주방에 설치된 가스누출 경보기는 센서 표면에 가스가 흡착될 때 일어나는 전기 전도도의 변화나 화학 반응에 의한 전류의 흐름을 감지하여 경보를 울리는 원리가 궁금합니다.

Question

주방에 설치된 가스누출 경보기는 센서 표면에 가스가 흡착될 때 일어나는 전기 전도도의 변화나 화학 반응에 의한 전류의 흐름을 감지하여 경보를 울리는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

가스누출 경보기는 공기 중의 가스를 감지하기 위해 주로 반도체식 센서나 전기화학식 센서의 원리를 이용합니다. 도시가스 경보기에 주로 쓰이는 반도체식 센서는 산화금속 반도체 표면의 전기 저항 변화를 감지합니다. 평상시에는 센서가 고온으로 가열되면서 공기 중의 산소가 반도체 표면에 흡착됩니다. 이때 산소가 반도체의 전자를 빼앗아가기 때문에 전류가 잘 흐르지 않는 높은 저항 상태를 유지합니다. 하지만 가스가 누출되어 반도체 표면에 흡착되면 가스가 기존의 산소와 반응하여 산화되면서 빼앗겼던 전자들이 다시 반도체 내부로 방출됩니다. 이로 인해 전기 저항이 급격히 감소하고 전류가 강하게 흐르게 되며, 경보기가 이 전류 변화를 인식해 경보를 울립니다.

​일산화탄소 경보기에 쓰이는 전기화학식 센서는 일종의 화학 전지와 유사하게 작동합니다. 유독가스가 센서 내부로 유입되면 전극 표면에서 촉매 반응을 통해 가스가 산화되는 화학 반응이 일어납니다. 이 산화 반응 과정에서 전자가 생성되고, 전자가 외부 회로를 통해 반대편 전극으로 이동하면서 전류가 흐르게 됩니다. 누출된 가스의 농도가 높을수록 흐르는 전류의 세기가 강해지므로, 센서가 이 전류의 흐름을 측정하여 기준치 이상일 때 경보를 발생시킵니다. 이처럼 경보기는 가스가 유입될 때 발생하는 전도도 변화나 전류 흐름을 포착하여 작동합니다.

Answer 2

안녕하세요.

주방에 설치된 가스누출 경보기는 눈에 보이지 않는 가스를 직접 보는 것이 아니라, 가스가 센서와 반응하면서 생기는 전기적 변화를 감지해 위험 여부를 판단하는데요, 가정용 도시가스나 LPG 경보기에는 주로 반도체식 가스 센서가 많이 사용됩니다.

반도체식 센서는 보통 산화주석 같은 금속 산화물 재료를 이용하는데요, 센서가 가열된 상태에서는 표면에 산소가 흡착되어 전자를 잡아두기 때문에 전기 전도도가 일정 수준으로 유지됩니다. 그런데 메탄이나 프로판 같은 가연성 가스가 들어오면, 이 가스가 센서 표면 산소와 반응하면서 전자가 다시 방출됩니다. 즉 가스 유입 → 센서 표면 화학반응 → 전자 수 변화 → 전기저항 변화 → 회로가 감지 → 경보 발생와 같은 과정이 일어나는데요, 이때 가스 농도가 높아질수록 전도도 변화가 커지고, 미리 설정된 위험 농도 이상이 되면 경보음이 울립니다.

또 다른 방식으로는 전기화학식 센서가 있는데요, 이 센서는 특정 가스가 전극에서 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 생성되는 미세한 전류를 측정합니다. 생성되는 전류 크기가 가스 농도와 비례하므로 이를 이용해 누출 정도를 판단합니다. 예를 들어 일산화탄소 경보기는 전기화학식 센서를 많이 사용하는데, CO가 전극에서 산화되며 전자를 내놓고 이 전자 흐름이 전류로 측정됩니다. 또한 가스 종류마다 공기보다 무거운지 가벼운지 달라 설치 위치도 다른데요, LPG는 공기보다 무거워 바닥 가까이, 도시가스는 공기보다 가벼워 천장 쪽에 경보기를 설치하는 경우가 많습니다. 감사합니다.