KR20220114816A - 휴대용 반도체 가스 측정 장치 - Google Patents

휴대용 반도체 가스 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치는, 공기 유입구와 공기 배출구가 구비된 하우징과, 상기 공기 유입구 및 공기 배출구가 연통되어 있는 하우징 내의 가스 유동 경로에 배치되며, Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체를 포함하는 가스 감지막을 구비된 반도체 가스 센서를 포함하고, 상기 가스유입구부터 유입된 가스를 감지하여 전기신호로 출력하는 감지부를 구비한 센서보드와, 상기 감지부에 인접하고, 감지부에서 출력한 전기신호를 미리 저장되어 있는 값과 비교하여 가스의 종류 및 농도를 판별하는 프로세서를 포함하는 연산부를 구비한 메인보드와, 상기 연산부에서 판별한 가스의 종류 및 농도에 대한 정보를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 표시부를 포함하여 구성된다.

Description

휴대용 반도체 가스 측정 장치{Portable device for gas measurement using semiconductor sensors}
본 발명은 반도체 가스 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전력 및 측정 감응도가 좋은 반도체 가스 센서를 이용하여 간편하게 휴대하고서 유해가스의 농도를 측정할 수 있도록 한 휴대용 반도체 가스 측정 장치에 관한 것이다.
현대 사회 및 자동차 산업의 빠른 발전으로 그 부산물인 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소 및 이산화질소 등의 유독가스에 의한 대기오염 문제가 부각되고 있으며, 가스 폭발이나 가스 중독의 위험성이 증대되고 있는 실정으로 시각으로 인식할 수 없는 가스를 측정할 수 있는 가스센서에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
종래 가스센서 중 반도체형 가스센서는 금속산화물 반도체인 SnO2, ZnO, In2O3 등의 소결체로서 공기 중 특정 가스의 유무 및 농도를 저항변화로 측정하게 된다. 그런데, 종래 반도체형 가스센서의 경우, 가스 감지막의 활성화를 위해 히터를 최소 300℃ 이상으로 가열한 후, 지속적으로 활성 온도를 유지해야 하므로, 에폴시 수지 등을 사용한 일반 PCB 기판을 사용하지 못하고 세라믹 기판 등 고가의 내열성 기판을 주로 사용하여 생산 단가 및 소비 전력이 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 생산 원가 절감, 전력소모를 감소 및 가스 측정 성능을 높이고 효과적으로 가스 측정정보를 제공할 수 있는 휴대용 가스 측정기의 필요성이 대두된다.
한국 공개특허 10-2006-0078312호(2006.07.05 공개) 한국 공개특허 공개번호 10-2013-0001447호(2013.01.04공개)
본 발명은, 활성화 온도를 현저히 낮춘 반도체 가스 센서를 이용하여 휴대용 반도체 가스 측정 장치를 구현하여 소비전력을 줄이고, 동작 상태를 표시하면서 예열 및 가스 측정 상태를 표시하게 하여 신뢰성 있고 정확한 가스 측정이 가능하도록 휴대용 반도체 가스 측정 장치를 제공하는데에 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 실시예에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치는,
공기 유입구와 공기 배출구가 구비된 하우징과;
상기 공기 유입구 및 공기 배출구가 연통되어 있는 하우징 내의 가스 유동 경로에 배치되며, Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체를 포함하는 가스 감지막을 구비된 반도체 가스 센서 및 반도체 가스센서를 활성화시키기 위한 히터를 포함하고, 상기 가스유입구부터 유입된 가스를 감지하여 전기신호로 출력하는 감지부와;
상기 센서모듈과는 분리 패널에 의해 분리된 상기 하우징 내부 공간에 설치되고, 상기 히터를 제어하여 반도체가스센서를 활성화시키고, 반도체 가스센서에서 출력되는 가스 감지신호를 데이터신호로 변환 한 후, 미리 설정된 연산 프로세스에 의거하여 가스 및 가스 농도를 검출하는 연산부와;
상기 가스 검출 및 가스 농도에 대한 정보를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 표시부;를 포함한다.
