$CO_2$ 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 $450^{\circ}C$.
In this paper, we fabricated $CO_2$ gas sensor based on the MEMS infrared sensor and characterized its electrical and $CO_2$-sensing properties. The fabricated $CO_2$ gas sensor by MEMS technique has many advanges over NDIR(nondispersive) $CO_2$ sensor such as monolithic fabrication, very high selectivity on $CO_2$, low power consumption and compact system. Microbolometer by surface micromachining was fabricated for gas detector and $CO_2$ filter chip by bulk micromachining was fabricated for signal referencing. By using the proposed and fabricated gas sensor, we are expected to measure $CO_2$ concentration more accurately with high reliability.
In this study, Zigbee Sensor Node to transmit harmful gases CO and $CO_2$ information using wireless communication within the ground and underground structures were developed. Wireless communication protocol was used Zigbee Stack included IEEE 802. 15.4 MAC protocol. For wireless transmission of detected harmful gas signal from ADC of MCU was implemented Zigbee Sensor Node that was developed protocol using Serial-Port-Profile(SPP) here. The proposed Zigbee Sensor Node was verified transmission distance from experiments. Transmission distance was into 90m in experiments. Distance experiments were measured at 10m intervals using sine & pulse wave input signal at indoors. The proposed Route Sensor Node was applied mesh routing protocol. When built up USN(Ubiquitous Sensor Network)using Route Sensor Node, transmission distance was not limited. On the experimental results, harmful gas values between direct measurements and USN measurements were consistent. The semiconductor CO sensor and N-DIR $CO_2$ sensor module as a harmful sensor was used. Therefore, the proposed Zigbee Sensor Node was verified about reliability and validity to build USN for transmission of harmful gas information.
NDIR $CO_2$ gas sensor was built with ASIC implemented thermopile sensor which included temperature sensor and unique elliptical waveguide structures in this paper. The temperature dependency of dual infrared sensor module ($CO_2$ and reference IR sensors) has been characterized and its output voltage characteristics according to the temperature and gas concentration were proposed for the first time. NDIR $CO_2$ gas and reference IR sensors showed linear output voltages according to the variation of ambient temperatures from 243 K to 333 K and their slopes were 14.2 mV/K and 8.8 mV/K, respectively. The output voltages of temperature sensor also presented a linear dependency according to the ambient temperature and could be described with V(T)=-3.191+0.0148T(V). The output voltage ratio between $CO_2$ and reference IR sensors revealed irrelevant to the changes of ambient temperatures and gave a constant value around 1.6255 with standard deviation 0.008 at 0 ppm. The output voltage of $CO_2$ gas sensor at zero ppm $CO_2$ gas consisted of two components; one is caused by the HPB (half pass-band) of IR filter and the other is attributed to the part of $CO_2$ absorption wavelength. The characteristics of output voltages of $CO_2$ gas sensor could be accurately modeled with three parameters which are dependent upon the ambient temperatures and represented small average error less than 1.5% with 5% standard deviation.
A solid-state electrochemicall cell for sensing CO2 gas was fabricated using a solid electrolyte of Li2CO3-Li3PO4-Al2O3 mixture and a reference electrode of LiMn2O4. The e.m.f. (electromotive force) of sensor showed a good accordance with theoretical Nernst slope (n=2) for CO2 gas concentration range of 100-10000 ppm above 35$0^{\circ}C$. The e.m.f. of sensor was constant regardless of oxygen partial pressure at the high temperature above 0.1 atm. It was, however, a little depended on oxygen partial pressure as the pressure decreased below 0.1 atm. The oxygen-dependency of our sensor gradually disappeared as the operating temperature increased. The sensing behavior of our CO2 sensor was affected by the presence of water vapor, but its effect was small comparing with other sensors.
