가스 검출기

Gas detector

가스 감지기는 종종 안전 시스템의 일부로 구역 내 가스의 존재를 감지하는 장치입니다.가스 감지기는 누출이 발생한 지역의 작업자에게 경보를 울릴 수 있으며, 작업자가 떠날 수 있는 기회를 제공합니다.이러한 종류의 장치는 사람이나 동물과 같이 유기 생명체에 해로울 수 있는 많은 가스들이 있기 때문에 중요하다.

안전 가스 모니터

가스 감지기는 가연성, 인화성 및 유독성 가스 및 산소 고갈을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.이러한 유형의 장치는 업계에서 널리 사용되고 있으며, 석유 시추 시설과 같은 장소에서 제조 공정과 태양광 발전 같은 신기술의 감시를 위해 발견될 수 있습니다.그것들은 소방에 사용될 수 있다.

가스 누출 감지는 센서에 의해 잠재적으로 위험한 가스 누출을 식별하는 프로세스입니다.또한 열 카메라를 사용하여 육안으로 식별할 수 있습니다. 이 센서는 보통 위험한 가스가 감지되면 사람들에게 경고하기 위해 청각 경보를 사용합니다.독성 가스에 대한 노출은 도장, 훈증, 연료 주입, 건설, 오염된 토양 굴착, 매립 작업, 밀폐된 공간 진입 등과 같은 작업에서도 발생할 수 있다.일반적인 센서에는 가연성 가스 센서, 광이온화 검출기, 적외선 점 센서, 초음파 센서, 전기화학 가스 센서 및 금속 산화물 반도체 센서(MOS 센서)가 포함됩니다.최근에는 적외선 영상센서가 사용되고 있다.이 모든 센서는 다양한 용도에 사용되며 산업 플랜트, 정유소, 제약 제조, 훈증 시설, 제지 공장, 항공기 및 조선 시설, 유해 물질 운영, 폐수 처리 시설, 차량, 실내 공기 품질 테스트 및 가정에서 찾을 수 있습니다.

역사

유해가스가 인체에 미치는 영향이 밝혀지면서 가스 누출 감지 방법이 관심사가 됐다.현대의 전자 센서 이전에는 조기 검출 방법이 덜 정확한 검출기에 의존했다.19세기와 20세기 초에 걸쳐, 탄광부들은 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄과 같은 생명을 위협하는 가스에 대한 조기 탐지 시스템으로서 카나리아를 터널로 데려왔다.보통 매우 노래를 잘 부르는 새인 카나리아는 노래를 멈추고 이 가스로부터 제거하지 않으면 결국 죽게 되는데, 이것은 광부들에게 빨리 광산에서 나오라는 신호이다.

산업 시대의 첫 번째 가스 감지기는 1815년 영국의 험프리 데이비 경이 지하 탄광에서 메탄(화재)의 존재를 감지하기 위해 고안한 화염 안전등이었다.불꽃 안전등은 신선한 공기에서 특정 높이로 조정된 오일 불꽃으로 구성되었습니다.이러한 램프로 점화되는 것을 방지하기 위해 불꽃은 메쉬 화염 방지기가 있는 글라스 슬리브 안에 억제되었습니다.화염의 높이는 메탄(높음)의 존재 또는 산소 부족(낮음)에 따라 달라집니다.오늘날까지도 세계 일부 지역에서는 불꽃 안전등이 여전히 작동 중입니다.

가스 검출의 현대 시대는 1926~1927년 Dr.에 의한 촉매 연소(LEL) 센서의 개발로 시작되었다.올리버 존슨입니다Johnson 박사는 캘리포니아(현재의 Chevron)에 있는 Standard Oil Company의 직원이었으며 연료 저장 탱크의 폭발을 방지하는 데 도움이 되는 공기 중의 가연성 혼합물을 감지하는 방법에 대한 연구 개발을 시작했습니다.1926년에 실증 모델이 개발되어 모델 A로 표기되었다.최초의 실용적인 "전기 증기 표시기" 계량기는 1927년 모델 B의 출시와 함께 생산을 시작했습니다.

