[논문]접촉연소식 가스 센서의 검지특성

박찬원; 원창섭; 유영한; 안형근; 한득영

문제 정의

따라서 본 연구에서는 조 촉매 TiCh와 유기물 binder PVA(Poly Vinyl Alcohol), 무기물 binder kaoline올 사용하여 가연성 가스에 대한 감지 소자를 제조하고, 그 감지소자의 감도와 선형성 등을 측정하고자 한다.
메탄과 부탄가스를 검지하기 위한 접촉연소식 감지 소자를 제조하였고, 그 특성을 측정하였으며, 특히 본 연구에서는 미량의 MgO를 첨가하여 비 표면적이 큰 r-Aha 미세 분말을 담체 모물질로 한 감지 소자를 제조하여 다음과 같은 결과를 얻었다,

제안 방법

그 이후 1962년에 A. R. Baker"가 Pt족(Pt 또는 Pt와 Rh, Ru, Pd, lr과의 합금)의 나선 코일상에 nitrate, hydroxide 또는 alkali silicate의 수용액을 이용하여 A12O₃ 또는 실리카 bead를 도포하고 그 위에 Pd 또는 Pt/Pd 혼합물 귀금속 촉매를 담지 한 감지 소자를 개발하였다. 여기서 Pt코일은 인가전력에 의한 가열원으로 사용되고, 또한 가스 검지시 센서 자체와 온도 상승을 검출하는 측온 저항 체로도 사용되는 것으로써, 칸탈선등이 사용된 적도 있으나 pellissr〔戚용으로 쓰이는 AI2O₃ 담체와의 열팽창계수 차이에 의한 박리현상을 방지하고 화학적 안정성을 위하여 현재에는 Pt을 주로 사용하고 있다.
실험은 부탄과 메탄의 두 가지 가스를 대상으로 사용하였다. 그리고, 시험의 조건으로 브릿지 회로의 인가전압을 2.1 V, 2.2 V, 2.3 V로 변화하여 그 특성을 조사 하였다. 또■한 water glass를 첨가하여 제작한 시편 올 제작 하여 그특성을 조사 하였다.
3 V로 변화하여 그 특성을 조사 하였다. 또■한 water glass를 첨가하여 제작한 시편 올 제작 하여 그특성을 조사 하였다.
조촉매 Ti6를 사용하여 가연성 가스에 대한 감도가 箸아지는 것을 알 수 있었고, 유기 binder인 PVA를.사용하여 bead에 crack이 발생하지 않도록 하였으며, 또한 비표면적올 넓히는데 역할을 하였다. 그 결과 보상소자에 적당량의 조촉매를 넣어 활성 올 달리하면 가스에 대한 선택성이 매우 좋아지개 된다,
센서소자의 출력특성은 현재 사용되고 있는 NEC와 Nemato sensor의 제품의 출력 특성이 메탄은 4 mV/1000 ppm, 부탄은 9 diV/1000 ppm이고, 선형적인 특성을 가지고 있어, 이것을 기준으로 하여 비교 하였다. 그림 7은 인가전압 2.
이와 같은 센서에 가연성 가스를 접촉 산화하여 발생하는온도상숭을 Pt선의 전기 저항 증가로서 검출하는 것이다. 이와 함께 불활성 물질이 도포된 보상 소자에서는 저항의 감소가 없으므로 이런 변화를 브릿지 회로로 감지하여 가연성가스의 농도를 검출하게 한다.