The interaction between carbon monoxide (CO) and a cobalt-salen complex (Co(salen)) was studied and applied to detect CO. The metal complex doped PEDOT:PSS film exhibited good sensitivity to CO and differentiate CO from other gases. The response of the composite to CO was reversible (RSD < 5%) change in resistance upon removal of CO gas from the test chamber. The effects of adding Co(salen) in the probe film on the response of the sensor were investigated using AFM, XPS, and FT-IR spectroscopy. The sensitivity of the sensor increased as the Co(salen) concentration enhanced as it increased from 0.0 to 1.5 wt. %, where the highest sensitivity ($%{\Delta}R/R_o$) of $-25.0{\pm}0.05%$ was achieved with 1.0 wt. % Co(salen). The sensor containing probe exhibited a linear response ($R^2$ = 0.983) in the range of 0.5 to 10.0% CO (v/v) $N_2$, and the detection limit was 1.74% CO (v/v) in $N_2$.
감광성 고분자를 감지막 재료로 한 FET(Field Effect Transistor)형 $CO_2$센서를 사진식각법으로 제작하였다. 즉, 바탕소자인 pH-ISFET gate 위에 먼저 Ag/AgCl 기준전극을 형성한 후, 수화젤(hydrogel)막 및 기체투과막의 순서로 감지막을 사진식각법으로 형성하였다. 광가교형 감광성 고분자 polyvinyl alcohol 또는 poly(vinyl pyrrolidinone-co-vinyl acetate)를 감지막의 재료로 할 경우에는 사진식각법으로 용매를 포함하는 일정두께의 수화젤막을 형성하는 것이 어려운 것으로 판단되었다. 광중합 감광성 고분자로서 2-hydroxy methacrylate, acrylamide 단량체를 수화젤막 재료로, polyurethane acrylate oligomer를 기체투과막의 재료로써 사용할 경우 사진식각법으로 용이하게 막의 형성이 가능하였고, 제조된 FET형 $CO_2$ sensor는 $CO_2$농도 $10^{-3}{\sim}10^0mole/{\ell}$에서 좋은 직선성을 나타내었다.
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.
센서는 센서네트워크와 같은 다양한 센서시스템에 응용되고 있는 핵심부품이다. 그러나 센서는 온도에 따른 출력특성과 비선형성을 가지기 때문에 개발이 쉽지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 센서의 보정과정이 필요 하지만 현재의 센서보정과정에서는 많은 보정시간과 비용을 요구하고 있다. 그러므로 보정시간과 비용을 최소화할 수 있는 보정시스템개발이 필요하다. 본 논문에서 CO 및 $CO_2$ 센서모듈 개발과 현재의 보정방법에서의 문제점들을 해결할 수 있는 다수센서보정시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 센서모듈, 시스템보드 및 모니터링프로그램 등으로 구성되며 보정은 최소자승법을 기반 한 회귀분석 방법을 사용한다. 제안한 보정시스템의 구성 및 실험결과에 대해 소개하고 결과를 바탕으로 시스템의 유효성을 검증한다.
$NiO{\cdot}(Co_{0.25}Mn_{0.75})_2O_3$(Mn-Ni-Co) and $Ba_{0.5}Sr_{0.5}TiO_3$(BST) thick films were screen printed on Pt patterned alumina substrate to investigate the effects of sintering temperature on humidity and temperature sensing properties of ceramic sensors. A raise in sintering temperature increased resistance and B constant of the Mn-Ni-Co temperature sensor. This may have derived from the synergic effects of the reduction in charge carriers caused by the substitution of Co for Mn as well as the formation of microcracks from the difference in thermal expansion coefficients. Dependence of resistance on humidity of the Mn-Ni-Co temperature sensor, however, was not found. BST films sintered at temperatures in the range of $1100^{\circ}C$ to $1150^{\circ}C$ showed excellent humidity sensing properties. The BST humidity sensor was faster in its response than the Mn-Ni-Co temperature sensor. The humidity sensor, however, proved to be unstable under various temperatures, suggesting a need for a temperature stabilizing device. In contrast, the Mn-Ni-Co temperature sensor was stable under humid conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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