측정 회로의 선형성을 확보하고, 센서의 대량 생산 과정에서 발생할 수 있는 센서간 베이스 저항 및 민감도 편차에 둔감하며, 우수한 노이즈 특성을 갖는 측정 장치를 개발할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 장치에 대한 도면,
도 2는 도 1의 가스센서 저항 측정 장치의 회로도를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법에 대한 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 장치에 대한 도면이고, 도 2는 도 1의 가스센서 저항 측정 장치의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 장치(100)는, 가변 전류원(110)을 이용하여 가스센서(120)에서 동일한 전압값을 갖도록 유지함으로써 가스센서(120)의 베이스 저항 편차를 보정할 수 있다.
이러한 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)에서 센서 저항을 측정할 때 센서 저항과 출력 전압 사이의 선형성을 유지할 수 있기 때문에, 가스센서(120)의 베이스 저항에 따라 가변 전류원(110)의 전류를 조절하여 센서 저항 측정 오차를 일정한 수준 이하로 유지할 수 있다.
더욱이, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스 농도가 변화함에 따라 센서 저항이 변하더라도, 가변 전류원(110)의 전류를 조절하여 가스센서(120)의 출력측에서 획득되는 2차 전압을 노이즈에 강한 특정 수준으로 항상 유지하도록 할 수 있다.
이러한 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가변 전류원(110), 가스센서(120), 전압 측정부(130), 프로세서(140), 메모리(150)를 포함하여 구현할 수 있다.
먼저, 가변 전류원(110)은 전기적 부하의 상태에 상관없이 출력 전류를 일정하게 유지하여 직류 전류를 출력하기 위한 정전류원과 직류 전류의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 가변 저항을 포함한다. 가변 저항은 프로세서(140)에 의해 제어된다. 즉, 가변 전류원(110)은 전류의 크기를 일정하게 유지하는 출력 전류를 가스센서(120)로 제공하되, 전류의 크기를 가변적으로 조절 가능하다. 이러한 가변 전류원(110)은 정전압원 대신 사용하여 가스센서(120)의 베이스 저항 편차에 관계없이 일정한 크기의 2차 전압을 얻을 수 있게 한다.
다음으로, 가스센서(120)는 반도체식 가스센서로서, 변압기 절연유 내의 가스 농도를 측정하기 위한 것일 수 있다.
또한, 가스센서(120)는 가스 농도에 따라 센서 저항이 변한다. 이러한 가스센서(120)는 가스센서 저항 측정 장치(100)에 장착되어 가변 전류원(110)의 가변적으로 조절되는 출력 전류에 의해 항상 동일한 수준의 센서 전압을 갖도록 하여 센서별로 존재하는 베이스 저항의 편차를 보정할 수 있게 된다.
이러한 가스센서(120)는 가스 농도 측정을 위한 가스 반응 과정을 수행하기에 앞서, 최초 조정에서 베이스 저항을 측정한다. 즉, 베이스 저항은 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 미리 정해진 설정 전압(Vset)과 동일하게 조정될 때, 전압 및 전류 관계식에 가변 전류원(110)의 출력 전류와 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 대입하여 구할 수 있다. 이때, 가변 전류원(110)의 출력 전류는 최소 전류에서 점차 전류를 증가시켜서 조절한다.
여기서, 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)과 설정 전압(Vset)은 미리 정해진 오차범위 이내에서 동일하게 판단될 수 있다. 예를 들어, 센서 전압(Vo)과 설정 전압(Vset)의 차이가 미리 정해진 오차 범위 이내에 있다면, 양 전압은 서로 동일하다고 판단될 수 있다.
그리고, 가스센서(120)는 가스 농도 측정을 위한 가스 반응 과정을 수행함에 따라 센서 저항을 측정한다. 베이스 저항과 마찬가지로, 센서 저항은 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 미리 정해진 설정 전압(Vset)과 동일하게 조정될 때, 전압 및 전류 관계식에 가변 전류원(110)의 출력 전류와 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 대입하여 구할 수 있다. 이때, 가변 전류원(110)의 출력 전류는 최초 조정 과정에서 설정된 일정한 크기에서 전류를 증가 또는 감소시켜서 조절한다.
도 2를 참조하면, 가스센서(120)는 가변 전류원(110)과 직렬로 연결하되, 가변 전류원(110)의 출력 터미널과 접지 사이에 연결될 수 있다.
다음으로, 전압 측정부(130)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 측정하기 위해 아날로그 신호 증폭기와 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 즉, 전압 측정부(130)는 저항을 전압으로 바꾸어 준 다음, 바뀐 전압을 디지털 코드로 변환하여 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 측정한다. 이때, 전압 측정부(130)는 우선적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위해 신호 증폭 과정이 필요하다.