상기 반도체 가스 센서는, 기판과, 상기 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성된 전극과, 상기 전극을 커버하는 가스 감지막과, 상기 기판의 하면에 형성된 히터를 포함하며, 상기 감지막은 이산화주석이 배치된 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸고 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체가 불규칙적으로 배열된 주변부를 포함한다.
또한, 본 발명은, 하우징을 하부 하우징과 상부 하우징으로 분할 구성하며, 상하부 하우징 사이에 수분 침투를 방지하는 가스켓을 삽입하여 조립하며, 상하부 하우징의 상단부에 형성되는 공기 유입구에는 공기는 통과시키고 수분유입을 방지하는 멤브레인 및 공기의 유입을 안내하고 분배시켜 반도체 가스 센서의 감지막을 통과하는 유로를 형성하는 센서 윈도우 및 상기 공기 배출구 내측에 설치되는 멤브레인 브라켓 및 공기는 통과시키고 수분 유입을 방지하는 멤브레인이 포함되어 방수용 휴대용 반도체 가스 측정 장치로 구성된다.
또한, 본 발명은 반도체 가스 센서와 분리 구획된 공간에 배치되는 메인보드에는,
상기 반도체 가스 센서의 활성화를 위해 설정된 온도를 유지하도록 온도를 센싱하면서 가열을 제어하는 히터 제어부와,
히터 제어부에 의해 가열된 온도가 상기 반도체 가스 센서의 활성화 온도에 도달된 경우에 상기 반도체 가스 센서의 센서값을 읽어들여 가스 센서값을 측정하는 센서값 측정부와,
상기 센서값 측정부에서 측정된 센서값을 켈리브레이션 처리하고 디지털 데이터로 변환한 센서 데이터를 이용하여 가스 농도를 포함하는 가스 검출정보를 측정하는 센서데이터 처리부와,
상기 히터제어부와, 상기 센서값 측정부 및 상기 센서 데이터 처리부를 제어하고, 상기 가스 검출정보를 시간정보와 함께 저장부에 저장 관리함과 아울러 표시제어 및 알람 제어를 포함하는 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 전체 동작을 제어하는 메인 제어부와,
상기 히터 제어부의 히터 제어상태와, 상기 센서 데이터 처리부의 가스 검출정보 및 사용자 조작 정보를 LCD 화면에 표시하는 디스플레이 제어부,
상기 센서 데이터 처리부의 가스 검출정보에 의거하여 LED 및 부저를 통해 알람제어를 하는 알람 제어부와,
조작스위치의 조작신호를 입력받는 조작신호 입력부와,
상기 메인 제어부에 의해 저장 관리되는 가스 검출 정보를 이력 데이터로 저장하여두고 외부 기기로 다운 로드 시키기 위한 저장부와;
USB포트를 통해 상기 저장부에 저장된 이력 데이터를 다운로드 시키거나 상기 메인 제어부를 통해 가스 측정 프로세스 및 설정정보를 입력시키기 위한 데이터 입출력부와,
상기 USB포트를 통해 외부 전원을 입력받아 충전 배터리에 충전함과 아울러 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 동작 전원을 공급하는 충전식 배터리 전원부를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 반도체 가스 센서를 이용한 가스 측정 장치의 동작장법은, 측정 시작시 전원을 온시켜 히터를 구동시키고. 가열 온도를 측정하는 히터 구동 제어단계(S11)와, 상기 히터 구동 제어 단계(S11)에서 가열온도가 미리 설정 된 설정온도가 되는지를 판단하는 가열온도 판단단계(S12)와, 상기 가열온도가 설정온도가 되면, 상기 반도체 가스 센서에서 검출되는 가스 센서값을 측정하는 가스 센서값 측정단계(S13)와, 상기 가스 센서값을 디지털 데이터로 변환하고, 켈리브레이션을 거쳐 안정화된 센서 데이터값을 검출하고, 센서 데이터 값을 미리 설정된 프로세스에 의해 연산처리하여 추출되는 가스 농도값을 포함하는 가스 검출정보를 디스플레이를 통하여 측정값을 표시함과 아울러 데이터로 저장하는 센서 데이터 처리단계(S14)와, 조작스위치를 통해 입력된 가스 측정모드가 연속 측정인 경우, 설정된 시간 주기로 설정된 횟수 만큼 상기 히터 구동 제어부터 반복하여 측정되는 센서 데이터에 따른 측정값 표시 및 데이터 저장관리를 하며, 가스 측정 종료(S15)인 경우, 상기 히터를 미리 설정된 유지시간동안 설정온도로 히터 구동을 제어하여 상기 반도체 가스 센서의 가스 감지를 리세트시킨 후, 유지시간이 경과되면 측정을 종료하는 측정 종료단계(S16)를 포함한다.
