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연재 센서 기초 강좌(7) <화학 센서>

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작성자 댓글 0건 조회 846회 작성일 20-06-10 15:25

본문

그림 1. 화학 센서의 구성 모식도

 

서론

화학 센서는 어떤 물질을 측정하기 위한 센서다. 열이나 빛 등의 물리량을 측정하는 센서를 물리 센서라고 하며, 물질 자체를 측정하는 센서는 화학 센서라 부르는 것이다. 화학 센서는 각각의 물질(분자)을 인식하는 부분과 인식된 것을 신호로 변환하는 부분이 하나가 되어 구성되며, 모식적으로 나타내면 <그림 1>과 같다. 출력 신호로는 일반적으로 전기 신호(전압, 전류, 저항, 전기 용량 등)가 이용되지만, 빛의 굴절률이나 편광률 등의 광신호도 이용된다(광화학 센서라 불리는 것도 있음).

   

본론으로 들어가기에 앞서 우선 화학 센서 개발의 역사를 뒤돌아보도록 하자. <1>은 화학 센서에 관한 20세기의 토픽들을 정리한 것이다. 화학 센서의 뿌리는 20세기 초반 유리 전극의 발명으로 거슬러 올라간다. 화학 센서라는 명칭 자체는 1962년에 규슈 대학(당시) 아오야마 교수가 제창한 것이다. 그후 주로 반도체 기술을 적용하여 소형화경량화 및 저가격화가 도모되면서 현재에 이르렀다.

여기에서는 대표적인 화학 센서의 예로 가스 센서, 이온 센서 및 바이오 센서에 대해 설명하도록 한다.

 

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1. 20세기 화학 센서의 역사


가스 센서

가스 센서는 문자 그대로 여러 종류의 기체를 측정하기 위한 센서다. 현재 주로 사용되고 있는 가스 센서를 검출 방식에 따라 분류하면 고체 전해질과 반도체의 두 가지가 있다.

고체 전해질 가스 센서는 전기화학적 가스 센서의 일종이다. 전기 화학적이란 전해질을 사용한 센서라는 의미이며, 그 전해질이 고체인 경우를 고체 전해질 가스 센서라 부른다. 여기에서는 지구 온난화의 원인 물질이라고 불리는 탄산가스를 측정하기 위한 탄산가스 센서를 다루기로 한다.


이전에 시판되던 탄산가스 센서는 탄산가스 분자가 적외선을 흡수하는 성질을 이용한 적외선 흡수 방법에 의한 것이 많다. 그러나, 이 방법에 의한 탄산가스 센서는

① 적외 영역에 흡수를 가지는 일산화탄소나 일산화질소 등의 공존 가스 영향을 제거하기 위해 장치가 매우 고가다.

오염이나 분진의 영향을 받기 때문에 잦은 보수가 필요하다.

등의 문제점이 있었다. 이 문제점을 극복하기 위해 탄산 리튬을 고체 전해질로서 이용한 탄산가스 센서가 개발되었다. <그림 2>는 고체 전해질 탄산가스 센서의 구조의 모식도다.

 

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그림 2. 고체 전해질 탄산가스 센서의 구조

 


...(후략)



 

石森 義雄 / 이시모리기술사사무소

본 기사는 2020년 5월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본, 일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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