산소농도(O2) 측정에 대해서

 산소농도(O2) 측정에  대해서

격막 전극식

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격막전극식은 전극에 산소/용존 산소만을 통과시키는 격막(불소 지막)을 통한 전해액 속에 2종류의 금속을 담가 금속 간에 발생하는 전류치에서 산소 농도를 구하는 방식입니다.

통과한 산소량은 측정하는 가스의 '산소분압'에 비례하기 때문에 산소분압을 산소 농도로 환산하여 측정값으로 출력합니다.

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용존산소(DO) 측정방법에서도 마찬가지로 이 격막전극식이 사용되고 있습니다.

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자기식

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자기식은 상시성이 큰 산소 분자가 자계 내에서 자화되었을 때 생기는 흡인력을 이용하여 산소 농도를 연속적으로 구하는 것으로 자기풍 방식과 자기력 방식으로 나뉩니다.

자기식은 산소가 다른 가스에 비해 자화율이 큰 것을 이용하고 있으며, 자화율이 약한 다른 가스의 간섭을 받지 않는 특징이 있습니다.

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먼저 자기풍 방식은 불균등 자계 내에서 흡인된 산소 분자의 일부가 가열되어 자성을 상실함으로써 발생하는 자기풍의 세기를 열선소자로 검출하는 방법입니다.

그리고 자기력 방식은 다시 아령형과 압력검출형으로 분류됩니다.

덤벨형은 덤벨과 시료가스 중 산소분자의 부피자화율의 차이에 의해 덤벨에 생기는 힘을 검출하여 산소농도를 구하는 방식입니다.

가연성가스의 영향을 받지 않으며 탄소, 수소 등 열전도도가 큰 가스의 영향을 받지 않습니다.

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압력검출형은 불균등 자계 내에 시료가스와 질소, 공기 등의 자화율의 일정한 보조가스와의 계면을 형성하고 그 계면에 작용하는 힘이 시료가스 중의 산소농도에 비례하는 것을 이용하여 산소농도를 측정하는 방식입니다.

계면의 압력차이의 변화분을 측정신호로서 추출하여 열선소자 또는 서미스터, 콘덴서 마이크로폰형 검출기 등을 이용하여 측정합니다.

검출부가 시료가스에 닿지 않기 때문에 시료가스의 부식성 등의 영향없이 측정할 수 있는 것이 특징입니다.

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지르코니아식

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지르코니아 소자가 고온에서 산소 이온에 의한 도전성을 나타내는 성질을 이용하는 측정 방식입니다.

고온으로 가열된 지르코니아 소자의 양 끝에 전극을 설치하고, 그 한쪽에 시료 가스, 다른 한쪽에 공기 등의 기준가스를 흘려보내 산소 농도차를 주어 양극 간에 생기는 기전력을 검출하여 산소 농도를 측정합니다.

지르코니아식의 경우 고온에서 사용에 적합하기 때문에 고온 기체 중에 직접 삽입하여 사용하는 인라인 측정에 적합합니다.

그러나 고온에서 산소와 반응하는 가연성 가스(일산화탄소, 메탄 등) 또는 지르코니아 소자를 부식하는 가스(이산화황 등)를 포함하는 경우에는 측정에 적합하지 않습니다.

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지르코니아식에는 농담전지식과 한계전류식이 있습니다.

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농담전지식은 지르코니아 소자의 양면에 다공질의 백금전극을 붙여 가열하고 각각의 면에 산소 농도 차이가 있는 가스를 접촉시켜 농도가 높은 측에서 일어나는 환원 반응과 농도가 낮은 측에서 일어나는 산화 반응에서의 전극 간의 기전력에서 산소 농도를 구할 수 있습니다.

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한계전류식의 경우 한쪽 전극에서 산소가스량을 제한하면 전압을 증가해도 전류가 일정값이 되는 포화현상이 나타나며(한계전류), 주위의 산소농도에 비례하므로 일정한 전압을 인가하면 흐르는 전류치에서 산소농도를 검출할 수 있는 방식입니다.

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산소 농도계 교정 방법

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산소 센서의 특성은 시간이 지남에 따라 변화하기 때문에 값의 확실함을 일정하게 유지하기 위해 교정을 실시할 필요가 있습니다.

교정을 실시하지 않으면 산소 농도계 자체의 신뢰성을 손상시켜 버리기 때문에 정기적인 교정이 필요합니다.

또한 요즘 산소농도측정기는 자체 대기조정 20.9%(대기산소농도)를 현장에서 조정할수있도록한 기기가 대부분입니다.

산소 센서의 특성이 시간이 지남에 따라, 센서 출력도 변화해 버리기 때문에 정기적으로 기준치와의 차이를 보정할 필요가 있습니다.

계측기에 대해서 이 보정을 실시하는 조작을 교정(조정)이라고 부릅니다.

보통 산소 농도가 낮은 '제로 가스'와 산소 농도가 높은 '스판 가스'의 2종류의 가스를 사용한 교정을 2점 교정이라고 하며, 2점 교정에서는 스판 가스에 대한 출력과 제로 가스에 대한 출력을 측정하여 이러한 2점으로부터 검량선이 작성됩니다.

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