도 2를 참조하면, 전압 측정부(130)는 가변 전류원(110)과 가스센서(120) 사이에 위치하는 노드에 연결될 수 있다.
한편, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 적어도 하나 이상의 프로세서(140)와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리(150)를 포함하되, 도 3에서 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법을 수행한다.
즉, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 적어도 하나 이상의 프로세서(140)에 의해 메모리(150)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법을 수행하게 된다.
이를 통해, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 최초 조정을 수행할 때 또는 가스 반응을 수행할 때에, 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset)에 도달할 때까지 가스센서(120)에 전류 인가를 가변 제어함에 따라 가스센서(120)의 베이스 저항에 맞춰서 일정한 수준 이하로 측정 오차를 일관되게 유지하게 된다.
여기서, 프로세서(140)는 적어도 하나 이상의 프로세서로서, 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 그리고, 프로세서(140)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
또한, 메모리(150)는 하나의 저장 장치일 수 있거나, 또는 복수의 저장 엘리먼트의 집합적인 용어일 수 있다. 메모리(150)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 실행가능한 프로그램 코드 또는 파라미터, 데이터 등일 수 있다. 그리고, 메모리(150)는 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있거나, 또는 자기 디스크 저장장치 또는 플래시(flash) 메모리와 같은 NVRAM(Non-Volatile Memory)을 포함할 수 있다.
이하, 후술할 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 저항 측정 방법에 대한 도면이다.
먼저, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 가스 농도 측정을 위한 가스 반응 과정을 수행하기에 앞서, 최초 조정(calibration)을 통해 가스센서(120)의 베이스 저항을 측정한다(S201 내지 S205). 즉, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 베이스 저항을 미리 알지 못하더라도 센서별 저항 편차에 관계없이 센서 전압(2차 전압)을 일정하게 출력하도록 조절하여 가스센서(120)의 베이스 저항을 측정할 수 있다.
구체적으로, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가변 전류원(110)에서 최소 전류를 인가하면서 센서 전압(Vo)을 측정한다(S201, S202). 여기서, 가변 전류원(110)에서 최소 전류를 인가하는 것은 한 번에 큰 전류를 흘려 가스센서(120)가 소손되거나, 높은 센서 전압으로 인해 가스센서 저항 측정 장치(100)가 파손되는 경우를 방지하기 위해 가변 전류원(110)에서 가장 낮은 전류를 인가한다.
이후, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)과 미리 정해진 설정 전압(Vset)을 비교하여 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset)에 도달할 때까지 순차적으로 가변 전류원(110)의 출력 전류를 증가하면서 베이스 저항을 측정한다(S203 내지 S205).
이때, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가변 전류원(110)의 최소 전류에서 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset)에 도달할 때까지의 전류까지 증가시켜서 가스센서(120)에 전류 인가를 제어한다.
여기서, 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)은 전기적인 노이즈의 영향이 가장 적고, ADC(Analog Digital Converter) 분해능의 선형적인 구간에 위치하게 된다. 이를 고려하여 설정 전압(Vset)이 설정되고, 가변 전류원(110)의 출력 전류가 제어된다.
다음으로, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 가스 농도 측정을 위한 가스 반응을 수행할 때, 가스 농도에 따라 가스센서(120)의 센서 저항이 변하므로 가변 전류원(110)의 출력 전류를 실시간으로 조절하여 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 일정하게 획득한 후, 센서 저항을 측정하여 가스 농도를 계산한다(S206 내지 S211).
구체적으로, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 최초 조정시 설정된 가변 전류원(110)의 출력 전류를 인가하면서 가스센서(120)의 센서 반응에 따른 센서 전압(Vo)을 측정한다(S206).
이후, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)과 미리 정해진 설정 전압(Vset)을 비교하여 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset)에 도달할 때까지 순차적으로 가변 전류원(110)의 출력 전류를 조정하면서 베이스 저항을 측정한다(S207 내지 S210).
이때, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset) 보다 크면(즉, Vo＞Vset), 가변 전류원(110)의 출력 전류를 감소시키고(S208), 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset) 보다 작으면(즉, Vo＜Vset), 가변 전류원(110)의 출력 전류를 증가시킨다(S209).
그런데, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 설정 전압(Vset)과 동일하면(즉, Vo＝Vset), 가스센서(120)의 센서 저항을 측정한다(S210). 여기서, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)과 설정 전압(Vset)이 동일하다고 판단할 때 미리 정해진 오차범위 이내에서 상호 동일하다고 판단할 수 있다.
