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가스 감지는 중요한 기능이지만 수십 년 동안 기술은 변하지 않았습니다. 그래서 NevadaNano(Sparks, NV)의 새로운 유형의 센서에 대해 들었을 때 저는 NevadaNano의 엔지니어링 이사인 Ben Rogers를 인터뷰하기로 결정했습니다.

그들은 MEMS 기반 장치인 센서를 Molecular Property Spectrometer™(MPS™)라고 부릅니다.

MPS 가연성 가스 센서는 수소를 포함하여 가장 일반적인 12가지 가연성 가스의 농도를 감지하고 식별할 수 있습니다. MPS 메탄 가스 센서는 석유 및 가스 산업의 메탄 누출을 모니터링하도록 설계되었습니다. MPS 냉매 가스 센서는 모두 동일한 기술을 기반으로 하는 약한 가연성 지구 온난화 냉매를 감지합니다. Rogers에 따르면 이 센서는 기존의 Pellistor(촉매 비드 센서) 및 비분산 적외선 센서(NDIR)보다 훨씬 더 정확하고 신뢰할 수 있습니다. 대부분의 기존 센서에는 일종의 화학 반응을 일으키는 코팅이 있습니다. 문제는 시간이 지남에 따라 반응을 가능하게 하는 감지 부위가 망가질 수 있다는 것입니다. 그러나 MPS는 불활성 실리콘 기반 표면이므로 화학 반응이 필요하지 않습니다. Rogers에 따르면 가열되어 공기의 열역학적 특성을 측정한 다음 다시 냉각되므로 보정 없이 10년 이상 지속될 수 있습니다.

MPS는 그림 1과 같이 약 인치 크기의 패키지에 내장되어 있습니다. 테스트할 공기는 상단의 메쉬 스크린을 통해 들어가고 사람의 머리카락과 동일한 직경인 매달린, 묶인 마이크로 핫플레이트에 충돌합니다. 지름이 100미크론입니다. 열판은 섭씨 수백도까지 가열될 수 있습니다. 열원은 그림 1의 삽입된 저항 요소를 통해 전류가 공급되는 줄(Joule) 히터입니다. 전류는 테더 중 하나에 들어와 소용돌이를 치고 해당 트레이스에서 나옵니다. Rogers는 “우리는 열판의 저항을 측정하여 온도와 해당 온도에 도달하는 데 필요한 전력을 제공할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 플레이트의 온도와 해당 온도에 도달하는 데 필요한 전력 간의 관계는 공기의 열전도도에 따라 달라집니다. 공기에 가스가 있으면 열적 특성이 변합니다. 예를 들어, 공기 중에 메탄이 ​​존재하고 열판을 가열하는 경우, 메탄은 공기보다 열 전도성이 더 크기 때문에 열판을 적절한 온도로 유지하는 데는 메탄이 없을 때보다 더 많은 전력이 필요합니다.

고유한 특성의 핵심인 MPS는 실리콘 칩과 유사하게 생산되는 MEMS 장치입니다. MEMS 장치이기 때문에 작동하는 데 전력이 거의 필요하지 않습니다. “이전에는 감지하는 가스 종류를 알려주는 가연성 센서가 없었습니다. 탐지를 수행할 때 분류도 제공합니다. 예를 들어, 센서는 존재하는 농도와 수소, 펜탄과 같은 중간 가스 또는 수소 혼합물임을 보고합니다.”라고 Rogers는 말했습니다. “기존 가스 센서에는 분류 기능이 없었습니다. 그것이 우리를 매우 정확하게 만드는 이유입니다. 왜냐하면 우리는 거기에 있는 어떤 가스에 대해서도 교정을 조정할 수 있기 때문입니다.”

중요한 농도 단위는 폭발 하한계(LEL)입니다. 이는 점화원이 있을 때 불꽃을 일으킬 수 있는 공기 중 가스의 가장 낮은 농도(부피 백분율 기준)입니다. 사용자는 자신이 LEL의 50%에 얼마나 가까운지 알고 싶어하므로 각 가스의 LEL이 다르기 때문에 어떤 가스가 존재하는지 식별하는 기능이 중요합니다.

그림 2는 전달된 농도와 보고된 농도의 플롯을 보여줍니다. 이는 이 공간에서 센서의 주요 문제 중 하나를 보여줍니다. 완벽한 센서는 보고된 내용을 정확하게 알려줍니다. 즉, 중앙까지 올라갑니다. 농도를 과도하게 보고하는 센서는 경보를 너무 일찍 트리거하여 비용이 많이 드는 거짓 긍정을 제공합니다. 과소보고는 위음성을 제공하며 이는 위험합니다. 이상적으로는 곡선이 중앙에 위치하는 것이 좋습니다. 오른쪽 플롯에서 볼 수 있듯이 MPS 센서의 정확도는 7가지 가스에 대해 가격 대비 적절합니다.