정확하고 쓰기 편한 적외선식 센서

H₂감지 부적합, 습도 주의해야

적외선(Infrared)이란 에너지파의 일종인 전파이며 파장대가 0.76∼1,000㎛범위의 빛을 말하며 파장에 따라 0.76∼1.5㎛를 근적외선, 1.5∼5.6㎛를 중적외선이라 하고 5.6∼1,000㎛대를 원적외선이라 부른다.

적외선은 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이중에서도 6∼14㎛ 파장대의 원적외선이 우리 생활에 널리 응용된다.

태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이며 가스감지에 응용되는 파장대는 3~5㎛의 중적외선대역이 사용된다.

많은 종류의 가연성 가스는 빛의 전자가 스펙트럼 중에서 적외선 영역의 흡수 띠들을 가지고 있고, 이러한 적외선 흡수의 원리는 오랜 시간 동안 실험실용 분석기기에 사용되고 있다.

적외선식(Infrared Type) 센서는 신속한 반응(보통 10초 이내)과 적은 정비, 손쉬운 점검, 마이크로프로세서로 작동되는 기기의 자기진단 기능의 사용 등이 대표적인 장점으로 꼽힌다. 또한 오작동이 거의 없고 불활성 분위기 안에서나 넓은 범위의 주변 온도, 압력, 습도 조건에서도 정확하게 작동한다. 그러나 적외선식 이원자 가스 분자만을 감지할 수 있기 때문에 수소의 감지에는 적합하지 않다.

적외선식 센서는 2-파장 적외선 흡수 원리로 작동한다. 2개의 파장을 가진 빛이 시료 가스를 지나갈 때, 그 중 하나는 감지할 가스에 흡수되는 ‘측정파장’에 설정하고, 다른 하나는 시료 가스에 의한 흡수가 일어나지 않는 ‘기준파장’으로 고정한다. 2개의 광원은 서로 교대로 켜지며 방폭 창(window)을 통해 공통의 광 경로를 거쳐 시료 가스를 지난다. 시료를 통과한 빛은 역 반사체에서 반사되어 시료 가스를 한번 더 통과한다. 마지막으로 시료 가스에 흡수되고 남은 측정파장과 기준파장의 광도를 비교하는데, 이 둘의 차를 이용하여 가스 농도를 측정하는 것이다.

가스농도 측정할 때에는 빛을 분산시키지 않고 통과시키는 비분산 적외선흡수법(Non-Dispersive Infrared)의 원리를 이용해 측정한다.

적외선 센서의 동작원리를 살펴보면 측정 가스 별로 특정 적외선 파장대의 적외선 빛을 흡수하는 원리를 이용하며 적외선광원이 측정 가스 량에 따라 Detecting센서와 Reference센서에 도달하는 빛의 량의 차이를 계산해 가스농도를 측정한다.

Reference 센서는 가스농도에 따라 변하지 않는 기준이 되는 센서이고 Detecting센서는 가스농도에 따라 출력이 변하는 센서이다.

Reference 센서 필터는 측정가스 파장대와 4.0um의 필터를 사용하고 Detecting 센서 필터는 측정가스 파장대의 필터를 사용한다.

온도가 변함에 따라 적외선 광원과 센서의 미세한 특성이 변하게 되므로 온도에 따라 측정값을 보상해주기 위해 온도센서로 온도를 측정한다.

적외선 센서는 적외선 빛이 Reference 센서와 Detecting센서에서 출력되는 전기적인 신호를 마이크로프로세에서 받아들여 가스농도를 계산한다.

적외선 광원(IR Lamp)을 1초에 ON/OFF를 2회 주기로 작동시키는데 이때 각 센서의 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 차이를 계산해 가스농도에 온도를 보상시켜 산출한다.

적외선 가스감지기의 IR 센서는 수명이 5년 이상으로 다른 방식의 센서에 비해 수명이 길다. IR센서 종류는 가연성(HC)과 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂) 등이 있다.

또한 점검 후 이물질이나 습기가 많지 않으면 오차가 적으며 점검할 때 표준가스를 1,000mL/min 유량으로 주입해 점검해야 한다. 센서 표면에 노점(이슬점) 이 발생할 정도로 습기가 많은 장소에서는 사용할 수 없음을 유의해야 한다.