이때, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가변 전류원(110)의 출력 전류와 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)을 알 수 있기 때문에, 전류와 전압의 관계식(즉, V＝I×R)에 대입하여 가스센서(120)의 센서 저항을 측정할 수 있다.
부언하면, 가스센서(120)는 최초 조정 이후에 가변 전류원(110)으로부터 가스센서(120)에 일정한 전류가 인가될 때, 가스 농도가 변함에 따라 센서 전압(Vo)이 변동하게 된다.
그래서, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 변동하여 ADC 및 회로 구성의 최적 전압 입력 범위를 벗어나는 경우에 전기적인 노이즈가 증가하여 센서 저항의 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
이와 같은 이유로, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 가스센서(120)의 센서 전압(Vo)이 적정 범위를 유지하도록 가변 전류원(110)의 출력 전류를 실시간으로 조절한다. 센서 전압(Vo)의 적정 범위는 설정 전압(Vset)과 관련되고, 센서, 회로 ADC 등의 사양에 따라 미리 정해질 수 있다.
그런 다음, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 사전에 측정된 가스센서(120)의 베이스 저항과 가스 반응을 통해 측정된 가스센서(120)의 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산할 수 있다(S211). 여기서, 가스센서 저항 측정 장치(100)는 저항비 및 가스 농도 변환식을 이용한다.
일반적으로, 저항비 대비 가스 농도의 관계는 지수함수의 관계를 나타내고, 지수함수의 역함수 관계인 로그 연산을 통해 저항을 가스 농도로 변환을 할 수 있다. 가스 센서의 특성에 따라 지수함수의 변환식은 달라질 수 있으나, 여기서는 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있는 것으로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
110 ; 가변 전류원 120 ; 가스센서
130 ; 전압 측정부 140 ; 프로세서
150 ; 메모리

Claims (13)

  1. (a) 최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하는 단계;
    (b) 가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하는 단계;
    를 포함하는 가스센서 저항 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 가스센서에 전류를 인가하는 가변 전류원의 최소 전류에서 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지의 전류까지 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것인 가스센서 저항 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 크면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 감소시키고, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 작으면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것인 가스센서 저항 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달하는 것은,
    양 전압의 차이가 미리 정해진 오차 범위 이내에 있는 경우에 판단되는 것인 가스센서 저항 측정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스 저항 및 상기 센서 저항은,
    상기 가변 전류원의 출력 전류와 상기 가스센서의 센서 전압을 전류와 전압의 관계식에 대입하여 측정하는 것인 가스센서 저항 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정 전압은,
    상기 가스센서의 센서 전압이 전기적인 노이즈 영향이 가장 작고, ADC(Analog Digital Converter) 분해능의 선형적인 구간에 위치하도록 설정되는 것인 가스센서 저항 측정 방법.
  7. 가스센서 저항 측정 장치로서,
    가스센서에 전류를 인가하기 위한 가변 전류원;
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금,
    최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하게 하고,
    가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하게 하며,
    상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하게 하는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금,
    상기 최초 조정을 수행할 때, 상기 가스센서에 전류를 인가하는 상기 가변 전류원의 최소 전류에서 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지의 전류까지 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 가스센서 저항 측정 장치로 하여금,
    상기 가스 반응을 수행할 때, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 크면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 감소시키고, 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압 보다 작으면 상기 가변 전류원의 출력 전류를 증가시켜서 상기 가스센서에 전류 인가를 제어하는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달하는 것은,
    양 전압의 차이가 미리 정해진 오차 범위 이내에 있는 경우에 판단되는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 베이스 저항 및 상기 센서 저항은,
    상기 가변 전류원의 출력 전류와 상기 가스센서의 센서 전압을 전류와 전압의 관계식에 대입하여 측정하는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 설정 전압은,
    상기 가스센서의 센서 전압이 전기적인 노이즈 영향이 가장 작고, ADC(Analog Digital Converter) 분해능의 선형적인 구간에 위치하도록 설정되는 것인 가스센서 저항 측정 장치.
  13. 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체로서,
    최초 조정을 수행할 때 가스센서의 센서 전압이 미리 정해진 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 베이스 저항을 측정하는 동작;
    가스 반응을 수행할 때 상기 가스센서의 센서 전압이 상기 설정 전압에 도달할 때까지 상기 가스센서에 전류 인가를 가변하여 제어한 후, 상기 가스센서의 센서 저항을 측정하는 동작; 및
    상기 베이스 저항과 상기 센서 저항의 저항비를 이용하여 가스 농도를 계산하는 동작;
    을 포함하는 가스센서 저항 측정 방법을 실행하는 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장매체.
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