세계 최초의 가스 검출 회사인 Johnson-Williams Instruments(또는 J-W Instruments)는 1928년 캘리포니아 팔로 알토에서 올리버 존슨 박사와 필 윌리엄스에 의해 설립되었습니다.J-W인스트루먼트는 실리콘밸리 최초의 전자업체로 인정받고 있다.이후 40년 동안 J-W Instruments는 기기를 더 작고 휴대하기 쉽게 만드는 것, 휴대용 산소 감지기의 개발 및 가연성 가스/증기뿐만 아니라 산소를 감지할 수 있는 최초의 조합 기기 개발 등 가스 검출의 현대 시대에 많은 "최초"를 개척했습니다.

1980년대와 1990년대에 전자 가정용 일산화탄소 검출기가 개발되기 전에는 화학적으로 주입된 종이로 가스에 노출되면 갈색으로 변하는 일산화탄소가 검출되었다.그 이후로, 많은 전자 기술과 장치들이 광범위한 가스 누출을 감지, 감시 및 경고하기 위해 개발되었다.

전기 가스 센서의 비용과 성능이 향상됨에 따라, 그것들은 더 넓은 범위의 시스템에 통합되었습니다.자동차에서 사용되는 것은 처음에는 엔진 배기가스 조절을 위한 것이었지만, 이제는 승객의 편안함과 안전을 보장하기 위해 가스 센서도 사용될 수 있다.이산화탄소 센서는 수요 조절식 환기 시스템의 일부로 건물에 설치되고 있다.정교한 가스 센서 시스템은 의료 진단, 모니터링 및 치료 시스템에서 사용하기 위해 연구되고 있으며, 수술실에서 처음 사용되는 것보다 훨씬 더 많이 사용되고 있습니다.일산화탄소 및 기타 유해 가스에 대한 가스 모니터와 경보는 사무실 및 가정에서 점점 더 많이 사용할 수 있게 되었으며, 일부 관할 지역에서는 법적으로 요구되고 있다.

원래, 검출기는 단일 가스를 검출하기 위해 만들어졌다.최신 장치는 여러 개의 유독 가스 또는 가연성 가스 또는 [1]조합도 탐지할 수 있습니다.새로운 가스 분석기에서는 복잡한 방향의 성분 신호를 분해하여 여러 가스를 [2]동시에 식별할 수 있습니다.

금속 산화물 반도체 센서(MOS 센서)는 1990년대에 도입되었다.가장 먼저 알려진 MOS 가스 센서는 G. Sberveglieri, G. Faglia, S. Groppelli, P. Nelli 및 A에 의해 입증되었다.1990년 카만지.MOS 센서는 그 이후로 중요한 환경 가스 [3]감지기가 되었다.

종류들

가스 검출기는 동작 메커니즘(반도체,[4] 산화, 촉매, 광이온화, 적외선 등)에 따라 분류할 수 있다.가스 감지기는 휴대용 장치와 고정식 가스 감지기의 두 가지 주요 폼 팩터로 패키지화됩니다.

휴대용 검출기는 사람 주변의 분위기를 모니터링하는 데 사용되며, 휴대하거나 옷이나 벨트/하니스에 착용한다.이러한 가스 감지기는 보통 배터리로 작동합니다.그들은 위험한 수준의 가스 증기가 감지되면 경보나 점멸등과 같은 가청 및 가시적인 신호를 통해 경고를 보냅니다.

고정식 가스 검출기는 하나 이상의 가스 종류를 검출하기 위해 사용할 수 있다.고정형 검출기는 일반적으로 발전소나 제어실의 프로세스 영역 또는 주거용 침실과 같은 보호 대상 영역 근처에 설치된다.일반적으로 산업용 센서는 고정형 연강 구조물에 설치되며 케이블은 지속적인 모니터링을 위해 검출기를 SCADA 시스템에 연결합니다.비상시에는 트립 인터락을 활성화할 수 있습니다.

