아두이노 플랫폼으로 유명한 화학센서인 MQ 시리즈 센서 분석에 앞서, 가스 검지의 이론을 정리하고자 한다.
(어느정도 정리가 되어야 MQ센서를 잘 다룰 수 있다)
(1) 가스 분류
가스는 사전적인 의미로 기체 물질의 총칭을 의미한다.
| 분류 | 설명 | 종류 |
| 가연성 가스 | 공기 중에 산소와 반응하여 연소하는 가스 | LNG, LPG, CH₄, H₂, i-C₄H10, etc |
| 독성 가스 | 인체 허용 농도(TLV)기준의 유독 가스 | NH3, CO, CL₂, COCL₂, VCM, etc |
| 불활성 가스 | 분자 구조가 안정되어 화학 반응을 하지 않는 가스 | He, Ar, Ne, etc |
| 조연성 가스 | 연소하는 것을 도와주는 가스 | O₂ |
| 불연성 가스 | 전혀 연소하지 않는 가스 | N₂, CO₂, Freon, etc |
비중에 따른 분류도 있는데, 공기보다 가벼운지, 무거운지로 나눌 수 도 있다.
(2) %LEL : Lower Explosive Limit (폭발 하한치)
가연성 가스를 다룬다면 이 수치를 알고 있어야한다.
가연성 가스가 공기중의 산소와 혼합되어 있는 경우, 혼합 가스 조성에 따라 점화원에 의해 착화된다.
즉 혼합 가스의 연소 가능한 범위를 폭발 범위라고 하며 그 최저 농도를 LEL(폭발하한치) , 최고 농도를 UEL(폭발상한치)라 한다. 당연하게도 폭발상한치를 경보기준으로 두는 가스 검지기는 없을 것이다.
참고로 헷갈릴 수 도 있는데 %LEL 이란 수치는 LEL까지 도달하기 까지의 범위를 백분율 한 것이다.
최소폭발범위 수치까지 가기에 어느정도가 남았냐 정도로 해석...
(3) TLV (인체허용농도) / TWA (시간가중평균노출기준) / STEL (단시간노출기준)
인체에 유해한 유독(독성) 가스를 다룬다면 이 수치를 알고 있어야겠다.
TWA 는 독성 가스가 존재하는 작업장에서 1일 8시간 정도 작업을 매일 계속하여도 건강에 이상이 없는 정도를 말한다. 이 농도는 작업시간 중의 시간 가중 농도 평균치를 나타내므로 일시적으로 이 기준 농도 보다 높은 농도에서 작업하는 것은 허용 될 수 있다. (즉, 아주 잠깐 노출되는 정도면 괜찮다는 이야기)
그러나, STEL은 단시간 노출 기준으로서 15분 동안 해당 수치가 노출되면 매우 위험하며 산안법에도 "이러한 상태가 1일 4회 이하로 발생하여야 한다"고 명시하고 있다.
(4) %ppm, ppb
양을 나타내는 단위로서, 가스일 경우에는 부피비를 뜻한다.
- ppm : 백만분율 (Parts Per Million)
- ppb : 10억분율 (Parts Per Billion)
- 1% = 10,000ppm = 10,000,000ppb
- 1ppm = 1,000ppb
(5) LPG/ LNG에 관한 정리
천연가스 (NG:Natural Gas)는 지하에서 발생되는 천연적 가스를 의미한다.
이 천연가스의 공급형태가 어떤가에 따라서 다음으로 분류된다.
- LNG (Liquefied NG) : 천연가스를 -162도에서 액화하여 공급 (현 도시가스의 공급형태)
- PNG (Pipeline NG) : 천연가스를 파이프라인으로 다이렉트로 공급
- CNG (Compressed NG) : 천연가스를 압축하여 공급
흔히 가정에서 사용하는 형태의 가스는 LNG라 볼 수 있겠다.
LPG는 액화석유가스이며, Liquefied Petroleum Gas 의 약자이다.
석유에서 채취하거나 정제시 나오는 탄화수소 가스를 냉각하여 액화 시킨 가스 이다.
LNG/LPG의 주 성분은 다음과 같다.
여기서 연소범위(%)는 위에서 설명한대로 LEL과 UEL로 볼 수 있다.
(예: CH4의 경우 LEL 5%, UEL 15%)
LNG 공기 비중: 0.5544(공기보다 가벼움)
LPG 공기비중 1.52(공기보다 무거움)
또한 LNG는 공기보다 가벼우므로 위로 뜨는 성질이 있으며 LPG는 공기보다 무겁기 때문에 아래로 가라앉는 성질이 있다.
(6) 가스검지기의 종류
이는 센서의 이야기가 아닌 검지기 제품 자체에 대한 분류를 나타낸다.
가스별 : 가연성/ 독성/ 산소 검지기
용도별 : 산업용/일반용
- 산업용 : 산업현장의 조건에서도 안정된 출력을 얻을 수 있는 신뢰성 높은 검지기
- 일반용 : 실내등의 일정한 조건 아래 사용 가능한 제품으로 산업용으로 사용 시 신뢰성, 안정성에 문제가 있다.
검지기 방식별 : 확산식/ 흡입식
- 확산식 : 검지센서가 대기 중에 노출되어 있어 측정가스의 확산에 의해 검출하는 방식
- 흡입식 : 측정 가스를 펌프로 강제 흡입하여 검지 (확산식 설치 불가능한 장소에 이용)
(6) 가스센서의 분류
센서에 대해서는 포스팅을 올린적이 있지만, 쉽게 표로 정리된 것을 보면서 복습해본다.
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