본 발명은 상기와 같이 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체를 포함하는 가스 감지막을 구비된 반도체 가스 센서를 사용하므로써, 130 ~ 150℃의 온도에서 활성화시킬수 있어서 소비전력을 줄일 수 있고, 공기유입구 및 배출구에 수분 침투를 방지하는 멤브레인을 설치하여 물기나 습기의 유입을 차단하여 고장이나 오동작을 방지할 수 있고, 화면을 통해 예열 및 가스 측정 상태와 측정 정보를 표시하여 정확하고 간편하게 가스 측정을 할 수 있게 하며, 측정 데이터를 저장하여 외부기기로 다운로드 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 외형 구성을 보인 도면이다.
도 2의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 정면 하우징 및 내부 센서 및 메인보드의 설치 상태 설명도이다.
도 3은 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 분해 상태도이다.
도 4는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 구성을 보인 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 반도체형 가스센서를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 가스 감지막을 형성하는 감지물질을 간략히 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 가스 측정 동작 설명도이다.
도 8은 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 표시부의 가스 측정 상태 표시 예시도이다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 외형 구성을 보인 도면이고, 도 2의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 정면 하우징 및 내부 센서 및 메인보드의 설치 상태 설명도이다.
본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치는, 크게 반도체 가스센서를 이용하여 가스를 감지하는 감지부와; 상기 감지부를 제어하여 감지부에 의해 검출되는 가스 감지 센서값을 연산처리하여 가스 농도값으로 검출하는 연산부를 포함하여 휴대용 하우징 속에 설치되어 구성된다.
도 1의 (가) 및 (나)와 같이 하우징(10)의 상단부에 공기 유입구(21)가 형성되고, 하우징(10)의 정면부에 표시부(60)와, 조작스위치(70)가 구비되며, 하단부에는 도 2의 (가)와 같이 USB포트(80)가 설치되고 커버(80a)가 구비되어 USB포트를 보호하도록 탈착가능하게 구비된다.
또한 본 발명은, 도 2의 (나)와 같이 반도체 가스 센서에 의한 감지부가 구비되는 센서보드(40)와, 프로세서에 의한 감지부의 센서값을 연산하여 표시제어하는 연산부가 구비되는 메인모드(30)가 서로 분리된 PCB에 구성된다.
상단부의 공기 유입구(21)와 배면의 공기 배출구(22)는 공기 유로가 연통되며, 그 공기 유로상에 상기 센서보드(40)의 반도체센서 감지막이 배치되어 가스를 감지하도록 구성된다. 반도체 가스 센서의 하면에는 히터가 구비된다.
도 3은 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 분해 상태도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치는, 하부하우징(11)과, 상부 하우징(12)이 가스켓(13)을 개재하여 결합된다.