전기화학

주요 기사:전기화학 가스 센서

전기화학적 가스 검출기는 가스가 다공질 막을 통해 화학적으로 산화되거나 환원되는 전극으로 확산되도록 함으로써 작동합니다.생성되는 전류의 양은 [5]가스의 농도를 나타내는 전극에서 산화되는 가스의 양에 따라 결정됩니다.제조업체는 특정 가스 농도 범위를 탐지할 수 있도록 다공질 장벽을 변경하여 전기화학적 가스 감지기를 맞춤화할 수 있습니다.또한 확산 장벽은 물리적/기계적 장벽이기 때문에 검출기는 센서 지속 시간 동안 더 안정적이고 안정적인 경향이 있었고 따라서 다른 초기 검출기 기술보다 유지관리가 덜 필요했다.

그러나 센서는 부식성 요소나 화학 오염의 영향을 받기 때문에 교체가 필요할 [6]때까지 1~2년 정도만 지속될 수 있습니다.전기화학 가스 감지기는 정유소, 가스 터빈, 화학 공장, 지하 가스 저장 시설 등 다양한 환경에서 사용됩니다.

촉매 비드(펠리스터)

촉매 비드 센서는 일반적으로 농도가 폭발 하한(LEL)과 폭발 상한(UEL) 사이일 때 폭발 위험이 있는 가연성 가스를 측정하는 데 사용됩니다.백금 와이어 코일이 포함된 활성 비즈 및 참조 비즈는 Whitstone 브리지 회로의 반대쪽 암에 위치하며 최대 수백℃까지 전기적으로 가열됩니다.활성 비드는 가연성 화합물을 산화시켜 비드를 더욱 가열하고 전기 저항을 변화시키는 촉매를 포함합니다.결과적으로 발생하는 액티브 비드와 패시브 비드의 전압 차이는 존재하는 모든 가연성 가스 및 증기의 농도에 비례합니다.샘플링된 가스는 소결된 금속 프리트를 통해 센서로 들어갑니다. 이 프리트는 기기가 가연성 가스가 포함된 대기로 운반될 때 폭발을 방지하는 장벽을 제공합니다.펠리스터는 기본적으로 모든 가연성 가스를 측정하지만 소결체를 통해 더 빨리 확산되는 작은 분자에 더 민감합니다.측정 가능한 농도 범위는 일반적으로 수백 ppm에서 몇 개의 볼륨 백분율입니다.이러한 센서는 저렴하고 강력하지만 대기 중 최소 몇 %의 산소를 필요로 하며 실리콘, 미네랄산, 염소화 유기화합물 및 유황화합물과 같은 화합물에 의해 오염되거나 억제될 수 있습니다.

광이온화

주요 기사:광이온화 검출기

광이온화 검출기(PID)는 고광자 에너지 UV 램프를 사용하여 샘플링된 가스의 화학 물질을 이온화합니다.이 화합물이 램프 광자의 이온화 에너지보다 낮으면 전자가 방출되고 그 전류는 화합물의 농도에 비례한다.일반적인 램프 광자 에너지에는 10.0 eV, 10.6 eV 및 11.7 eV가 포함된다. 표준 10.6 eV 램프는 몇 년 동안 지속되는 반면, 11.7 eV 램프는 일반적으로 몇 개월만 지속되며 다른 옵션을 사용할 수 없는 경우에만 사용된다.수ppb에서 수 천ppm까지의 범위에서 광범위한 화합물을 검출할 수 있다.감도 감소순으로 검출 가능한 화합물 등급은 방향족 및 요오드화 알킬, 올레핀, 황화합물, 아민, 케톤, 에테르, 알킬 브롬화물 및 규산 에스테르, 유기 에스테르, 알코올, 알데히드 및 알칸, HS2, NH33, PH 및 유기산이다.공기의 표준 성분이나 미네랄산에는 반응이 없습니다.PID의 주요 장점은 뛰어난 감도와 사용 편의성입니다. 주요 제한 사항은 측정이 복합 고유하지 않다는 것입니다.최근에는 벤젠이나 부타디엔과 같은 화합물의 특이성을 높이는 프리필터 튜브가 있는 PID가 도입되었다.고정, 휴대용 및 소형 의류 클리핑 PID는 산업 위생, 유해 물질 및 환경 모니터링에 널리 사용된다.

