A nondispersive infrared (NDIR) ethanol gas sensor was prototyped with ASIC implemented thermopile sensor, which included a temperature sensor and two ellipsoidal waveguide structures. The temperature dependency of the two ethanol sensors (with partially blocked and intact structures) has been characterized. The two ethanol gas sensors showed linear output voltages initially when varying the ambient temperature from 253 K to 333 K. The slope of the temperature sensor presented a constant value of 15 mV/K. After temperature compensation, the ethanol gas sensor estimated ethanol concentrations with larger errors of 20 to 25% below 200 ppm. However, the estimation errors were reduced to between -10 and +1 % from 253 K to 333 K above 200 ppm ethanol gas concentration in this research.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.22
no.12
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pp.1089-1094
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2009
Carbon nanotubes (CNTs) have excellent electrical, chemical stability, mechanical and thermal properties. In this paper, networks of Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) materials were investigated as resistive gas sensors for ethanol ($C_2H_5OH$) detection. Sensor films were fabricated by air spray method for the multi-walled CNTs solution on glass substrates. Sensors were characterized by resistance measurements in the sensing system, in order to find the optimum detection properties for the ethanol gas molecular. The film that was sprayed with the MWCNT dispersion for 60 see, was 300 nm thick. And the electric resistivity is $2{\times}10^{-2}\;{\Omega\cdot}cm$. Also, the sensitivity and the linearity of MWVNT sensor for ethanol gas are 0.389 %/sec and 17.541 %/FS, respectively. The MWCNT film was excellent in the response for the ethanol gas molecules and its reaction speed was very fast, which could be using as ethanol gas sensor. The conductance of the fabricated sensors decreases when the sensors are exposed to ethanol gas.
The effects of additives on gas sensing properties of $In_2O_3$ ethanol gas sensor were investigated. Gas sensors were fabricated by the painting method. The $In_2O_3-La_2O_3-Pt$ sensor heat treated $400^{\circ}C$ displayed fast response and recovery behavior with a maximum sensitivity to ethanol gas in air at an operating temperature of $300^{\circ}C$.
In this paper, we describe the thermal characteristics of the output voltages of ethanol gas sensor according to the amount of radiation incident on the infrared sensors located at each focal point of two elliptical waveguides. In order to verify the output characteristics of the gas sensor according to the amount of incident light on the infrared sensor, two combinations of sensor modules were fabricated. Hydrophobic thin film is deposited on one of the reflectors of sensor modules and one of the two infrared sensors was equipped with a hollow disk (10 Ø), and the temperature characteristics of the infrared sensor equipped with the hollow disk (10 Ø) and the infrared sensor without the disk were tested. The temperature was varied from 253 K to 333 K at 10 K intervals based on 298 K. The properties of ethanol gas sensor have been identified with respect to varying temperature for a range of ethanol concentration from 0 ppm to 500 ppm. In the case of an infrared sensor equipped with a hollow disk (10 Ø), the output voltage of the sensor decreased by 0.8 mV and 1 mV, respectively, as the temperature increased. Conversely, the output voltage of the diskless infrared sensor showed an average increase of 67 mV and 57 mV as the temperature increased. The ethanol concentrations estimated on the basis of results show an error of more than 10 % for less than 100 ppm concentration. However, if the ethanol concentration exceeds 100 ppm, the gas concentration can be estimated within the range of ${\pm}10%$.
$SnO_{2}$-based thick film ethanol gas sensors were fabricated on alumina substrates and their ethanol gas sensing characteristics were investigated. The film sintered at $400^{\circ}C$ for 2 hrs. showed the highest sensitivity to ethanol gas and the sensitivity of the film to 1000 ppm ethanol gas in air was 97 % at an operating temperature of $250^{\circ}C$. The addition of $Fe_{2}O_{3}$ to $SnO_{2}$ enhanced the sensitivity by changing the type and number of surface acidic/basic sites.
ZnO-based ethanol gas sensors were fabricated by the painting method and their electrical and ethanol gas sensing characteristics were investigated. The ZnO-Pt (1 wt.%) film heat treated at $400^{\circ}C$, for 2 hrs. in air showed the highest sensitivity to ethanol gas in air at an operating temperature of $250^{\circ}C$ The sensitivity of the gas sensors to 1000 ppm ethanol in air at $250^{\circ}C$ was 8.7 and rising time and falling time of the gas sensors were 3.12 minutes and 25 minutes, respectively.
A membrane gas sensor was developed for the measurement of ethanol concentration during acetic acid fermentation. The fermentation broth including ethanol was permeated through the silicone membrane by synthetic air as a carrier gas and was detected by a semiconductor gas sensor. The optimum conditions of membrane gas sensor were 20m1/min of flow rate and 0.5mm of membrane thickness. In acetic acid fermentation, an on-line measurement of ethanol concentration was conducted by the proposed membrane gas sensor and then the on-line sensor signal, was compared with the result of off-line analysis by gas chromatography. As a result, a correlated response over the range of $0∼70g/\ell$ was shown between membrane gas sensor and gas chromatography and this use of membrane gas sensor was experimentally ascertained for the monitoring and control of bioprocess like acetic acid fermentation.
To use the porous silicon as gas sensors, we made the MOPS structure from the porous silicon with Al evaporation and investigated the sensing characteristic of ethanol. When the MOPS structure is in contact with ethanol gas, the maximum peak of PL changes and it return to original intensity without contact. The MOPS structure had response time 0.78s and recovery time 4.13s when it is in contact with ethanol, which satisfied the required sensor standards. Further complimentary researches, however, are required to investigate the contact mechanism between MOPS structure and ethanol and to solve the surface contamination problem.
Highly sensitive thick film ethanol gas sensors based on a nanocrystalline $In_{2}O_{3}$ were fabricated by painting method on alumina substrates. The crystal structure of the $In_{2}O_{3}$ powder was characterised by XRD analysis. The microstructure of the films were characterised using FE-SEM. The experimental results of the ethanol gas sensing characteristics indicated that the undoped $In_{2}O_{3}$ thick film has a high sensitivity. The sensitivity of the film heat treated at $400^{\circ}C$ for 2 hrs. was as high as 32.73 at an operating temperature of $200^{\circ}C$ to 1000 ppm ethanol gas in air.
Pure and 0.3 wt% Au-doped In2O3 hollow spheres were synthesized via ultrasonic spray pyrolysis of droplets containing an In-source and sucrose in air and their gas sensing characteristics to 1 ppm ethanol, 1 ppm toluene, 1 ppm xylene, 2 ppm nitrogen dioxide (NO2), and 30 ppm carbon monoxide (CO) were measured at 400 - 450℃. The pure In2O3 hollow spheres exhibited relatively low gas responses and sluggish recovery kinetics. In contrast, the doping of Au into In2O3 hollow spheres significantly increased the gas response (S= resistance ratio) to 1 ppm ethanol (S= 20.6) at 400℃ with low cross-responses (S = 1.3-8.8) to other interference gases. Furthermore, the hollow spherical morphology of In2O3 provides a large surface area and facilitates rapid gas diffusion, resulting in fast response and recovery times. The sensor exhibited excellent performance with a low detection limit of 1.6 ppb. These findings indicate that the Au-In2O3 hollow spheres are promising candidates for advanced ethanol-sensing applications, particularly in breath-alcohol monitoring for ignition interlock devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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