상기 하부 하우징(11)과 상기 상부 하우징(12)의 상단부 중앙에는 돌출된 가이드홈이 형성되어 상하부 하우징을 맞대어 결합하였을때 공기 유입구(21)가 형성되며, 하부 하우징 배면에 공기 배출구(22)가 형성된다. 상기 하부 하우징(11)의 내측면에 상측부의 센서보드 설치공간과 하측부의 배터리 및 메인보드 설치공간으로 구획된다.
상기 공기 유입구(21)에는 수분 침투를 방지하는 멤브레인 및 공기 유입을 가이드하는 센서 윈도우 탑(24)이 설치되며, 상기 공기 배출구(22)에는 내측에서부터 멤브레인 브라켓(25) 및 멤브레인(26)이 설치되어 외부로부터 수분 침투를 방지하게 구성된다.
상기 공기 유입구(21)와 상기 공기 배출구(22)는 공기가 유동되는 통로로 연통되며, 공기 유동로상에 센서보드(40)의 감지부가 노출되게 설치된다. 상기 센서보드(40)는 하부 하우징(11)의 상측공간부에 압착되어 설치되며, 센서보드(40)의 하부에는 파티션 판넬(50) 및 파티션 실리콘(51)이 격벽으로 설치되어 상하측 공간부를 분리한다. 하부 하우징(11)의 하측 공간부에는 충전식 배터리(90)가 배치되며, 그 충전식 배터리(90)의 앞쪽에는 메인보드(30)가 배치되어 설치된다.
메인보드(30)에는 표시부(60)로서 LCD가 설치되고, 표시부(60)는 내측 가스켓(61)에 의해 상부 하우징(12)의 디스플레이 개구부에 설치되고, 디스플레이 개구부의 외측에는 유리판 가스켓(62)을 개재하여 LCD보호용 유리판(63)이 부착 설치된다.
또한, 상기 메인보드(30)에는 조작 스위치(70)가 설치되며, 조작 스위치(70)에는 스위치 노브(71)가 설치되고, 상기 상부 하우징(12)에 형성된 스위치 설치홀에 매칭되어 스위치노브가 외부로 노출되게 설치된다. 또한 상기 메인보드(30)의 하단부에는 USB포트 연결부가 형성되고, 해당 USB 연결부에 연결되는 USB포트(80)가 설치되어 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은, 하우징(10)을 하부 하우징(11)과 상부 하우징(12)으로 분할 구성하며, 상하부 하우징(11)(12) 사이에 수분 침투를 방지하는 가스켓(13)을 삽입하여 조립하며, 상하부 하우징(11)(12)의 상단부에 형성되는 공기 유입구(21)에는 공기는 통과시키고 수분유입을 방지하는 멤브레인(23) 및 공기의 유입을 안내하고 분배시켜 반도체 가스 센서의 감지막을 통과하는 유로를 형성하는 센서 윈도우(24)가 구비되며, 상기 공기 배출구(22) 내측에는 공기는 통과시키고 수분 유입을 방지하는 멤브레인(26) 및 멤브레인 브라켓(25)이 포함되어 방수용 휴대용 반도체 가스 측정 장치로 구성된다.
도 4는 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 구성을 보인 기능 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이, 크게 센서보드(40)와, 메인보드(30)로 분할 구성된다.
상기 센서보드(40)는, 반도체가스센서(41) 및 히터(42)를 포함하여 구성된다. 상기 반도체 가스센서 및 히터의 구성에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 다시 설명한다.
상기 센서보드(40)와 메인보드(30) 사이에는 파티션 판넬(50)이 격벽으로 설치되어 센서보드(40) 측의 열이 메인보드(30)측으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 파티션을 분리한 것이다.
상기 메인보드(30)에는, 상기 감지부로서 구성되는 센서보드(40)의 센싱 제어 및 센싱값을 입력받아 연산처리하여 가스 측정농도를 표시제어하는 연산부로서 구성된다.
