KR900003930B1 - 가스 감지소자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스 감지소자

제 1 도는 본 발명에 관한 가스 감지소자의 절개도.

제 2 도는 각각 본 발명의 실시예 1-1에 있어서 가스 감지소자의 일산화탄소 가스의 감도 특성을 나타낸 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스 감지재료(금속 신화물 반도체) 2 : 전극

3 : 세라믹 절연 튜브 4 : 니크롬선

5 : 리드선

본 발명은 가스 감지소자(Gas Sensor)에 관한 것으로서, 주로 가정에서 연탄 사용시 또는 탄광갱내등에서 발생하는 일산화탄소 가스 누출시 저온도에서 조기 감지할 수 있는 소자에 관한 것이다.

종래부터 가스 감지소자로서 가스의 흡착으로 발생하는 고체표면 현상을 이용한 대표적인 것이 반도체식 가스 감지소자이다. 이 반도체 가스 감지소자는 반도체 표면에 피검가스가 접촉하여 발생하는 전기 전도도의 변화를 이용하여 가스의 농도를 측정하는 것으로, 감지소자(Sensor)는 산화물 반도체를 괴상 소결체 또는 절연판위에 고착시켜 후막으로 하여 전극을 부착시켜 제조하거나 튜브형의 절연체위에 전극을 형성하고 그 위에 산화물 반도체를 도포하여 제조한다.

현재 환원성 가스의 누출감지 방법으로서 널리 사용되고 있는 것은 접촉연소식과 반도체식이다. 전자는 가열한 백금선에 가스를 접촉연소시켜 가열선의 전기저항 변화로 검출하는 것인데 소자가 열화(劣化)되기 쉽고 독성이 있으며 전기신호의 변화가 정밀하지 않아 신뢰도가 떨어진다. 후자는 SnO₂, ZnO,γ-Fe₂O₃둥외 금속산화물 반도체를 소결하여 제조하는 것인데 주로 산화제 2 주석(SnO₂)을 사용한 감지소자가 실용화되어 있는데, 가스의 응답속도 및 감도특성이 우수하여 저농도의 가스 검출이 가능하지만 습도의 영향을 받기 쉬울 뿐만 아니라 가스의 농도와 전기저항의 변화에 잘 대응하지 못하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 종래의 SnO₂계 반도체 가스 감지소자에서 나타나는 결점을 보완함과 동시에 가스의 선택적 능력을 겸비한 재료로 알려진 In₂O₃계 반도체 가스 감지소자외 제조에 관한 것으로, In₂O₃및 SnO₂를 감지재료로 하여 촉매물질로는 PdCl2를 첨가하고, 일산화탄소 가스 감지 선택성 증가제로는 ThO₂를 사용하여 소정의 조성비에 따라 혼합하여 제조, 실용화하는 것을 주목적으로 한다.

원래 In₂O₃는 가스 감지소자로서 사용할 수 있는 충분한 저항값의 변화가 있으나 이 소결체는 소자 저항값이 상당히 작아서 가스누출 경보장치에 이용하는데 회로설계가 곤란한 점등의 문제가 발생하여 실용상 난점이 있었다.

본 발명은 In₂O₃를 감지재료로 하여 가스에 대한 감도를 크게 떨어뜨리지 않는 범위내에서 소자 저항값을 실용성 있는 영역으로 높이기 위해 적당한 첨가물을 사용하였는메, SnO₂가 그 예이다. 한편 PdCl₂는 감도를 향상시켜 주고 응답속도를 빠르게 하기 위한 귀금속 활성촉매로서 사용되고, ThO₂는 일산화탄소 가스의 선택성 증가제로 사용된다.

종래의 가스 감지소자는 가연성 가스와 일산화탄소가스를 선택적으로 감지하기가 곤란하였으며, 동일한 소자로 감지온도를 변화시켜 저온역에서는 일산화탄소 가스를 고온역에서는 가연성 가스를 감지하는 방법을 택하기도 하였으나 여름과 겨울 혹은 낮과 밤의 심한 주위온도차로 인한 소자표면의 온도변화에 따른 오동작이 발생하거나, 감지하고자 하는 가스만을 선택적으로 정확하게 감지하기가 어려웠다.

