가정집 가스보일러 배기가스 조성에 대하여 열역학적 관점에서 해석하였고 일산화탄소 센서의 특성에 대하여 고찰하였다. 배기가스의 조성 측정으로부터 보일러 연소조건을 예측할 수 있음을 본 연구에서 제시하였다. 즉 배기가스중의 산소농도로부터 과잉 공기량을 예측할 수 있고, 배기가스중의 일산화탄소와 수소의 비율로부터 보일러 연소실 온도를 알 수 있다. 가정집에 설치되어 있는 보일러의 배기가스 조성 해석으로부터 과잉 공기량이 약 $55\~110\%$임을 알 수 있었다. 따라서 가정집 가스보일러에서 발생하는 일산화탄소는 연소가스의 유속구배에 의한 난류에 의한 국부냉각 또는 벽에 의한 국부냉각으로 등에 의하여 발생하는 것으로 사료된다. CO센서의 출력전압은 수소와 일산화탄소의 농도에 선형적으로 비례하며, 보일러에서 일산화탄소 발생을 CO센서와 연동제어로 감소시킬 수 있다.
This article describes the output properties of non-dispersive infrared carbon dioxide($CO_2$) sensors resulting from the changes in ambient temperatures. After the developed sensor module was installed inside the gas chamber, the temperature was set to 267 K, 277 K, 300 K, and 314 K, and the concentrations of $CO_2$ gas were increased from 0 to 5,000 ppm. Then, the output voltage at each concentration was obtained. Through these experimental results, two observations were made. First, both the $CO_2$ sensor and the reference sensor showed an increase in the output voltages as the temperature rose from 0 ppm, Second, the full scale outputs of the $CO_2$ sensor grew as the temperature increased. The output characteristics were analyzed based on two factors: change in the radiant energy of the infrared light source and change in the absorptivity of $CO_2$ gas according to the ambient temperature. Additionally, temperature compensation methods were discussed.
In recent years, environments of our globe has been getting worse as a result of rapid growth of socioeconomic activities. The global environmental issues of acid rain, green house effect and ozone depletion are caused by various chemical pollutants, emitted from industries, automobiles and home. Most of these pollutants are produced by combustion processes. CO2 as a chief criminal of the greenhouse effect is a main combustion product of fossil fuels. Development of solid-state electrochemical devices for detecting CO2 is demonstrated based on various combination of solid electrolytes and auxiliary sensing materials. The object of this research is to develop various sensor performance for solid electrolyte gas sensor, and to test gas sensor performance manufactured. So we try to present a guidance for developing potential type gas sensor. We concentrated on development of manufacturing process and performance test.
NDIR $CO_2$ gas sensor was prototyped with ASIC implemented thermopile sensor which included temperature sensor and White-Cell structure in this paper. The temperature dependency of dual infrared sensors ($CO_2$ and reference IR sensors) has been characterized and their output voltage ratios according to the temperature and gas concentration were presented in this paper for achieving temperature compensation algorithm. The initial output voltages of NDIR $CO_2$ gas and reference IR sensors showed $3^{rd}$ order polynomial and linear output voltages according to the variation of ambient temperatures from 253 K to 333 K, respectively. The output voltages of temperature sensor presented a linear dependency according to the ambient temperature and could be described with V(T) = -3.0069+0.0145T(V). The characteristics of output voltage ratios could be modeled with five parameters which are dependent upon the ambient temperatures and gas concentration. The estimated $CO_2$ concentrations showed relatively high error below 300 ppm (maximum 572 % at 7 ppm $CO_2$ concentration), however, as the concentration increased from 500 ppm to 2,000 ppm, the overall estimated errors of $CO_2$ concentrations were less than ${\pm}10%$ in this research.
Micro-electronic gas sensor devices were developed for the detection of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), ammonia (NH3), and formaldehyde (HCHO), as well as binary mixed-gas systems. Four gas sensing materials for different target gases, Pd-SnO2 for CO, In2O3 for NOx, Ru-WO3 for NH3, and SnO2-ZnO for HCHO, were synthesized using a sol-gel method, and sensor devices were then fabricated using a micro sensor platform. The gas sensing behavior and sensor response to the gas mixture were examined for six mixed gas systems using the experimental data in MEMS gas sensor arrays in sole gases and their mixtures. The gas sensing behavior with the mixed gas system suggests that specific adsorption and selective activation of the adsorption sites might occur in gas mixtures, and allow selectivity for the adsorption of a particular gas. The careful pattern recognition of sensing data obtained by the sensor array made it possible to distinguish a gas species from a gas mixture and to measure its concentration.