이를 위하여 메인보드(30)는, 상기 반도체 가스 센서(41)의 활성화를 위해 설정된 온도를 유지하도록 온도를 센싱하면서 히터(42)를 제어하는 히터 제어부(31)와, 상기 히터 제어부(31)에 의해 가열된 온도가 상기 반도체 가스 센서(41)의 활성화 온도에 도달된 경우에 상기 반도체 가스 센서(41)의 센서값을 읽어들여 가스 센서값을 검출하는 센서값 측정부(32)와, 상기 센서값 측정부(32)에서 검출된 센서값을 켈리브레이션 처리하고 디지털 데이터로 변환한 센서 데이터를 이용하여 가스 농도를 포함하는 가스 검출정보를 측정하는 센서데이터 처리부(33)와, 상기 히터제어부(31)와, 상기 센서값 측정부(32) 및 상기 센서 데이터 처리부(33)를 제어하여 가스 검출정보를 획득하고, 상기 가스 검출정보를 시간정보와 함께 저장부(38)에 저장 관리함과 아울러 표시제어 및 알람 제어를 포함하는 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 전체 동작을 제어하는 메인 제어부(34)와, 상기 히터 제어부(31)의 히터 제어상태와, 상기 센서 데이터 처리부(33)의 가스 검출정보 및 사용자 조작 정보를 LCD 화면에 표시하는 디스플레이 제어부(35), 상기 센서 데이터 처리부(33)의 가스 검출정보에 의거하여 LED 및 부저를 통해 알람제어를 하는 알람 제어부(36)와, 조작스위치(70)의 조작신호를 입력받는 조작신호 입력부(37)와, 상기 메인 제어부(34)에 의해 저장 관리되는 가스 검출 정보를 이력 데이터로 저장하여두고 외부 기기로 다운 로드 시키기 위한 저장부(38)와, USB포트(80)를 통해 상기 저장부에 저장된 이력 데이터를 다운로드 시키거나 상기 메인 제어부(34)를 통해 가스 측정 프로세스 및 설정정보를 입력시키기 위한 데이터 입출력부(81)와, 상기 USB포트(80)를 통해 외부 전원을 입력받아 충전 배터리(90)에 충전함과 아울러 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 동작 전원을 공급하는 충전식 배터리 전원부(39)를 포함한다.
도 5는 본 발명에 적용되는 반도체형 가스센서를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 가스 감지막을 형성하는 감지물질을 간략히 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 반도체형 가스센서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 크게, 소정두께로 형성되는 기판과, 상기 기판의 상측면에 소정 패턴으로 형성되는 전극과, 상기 전극의 일측 둘레를 감싸게 소정두께로 구비되는 가스 감지막과, 상기 기판의 하측면에 밀착되어 상기 기판을 통해 상기 가스 감지막을 소정 온도로 가열하여 활성화 시키는 히터를 포함하여 형성된다.
상기 기판은, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정두께의 판 상으로 형성되며, 상측에는 상기 전극 및 가스 감지막이 구비되어 하측면에 위치하는 히터의 히팅열을 상기 전극 및 가스 감지막으로 전달하게 된다. 상기 가스 감지막은, 상기 기판의 상측으로 상기 전극의 외부 노출면을 감싸게 구비되며, 내부 중심에 SnO2가 위치하고, 상기 내부 중심에 위치한 SnO2의 주변으로 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체가 불규칙하게 산재되어 비정질층을 형성하는 감지물질로 구성된다.
상기 히터는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판의 하측면에 밀착되어 상측면에 위치한 기판을 통해 상기 가스 감지막을 소정 활성온도로 가열시키게 된다. 상기 히터의 작동온도가 110℃보다 낮은 경우에는 가스 감지막을 활성화시키지 못해 가스 센서가 제대로 작동되지 못하는 문제점이 있으며, 170℃보다 높은 경우에는, 에폭시수지나 페놀 수지와 같은 일반 합성수지 기판을 사용하기 어려운 문제점이 있으므로, 바람직하게는, 히터의 작동온도를 110 ~ 170℃로 설정 사용하도록 한다.