적외선 점

주요 기사:적외선 포인트 센서

적외선(IR) 포인트 센서는 알려진 부피의 가스를 통과하는 방사선을 사용합니다. 센서 빔의 에너지는 특정 가스의 특성에 따라 특정 파장에서 흡수됩니다.예를 들어 일산화탄소는 약 4.2~4.5μm의 [7]파장을 흡수한다.이 파장의 에너지는 흡수 범위를 벗어난 파장과 비교됩니다. 이 두 파장 사이의 에너지 차이는 존재하는 [7]가스의 농도에 비례합니다.

이 유형의 센서는 감지하기 위해 가스 안에 둘 필요가 없고 원격 감지에 사용할 수 있어 유리하다.적외선 점 센서는 탄화수소와 수증기 및 이산화탄소 같은 기타 적외선 활성 가스를 감지하는[8] 데 사용할 수 있습니다.IR 센서는 일반적으로 가연성 가스가 존재하며 폭발 가능성이 있는 폐수 처리 시설, 정유 시설, 가스 터빈, 화학 공장 및 기타 시설에서 발견됩니다.원격 감지 기능을 통해 대량의 공간을 모니터링할 수 있습니다.

엔진 배기가스는 IR 센서가 연구되고 있는 또 다른 분야입니다.이 센서는 차량 배기가스에서 높은 수준의 일산화탄소 또는 기타 이상 가스를 감지하고 심지어 운전자에게 [7]알리기 위해 차량 전자 시스템과 통합됩니다.

적외선 이미징

주요 기사:서모그래픽 카메라

적외선 이미지 센서에는 액티브 및 패시브 시스템이 포함됩니다.능동 감지의 경우, IR 이미징 센서는 일반적으로 장면의 시야를 가로질러 레이저를 스캔하고 특정 목표 가스의 흡수 라인 파장에서 후방 산란된 빛을 찾습니다.수동 적외선 영상 센서는 영상의 각 픽셀에서 스펙트럼 변화를 측정하고 대상 [9]가스의 존재를 나타내는 특정 스펙트럼 신호를 찾습니다.촬영할 수 있는 화합물의 종류는 적외선 점 검출기로 검출할 수 있는 것과 동일하지만, 그 이미지는 기체의 출처를 확인하는 데 도움이 될 수 있다.

반도체

금속 산화물 반도체 [3]센서로도 알려진 반도체 센서는 가스가 센서와 직접 접촉할 때 일어나는 화학 반응에 의해 가스를 감지합니다.이산화주석은 반도체 [10]센서에 가장 많이 사용되는 물질로, 모니터링 가스와 접촉하면 센서 내 전기 저항이 감소합니다.이산화 주석의 저항은 일반적으로 공기 중 약 50kΩ이지만 [11]메탄 1%가 존재할 경우 약 3.5kΩ까지 떨어질 수 있습니다.이 저항의 변화는 가스 농도를 계산하는 데 사용됩니다.반도체 센서는 일반적으로 수소, 산소, 알코올 증기 및 [12]일산화탄소와 같은 유해 가스를 감지하는 데 사용됩니다.반도체 센서의 가장 일반적인 용도 중 하나는 일산화탄소 센서입니다.그것들은 또한 음주 [11]측정기에도 사용된다.센서가 가스와 접촉해야 감지되기 때문에 반도체 센서는 적외선 점이나 초음파 감지기보다 더 짧은 거리에서 작동합니다.