대상 데이터

bead를 의 제조시 유기물 binder로 PVA (Poly Vinyl Alcohol)를 사용하였다. 이는 점성이 좋고, 건조시에 bead의 균열이 발생하지 않도록 하였으며, 탄소화합물로써 소결 진행시 강한 열을 가하면 연소하여 물과 이산화탄소로 되어 zl 만큼의 넓은 비 표면적 올 낼 수 았다고 사료 된다.
검지소자는 직경 50 ㎛의 Pt선으로 권선수 13회 길이 2 mm, 직경 0.5 mm, 길이 0.8idid~L0 mm의 Pt 코일을 만든 다음 촉매 담체 물질인 감마-AI2O₃를 binder와 혼합하여 직경 1.6 mm, 길이 2 皿정도의 구형 bead형태로 Pt코일에 접착시킨 후 이것을 건조 및 소성 하였다.
검지회로는 그림 2와 같이 휘스톤 브릿지 회로로 구성했다. 피검 가스가 존재하지 않올 때 DXR2=C xRi 이 되도록 VR를 圣정한 후 가연성 가스를 주입하면 피검가스 접촉시 연소로 인한 검지 소자의 저항은 Rd에서 Rd+JRd로 중가하게 되고, 아는 불평형 상태 전압으로 나타나게 된다.
TiCh는조 촉매로써 센서의 피독을 막아주고 주 촉매 제의변화를 늦춰준다. 규산소다 (Waterglass) 는 무기물 binder로 센서의 열에 의한 균열의 발생을 억제하기 위하여 사용하였다. 다음 그림 6은 제작한 소자의 형태를 보여주고 있다.
실험은 부탄과 메탄의 두 가지 가스를 대상으로 사용하였다. 그리고, 시험의 조건으로 브릿지 회로의 인가전압을 2.

성능/효과

1. 조촉매 Ti6를 사용하여 가연성 가스에 대한 감도가 箸아지는 것을 알 수 있었고, 유기 binder인 PVA를.사용하여 bead에 crack이 발생하지 않도록 하였으며, 또한 비표면적올 넓히는데 역할을 하였다.
2. 결정화 방지를 위해서 MgO를 첨가하고, 조촉매 Ti6를 사용한 bead를 재조하여 반복시험결과 선형성과 출력특성이 변하지 않고 안정된 감도를 보였다.
3. 유기 binder인 PVA를 사용하여 bead의 crack 방지 및 열처리시 연소로 인한 비표면적을 눌리는 효과를 나타낸 것으로 보인다.
4. compensator의 처리에 있어서 water glass를 사용하면 compensator의 활성억제효과에 의해서 부탄의 감도를 늘릴 수가 있으며, . compensator의 활성도에 따른 선택적인 가스감도툭성올 얻올 수가 있었다.
메탄과 부탄 모두 water glass를 사용한 쪽의 출력전압이 큰 것으로 보이고, 선형성 또한 water glass를 사용한 쪽이 더 선형적이다. 부탄의 경우 water glass를 사용하지 않은 쪽의 경우 비선형성이 두드러지게 나타나고 있다, :고림 8, 9의 경우 인가 전압이 2.2 V와 2.3 V 의 인가 전압 하에서 센서의 출력 특성을 나타내고 있고, 인가 전압이 2.2 V인 그림 8의 경우 특성이 가장 양호 한 것으로 판단되며, 현재 사용중인 센서의 기준 출력인 메탄 4 tnV/1000 ppm, 부탄 9 mV /1000 ppm와 비교하면, 메탄은 10 %, 부탄은 5.92 %의 출력차를 보이며 추적되고 있음을 확인하였다 고림 10은 1Q00회 반복시험후 센서전압 2.2 V에서의 출력 특성울 나타내고 있다. 메탄의 경우 1000회 반복 후의 출력 특성이 처음제작시험의 약 54 % 의 크기를 가지고 있고, 부탄의 경우 약 74 %의 日기를 가지고 있다.

후속연구

compensator의 활성도에 따른 선택적인 가스감도툭성올 얻올 수가 있었다. 향후 turner, pitch사이의 균일한 간격유지 및 Pt wire의 coiling 기술과 최적 주촉매제의 선정 및 조촉매의 선정, 담체형성기술, 그리고 촉매담지기술둥을 최적화시킴으로써 메탄과 부탄에 대한 선택적인 고감도 접촉연소식 감지소자를 설계할 수 있을 것이다.

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