종래 순수 SnO2로만 형성된 감지물질에 금, 백금, 은 등의 촉매제를 첨가시켜 가스 감지막의 전기전도도를 향상시키도록 하고 있으나, 본 발명에 따른 반도체형 가스센서의 경우, SnO2를 중심으로 주변에 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체가 불규칙하게 산재되어 형성된 비정질층을 통해 가스 감지막의 전기전도도가 월등히 향상되어 전기전도도 향상을 위한 별도의 촉매제를 첨가를 생략할 수 있으며, 특히, 비정질층의 외곽에 위치하는 금속성의 Sn은 낮은 활성온도에서도 주변 가스와 반응하여 전기전도도를 변화시켜 상기 기판 하측면에 위치하는 히터의 작동 히팅 온도를 현저히 낮출 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 가스 감지막의 활성온도가 낮아짐으로 인해, 히터의 히팅을 위한 소비전력 및 가스 센서의 작동 유지 비용을 절감할 수 있게 되고, 종래에는 가스 감지막을 300 ~ 400℃의 높은 활성온도로 가열시키기 위해 세라믹 기판과 같은 고가의 내열성 기판을 사용하였으나, 본 발명에 따른 반도체형 가스센서의 경우, 110 ~ 170℃의 낮은 온도로도 상기 가스 감지막의 활성이 가능하여 저가의 일반 페놀 수지 또는 에폭시 수지의 기판을 사용할 수 있게 되고, 반도체형 가스센서의 제작 비용을 현저히 낮출 수 있게 된다. 내부 중심에 SnO2가 위치하고 주변에 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀 플레이크를 함유한 세라믹 복합체가 불규칙하게 산재된 비정질층이 형성되는 감지물질을 형성하기 위한 바람직한 제조방법으로는, 먼저, 이산화주석(SnO2) 분말에 숯과 같은 탄소계 분말을 소정량 혼합하고, 믹싱 작업을 통해 혼합분말을 균질화시킨다.
상기 균질화 시킨 혼합분말을 고에너지 빔 조사 장치 내부에 투입하고 외부와 밀폐시킨 후, 밀폐된 고에너지 빔 조사 장치 내부로 질소 가스를 투입하며, 질소 가스가 투입된 상태에서 전자빔, 이온빔, 또는 마이크로파 등의 고에너지 빔을 소정시간 투사하여 상기 혼합분말을 발열시키고, 발열된 탄소계 분말은 기화하면서 이산화주석 일부를 Sn이나 SnO로 환원시키게 되며, 환원 생성된 Sn이나 SnO 및 환원되지 못한 일부 SnO2가 이산화주석을 중심으로 둘레에 쌓이면서 비정질층을 형성하게 된다. 또한, 질소 가스는 비정질층이 형성된 SnO2을 N 도핑시켜 전기전도도를 향상시키게 된다.