MOS 센서는 일산화탄소, 이산화황, 황화수소, 암모니아와 같은 다양한 가스를 검출할 수 있다.1990년대 이후, MOS 센서는 중요한 환경 가스 [3]탐지기가 되었다.MOS 센서는 매우 다재다능하지만 습도와 교차 감도 문제가 있습니다.이러한 동작의 원인은 히드록실 이온과 산화물 [13]표면과의 상호작용에 기인한다.알고리즘 최적화를 사용하여 이러한 간섭을 줄이기 위한 시도가 이루어지고 있습니다.[14]

초음파

초음파 가스 누출 검출기는 가스 검출기 자체가 아닙니다.그들은 작은 오리피스(누출)를 통해 저압 영역에서 가압된 가스가 팽창할 때 발생하는 음향 방출을 감지합니다.그들은 주변 환경의 소음의 변화를 감지하기 위해 음향 센서를 사용합니다.고압가스 누출은 대부분 25kHz~10MHz의 초음파 범위에서 소리가 나기 때문에 20kHz~[15]20kHz의 가청 범위에서 발생하는 배경 음향 소음과 쉽게 구별할 수 있다.초음파 가스 누출 감지기는 백그라운드 노이즈의 정상 조건과 초음파 편차가 있을 때 경보를 생성합니다.초음파 가스 누출 감지기는 가스 농도를 측정할 수 없지만 초음파 음량은 가스 압력과 [15]누출 크기에 따라 달라지기 때문에 누출 가스의 누출률을 측정할 수 있다.

초음파 가스 감지기는 주로 날씨 조건이 누출 가스를 쉽게 방출할 수 있는 실외 환경에서 원격 감지에 사용됩니다. 누출 감지기는 가스를 감지하고 경보를 울리기 위해 가스와 접촉해야 합니다.이러한 검출기는 연안 및 육상 석유/가스 플랫폼, 가스 압축기와 계량소, 가스 터빈 발전소 및 많은 실외 파이프라인을 수용하는 기타 시설에서 흔히 볼 수 있다.

홀로그래픽

홀로그래픽 가스 센서는 빛의 반사를 이용해 홀로그램을 포함한 고분자막 매트릭스의 변화를 검출한다.홀로그램은 특정 파장의 빛을 반사하기 때문에, 그 구성의 변화는 가스 [16]분자의 존재를 나타내는 다채로운 반사를 일으킬 수 있다.그러나 홀로그래픽 센서는 백색광이나 레이저와 같은 광원과 관찰자 또는 CCD 검출기를 필요로 한다.

눈금 매기기

모든 가스 감지기는 일정에 따라 보정해야 합니다.가스 감지기의 두 가지 폼 팩터 중 휴대용은 정기적으로 환경이 변화하기 때문에 더 자주 보정해야 합니다.고정 시스템에 대한 일반적인 교정 일정은 분기별, 격년별 또는 보다 견고한 장치가 포함된 연간일 수 있다.휴대용 가스 감지기의 일반적인 교정 일정은 월별 [17]교정을 수반하는 일일 "범프 테스트"입니다.거의 모든 휴대용 가스 감지기에는 특정 보정 가스가 필요합니다. 미국에서는 산업안전보건국(OSHA)이 정기적인 [citation needed]재보정을 위한 최소 기준을 설정할 수 있습니다.

챌린지(범프) 테스트

가스 감지기는 직원/작업자의 안전을 위해 사용되기 때문에, 제조사의 사양에 따라 작동하는 것이 매우 중요합니다.호주 표준은 가스 감지기를 작동하는 사람은 매일 가스 감지기의 성능을 점검할 것을 강력히 권고하고 있으며, 이 장치는 제조업체의 지침과 [18]경고에 따라 유지되고 사용되어야 한다고 명시하고 있습니다.