$CO_2$ sensor was used only one solid electrolyte in many cases. To improve the sensing characteristics of $CO_2$ sensors, solid electrolyte $CO_2$ sensor has been developed by bi-electrolyte type sensor using Na-Beta-alumina and YSZ. However, in many further studies, bi-electrolyte type sensor was made by pellet pressed by press machine and additional treatment for formation of interface. In the aspect of mass production, using thick film and additional treatment is not suitable. In this study, $CO_2$ sensor was fabricated by bi-electrolyte structure which was made by an NBA paste layer deposited on YSZ pellet and fired at $1650^{\circ}C$ for 2 hour. The formation of stable interface between YSZ and NBA were confirmed by SEM image. When the type IV electrochemical cell arrangement represented by $CO_2,O_2,Pt{\mid}Li_2CO_3-CaCO_3{\parallel}NBA{\parallel}YSZ{\mid}O_2,Pt$ is used to measure the $CO_2$ concentration in air. This sensor EMF should depend only on the concentration of $CO_2$ by logarithmic. Also, sensor shows $P_{CO_2}$ and EMF relationship like nerstian reaction at a temperature of $450^{\circ}C$.
Porous $Co_3O_4$ spheres with bimodal pore distribution (size: 2-3 nm and ~ 30 nm) were prepared by ultrasonic spray pyrolysis of aqueous droplets containing Co-acetate and polyethylene glycol (PEG), while dense $Co_3O_4$ secondary particles with monomodal pore distribution (size: 2-3 nm) were prepared from the spray solution without PEG. The formation of mesopores (~ 30 nm) was attributed to the decomposition of PEG. The responses of a porous $Co_3O_4$ sensor to various indoor air pollutants such as 5 ppm $C_2H_5OH$, xylene, toluene, benzene, and HCHO at $200^{\circ}C$ were found to be significantly higher than those of a commercial sensor using $Co_3O_4$ and dense $Co_3O_4$ secondary particles. Enhanced gas response of porous $Co_3O_4$ sensor was attributed to high surface area and the effective diffusion of analyte gas through mesopores (~ 30 nm). Highly sensitive porous $Co_3O_4$ sensor can be used to monitor various indoor air pollutants.
$NiO,\;Cu_2O,\;Mn_2O_3$ and $Cr_2O_3$ as p-type semiconductors were added in CoO with 15 wt.% ethylene glycol binder and measured the butane gas sensing characteristics. The highest sensitivity is obtained for the NiO-CoO sensors. CoO-20 at.% NiO sensor with 15 wt.% ethylene glycol binder sintered at $1100^{\circ}C$ for 24 h exhibits high sensitivity of 90 % to 5000 ppm butane gas at the sensor temperature of $250^{\circ}C$, compared to low sensitivities at the low operating temperature for commercial sensors. Response and recovery times are, respectively, within few seconds and 1min in the static flow system, indicating rapid adsorption and desorption of butane gas on sensor surface even at this low temperature.
We present a novel non-dispersive infrared (NDIR) $CO_2$ gas sensor with a light source emitting collimated light. Using this thermopile, we also have successfully developed a small, sensitive NDIR $CO_2$ detector module for accurate air quality monitoring systems in energy-saving building and automotive applications. The novel sample cavity comprising specular reflectors around the light bulb is configured to uniformly emit collimated light into the entrance aperture of the cavity in order to enhance the sensitivity of NDIR $CO_2$ detector.
We report on the building of a micro sensor array based on typical semiconductor fabrication processes aimed at monitoring selectively a specific gas in ambient of other gases. Chemical sensors can be applied for an electronic nose and/or robots using this technique. Microsensor array was fabricated on the same chip using 0.6${\mu}m$ CMOS technology, and unique gas sensing patterns were obtained by principal component analysis from the array. $SnO_2$/Pt sensor for CO gas showed a high selectivity to buthane gas and humidity. $SnO_2$ sensor for hydrogen gas, however, showed a low selectivity to CO and buthane gas. We can obtain more distinguishable patterns that provide the small sensing deviation(the high seletivity) toward a given analyte in the response space than in the chemical space through the specific parameterization of raw data for chemical image formation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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