본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치는, 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한 바와 같이, 비정질층을 형성하여 감지막을 구성함으로써 110 ~ 170℃의 낮은 온도로도 상기 가스 감지막의 활성이 가능하고, 센서보드의 기판도 일반 기판을 사용할 수 있게 되는 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 가스 측정 동작 설명도이다. 이에 도시된 바와 같이,
측정 시작시 전원을 온시켜 히터를 구동시키고. 가열 온도를 측정하는 히터 구동 제어단계(S11)와, 상기 히터 구동 제어 단계(S11)에서 가열온도가 미리 설정된 설정온도가 되는지를 판단하는 가열온도 판단단계(S12)와, 상기 가열온도가 설정온도가 되면, 상기 반도체 가스 센서에서 검출되는 가스 센서값을 측정하는 가스 센서값 측정단계(S13)와, 상기 가스 센서값을 디지털 데이터로 변환하고, 켈리브레이션을 거쳐 안정화된 센서 데이터값을 검출하고, 센서 데이터 값을 미리 설정된 프로세스에 의해 연산처리하여 추출되는 가스 농도값을 포함하는 가스 검출정보를 디스플레이를 통하여 측정값을 표시함과 아울러 데이터로 저장하는 센서 데이터 처리단계(S14)와, 조작스위치를 통해 입력된 가스 측정모드가 연속 측정인 경우, 설정된 시간 주기로 설정된 횟수 만큼 상기 히터 구동 제어부터 반복하여 측정되는 센서 데이터에 따른 측정값 표시 및 데이터 저장관리를 하며, 가스 측정 종료(S15)인 경우, 상기 히터를 미리 설정된 유지시간동안 설정온도로 히터 구동을 제어하여 상기 반도체 가스 센서의 가스 감지를 리세트시킨 후, 유지시간이 경과되면 측정을 종료하는 측정 종료단계(S16)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 휴대용 반도체 가스 측정 장치의 사용 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명에 의한 표시부의 가스 측정 동작 표시의 예를 보인 설명도이다.
사용자가 조작 스위치(70)를 조작하여 전원을 온시키고, 측정모드를 선택하여 측정을 시작할 수 있다. 이때 표시부(60)에는 전원온 이후, 배터리 충전상태인 전원 표시와, 측정기 작동중 상태를 표시하는 측정중, 단일/연속 측정모드드, 가열 온도와 감지막이 활성화되는 측정온도를 표시하는 온도표시, 측정 일시를 표시하는 일시 표시, 가스종류와 가스농도 및 단위 표시등과, 임계치에 따른 경고 표시등을 포함하는 측정정보 표시를 포함할 수 있다.
가스 측정모드는, 단일 측정모드와, 연속 측정모드로 구분할 수 있고, 단일 측정은 감지막 활성화후 측정온도에 도달되어 측정된 1회의 센서값을 측정하는 것이고, 연속 측정모드는, 일정한 시간동안 일정한 시간주기로 가스를 측정하는 모드이다. 이러한 측정 제어 및 표시 제어는 메인 제어부(34)에 설정하여 두고, 메인 제어부(34)의 제어에 의해 구현될 수 있다,
히터 제어부(31)를 통해 히터(42)를 제어하여 가열을 시작하고, 히터 제어가 가열 온도를 감지하여 히터의 구동을 제어한다. 이때 감지되는 가열온도는 디스플레이 제어부(35)를 통해 표시부(60)에 가열온도 바 표시로 제어될 수 있다.
가열온도가 설정된 온도에 도달되면(S12), 히터 제어부(31)는 설정온도 범위내에서 유지하도록 히터의 구동을 제어한다. 이때 설정된 온도 도달시 센서값 측정부(32)에 로드된 반도체 가스 센서(41)에서 출력되는 가스 감지 전기신호를 입력받아 가스 센서 값을 측정한다(S13).
측정된 가스 센서값은, 센서 데이터 처리부(33)에 입력되고, 센서 데이터 처리부(33)에서는 입력신호를 디지털 데이터로 변환하여 켈리브레이션 시키고, 켈리브레이션이 완료되면 해당 센서 데이터 값을 가스 측정 데이터로 연산 처리하여 가스 농도를 포함하는 가스 검출 정보를 추출한다. 가스 검출정보는 디스플레이 제어부(36)를 통해 표시부(60)에 해당 가스 농도 및 단위 정보를 표시하고, 저장부(38)에 측정 일시와 함께 저장한다.
이때 가스 측정중 및 가스 측정종료나, 측정 가스값이 미리설정된 임계치 이상인 경우에서는 알람 제어부(36)가 부저/LED를 통해 알람 출력을 하게된다.