따라서 본 발명은 이와같은 오동작을 최소한으로 줄이기 위하여 감지소자의 조성을 선정하여(실시예 참조) 가연성 가스에 감도를 갖지 않도록 한 것을 특징으로 하는 가스 감지소자에 관한 것이다.

본 발명의 소자원료는 종래에 사용되어 오지 않은 새로운 원료인 In₂O₃를 이용하여 다음에 나타내는 실시예에 따른 조성비로 각각 원료를 조합하여 소자를 제조한다. 제조방법은 각각의 원료를 소정의 조성비로 충분히 혼합한 다음 450℃에서 1시간 유지하여 하소하다. 하소된 분말은 다시 미분쇄한 다음 증류수를 넣어 페이스트를 제조한다. 이와같이 제조한 페이스트를 이미 전극이 형성된 세라믹 절연튜브위에 도포(塗布)하여 1일정도 실온에서 건조시킨 다음 전기로를 사용하여 700-800℃에서 30분동안 유지하여 소결한 다음 로냉한다. 반도체 가스 감지소자는 반도체의 표면현상을 이용한 것으로서 소자의 표면이 다공질이어야 가스를 잘 흡수합 수 있으므로 비교적 낮은 온도에서 소결하기 때문에 기계적 강도에 약하다. 따라서 기계적 강도를 증진시키기 위하여 결합제를 사용한다.

이와같이 소결하여 제조한 가스 감지소자는 제 1 도에 나타낸 바와같이 세라믹 절연 튜브(3)내부에 나선형의 니크롬선(4)을 인입(弓l人)하여 가스 감도측정시 소자가 가열되도록 한다. 이때 소자표면의 가열온도는 보통 100-400℃로 유지하여 사용하는데, 원료의 조성 및 검출할 가스의 종류에 따라 다르며, 본 발명의 실시예에서는 130-170℃로 가열하여 감도측정을 하였다.

이때 사용된 감지방식은 전압검출법으로 가스 감지소자에 직렬로 연결된 부하저항을 사용하였으며, 소자의 저항이 변화하면 부하저항에 걸리는 전압이 변화하므로, 이 부하저항에 나타나는 전압변화를 측정하여 소자의 저항값을 계산하여 소자의 감도특성을 측정할 수 있다.

감도는 여러방법으로 나타낼 수 있겠으나 본 발명의 실시예에서는 각 소자마다 공기중에서의 소자 저항값(R_air)을 기준으로 하여 가스중에서의 소자 저항값(R_gas)의 비, 즉 R_gas/R_air로 나타내었으며 R_gas/R_air의 값이 작아질수록 높은 감도를 갖는다고 할 수 있다. 다음에 본 발명의 실시예를 들어 구체적으로 설명한다.

[실시예 1-1]

소자의 조성을 고순도의 분말로 된 In₂O₃를 20.0중량%, SnO₂를 74.0중량%, ThO₂를 5.0중량% 및 PdCl₂를 1.0중량%로 하여 앞에서 설명한 바와같은 제조공정을 거쳐 일산화탄소 가스 감지소자가 얻어졌다.

이 가스 감지소자의 일산화탄소 가스 및 프로판 가스의 농도변화에 대한 감도특성은 제 2 도에 나타낸 바와같다. 도표에서 볼 수 있는 바와같이 이 가스 감지소자는 일산화탄소 가스에는 저농도에서도 높은 감도특성을 나타내고 있으나, 프로판 가스에는 낮은 감도를 갖는 것으로서 일산화탄소 가스 감지소자로 적당한 소자이다.

일산화탄소 가스는 200ppm에서 2-3시간 노출되면 약한 두통이 생기고, 1600ppm에서는 2시간 이내에 사망하는 등 매우 치명적인 것으로 200-400ppm에서 확실히 감지하면 일산화탄소 가스누출 경보용으로 그 이용이 가능한 것으로 알려졌다.

따라서 본 실시예에서는 CO가스의 농도는 500ppm까지 소자의 감도를 측정하였다.

Claims (1)

1. In₂O₃를 20중량%이상, SnO₂를 75중량%이하 및 ThO₂를 5중량%이하 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 감지소자.

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