도전 테스트는 가스 검출기가 반응하고 청각 및 시각 경보가 활성화되도록 가스 검출기를 알려진 농도에 노출하는 것으로 구성되어야 한다.또한 하우징과 나사가 손상되지 않았는지, 필터가 깨끗한지 점검하여 가스 감지기의 기능에 영향을 줄 수 있는 우발적 또는 고의적 손상이 없는지 점검하는 것도 중요합니다.기본 보정 또는 시행 테스트 키트는 보정 가스/조절기/보정 캡 및 호스(일반적으로 가스 감지기와 함께 제공됨)와 보관 및 운반용 케이스로 구성됩니다.테스트되지 않은 기기 2,500대 중 1대는 위험한 농도의 가스에 반응하지 않기 때문에 많은 대기업에서는 범프 테스트를 위해 자동화된 테스트/보정 스테이션을 사용하고 가스 감지기를 매일 [19]교정합니다.

산소 농도

산소 결핍 가스 모니터는 직원과 직원의 안전을 위해 사용됩니다.액체질소(LN2), 액체헬륨(He), 액체아르곤(Ar) 등의 극저온물질은 불활성이며 누출이 있으면 밀폐공간에서 산소(O2)를 치환할 수 있다.산소의 급격한 감소는 직원들에게 매우 위험한 환경을 제공할 수 있으며, 직원들은 갑자기 의식을 잃기 전에 이 문제를 알아차리지 못할 수 있습니다.따라서 저온학이 존재할 때 산소 가스 모니터가 필요합니다.실험실, MRI실, 제약, 반도체 및 극저온 공급업체가 산소 모니터의 일반적인 사용자입니다.

호흡 가스의 산소 분율은 전기 갈바닉 산소 센서에 의해 측정됩니다.예를 들어 스쿠버 [20]다이빙에 사용되는 니트록스 혼합물의 산소 비율을 결정하기 위해 단독으로 사용하거나 역호흡기에서 [21]산소의 일정한 부분 압력을 유지하는 피드백 루프의 일부로 사용할 수 있습니다.

암모니아

산업용 냉동 공정 및 생물학적 분해 공정에서 암모니아 가스가 지속적으로 모니터링됩니다(숨을 내쉬는 것을 포함).필요한 감도에 따라 다양한 유형의 센서가 사용됩니다(예: 불꽃 이온화 검출기, 반도체, 전기화학, 광전자막[22]).검출기는 보통 노출 하한인 25ppm [23]부근에서 작동하지만 산업 안전을 위한 암모니아 검출에는 치명적인 노출 한계인 0.[22]1% 이상의 지속적인 모니터링이 필요하다.

가연성

다른.

가정의 안전

주거지의 유해 가스를 감지하기 위해 설치할 수 있는 몇 가지 센서가 있습니다.일산화탄소는 매우 위험하지만 냄새는 없고 무색인 기체이기 때문에 사람이 발견하는 것을 어렵게 한다.일산화탄소 검출기는 미화 20-60달러에 구입할 수 있다.현재 미국의 많은 지방 관할구역은 주택에 연기 감지기 외에 일산화탄소 감지기 설치를 요구하고 있다.

휴대용 인화성 가스 감지기를 사용하여 천연 가스 라인, 프로판 탱크, 부탄 탱크 또는 기타 가연성 가스의 누출을 추적할 수 있습니다.이 센서는 미화 35~100달러에 구입할 수 있습니다.

조사.

유럽 공동체는 핀란드의 [24]VTT 기술 연구 센터에서 조정한 MINIGAS 프로젝트라고 불리는 연구를 지원해 왔습니다.이 연구 프로젝트는 새로운 형태의 광자 기반 가스 센서를 개발하고, 기존 실험실급 가스 [24]검출기와 같거나 더 빠른 속도와 감도의 소형 기기 제작을 지원하는 것을 목표로 하고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크