한편, 가스 측정 모드가 연속 측정 모드인 경우는, 상기 가열온도를 설정온도로 유지시킨 상태에서 일정 시간 주기로 센서값을 읽어들여 센서데이터의 연산처리로 가스 측정을 연속으로 측정하며, 가스 연속 측정시 측정 수치값 이외에 이를 그래프 등으로도 표시하도록 구현할 수 있다.
가스 측정 종료(S15)인 경우에, 그 상태에서 히터를 바로 오프시키게 되면, 감지막 활성화 온도에서 활성화 온도 이하로 내려가므로, 가스 감지 상태가 환원되지 못하여 잔존값으로 남을 수 있다. 이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 가스 측정 종료시 미리 설정된 시간동안 가열온도를 감지막 활성화 온도로 일정한 시간동안 유지시키는 후처리 가열상태를 유지하고, 유지시간이 경과되면 측정을 종료한다. 물론 이때에는 공기 유입구(21)가 가스 감지 위치가 아닌 위치 및 방향으로 전환되어야 더이상 가스 감지를 하지 않고 감지막이 환원되어 리세트 될 수 있다.
또한, 본 발명은 저장부(38)에 측정 데이터를 이력 데이터로 일시 정보와 함께 저장하여 관리한다. USB포트(80)를 통해 외부 기기와 데이터 케이블을 연결하고, 저장부(38)에 저장된 가스 측정 데이터를 외부기기로 다운로드시킬 수 있도록 한다. 따라서, 측정된 이력데이터를 외부 기기로 다운로드시켜 가스 측정 데이터 분석처리와 가스 측정 이력으로 데이터를 관리할 수 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
10 : 하우징 11,12 : 하부, 상부 하우징
13 : 가스켓 21 : 공기 유입구
22 : 공기 배출구 23, 26 : 멤브레인
24 : 센서 윈도우 탑 25 : 멤브레인 브라켓
30 : 메인 보드 40 : 센서보드
50 : 파티션 판넬 51 : 파티션 판넬 실링
60 : 표시부(LCD) 62, 62 : 가스켓
63 : LCD 윈도우 70 : 조작 스위치
71 : 스위치 노브 80 : USB 포트
90 : 충전식 배터리

Claims (5)

  1. 공기 유입구와 공기 배출구가 구비된 하우징;
    상기 공기 유입구 및 공기 배출구가 연통되어 있는 하우징 내의 가스 유동 경로에 배치되며, Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체를 포함하는 가스 감지막을 구비된 반도체 가스 센서를 포함하고, 상기 가스유입구부터 유입된 가스를 감지하여 전기신호로 출력하는 감지부;
    상기 감지부에 인접하고, 감지부에서 출력한 전기신호를 미리 저장되어 있는 값과 비교하여 가스의 종류 및 농도를 판별하는 프로세서를 포함하는 연산부;
    상기 연산부에서 판별한 가스의 종류 및 농도에 대한 정보를 시각적으로 인식할 수 있도록 표시하는 디스플레이부를 포함하는 반도체 가스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 가스 센서는,
    기판과, 상기 기판의 상면에 소정 패턴으로 형성된 전극과, 상기 전극을 커버하는 가스 감지막과, 상기 기판의 하면에 형성된 히터를 포함하는 것인 반도체 가스 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지막은 이산화주석이 배치된 중심부와,
    상기 중심부를 둘러싸고 Sn, SnO, SnO2 및 건습식 그래핀플레이크를 함유한 세라믹 복합체는 불규칙적으로 배열된 주변부를 포함하는 것인 반도체 가스 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 반도체 가스 센서를 내부에 수용하는 하부 하우징과,
    상기 하부 하우징에 결합되는 상부 하우징을 포함하고,
    상기 상부 하부 하우징과 상부 하우징이 결합되는 부위에는 수분 차단을 위한 가스켓이 배치되어 있는 것인 반도체 가스 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지부와 연산부 사이에는 감지 가스 및 수분의 유입을 차단하기 위한 파티션 판넬이 형성되어 있는 것인 반도체 가스 측정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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