가스센서

개요

가스 센서. 공기 중에 존재하는 특정 가스의 유무 또는 농도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하는 센서.

가스 센서의 주요 활용

활용 분야	설명
안전	가스 누출을 감지하여 사고를 예방하고 경보를 제공한다.
환경	대기질 및 실내 공기 질 상태를 측정한다.
산업	공정 중 가스 상태를 감시하여 품질과 안전을 유지한다.
교육·실습	센서 원리 학습 및 아두이노 실험에 활용된다.

가스 센서 선택 기준

가스 센서의 주요 스펙

특성	의미
선택성 (Selectivity)	특정 가스를 얼마나 잘 구분할 수 있는지를 나타낸다.
감도 (Sensitivity)	가스 농도 변화에 대해 출력이 변하는 정도를 의미한다.
응답 시간 (Response Time)	가스에 노출된 후 센서가 반응하기까지 걸리는 시간이다.
회복 시간 (Recovery Time)	가스 제거 후 출력이 원래 상태로 돌아가는 데 걸리는 시간이다.
수명 (Lifetime)	정상적인 성능을 유지할 수 있는 기간이다.
보정 (Calibration)	기준값을 재설정하여 정확도를 유지하는 과정이다.

가스 센서의 분류

가스 센서는 동작 원리에 따라 다음과 같이 분류된다.

분류	측정 원리	대표 가스	특징
반도체식(MOS) (Metal–Oxide–Semiconductor)	가스에 따른 전기저항 변화. 산화물 반도체(보통 SnO₂, ZnO) 산소가 흡착되면 전자를 가져가고 SnO₂ 표면의 전자가 감소하여 저항 증가.(전자고갈층 생성) 환원성 가스가 들어오면 전자가 풀려남. 전류가 증가하는데, 이 양을 측정한다. 가스 구분이 잘 안되서, 온도별로 반응이 다름을 이용하든가, 다른 전용센서들로 특정 기체 영향을 제한다는 등 전략이 있음.	환원성 가스. 표면반응으로 풀려나는 전자의 총량을 측정하는 것이기에, 환원성 가스에 전체적으로 반응해버림. 가연성, 환원성 가스: 수소(H₂), 일산화탄소(CO), 메탄(CH₄), 프로판, 부탄(LPG), 천연가스 알코올류: 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 VOC(종류는 아래 PID 내부 참고) 가스 유입 시 Gas + O⁻ → 산화물 + e⁻ → 저항 ↓ CO + O⁻(ads) → CO₂ + e⁻ H₂ + O⁻ → H₂O + e⁻	구조 단순, 저가, 교육용에 적합 환원성 가스와 산화성 가스가 같이 있으면 서로 반대로 작용하기 때문에 안읽힘. 즉, 혼합 가스에 취약. 산화, 환원을 반복하며 센서 표면의 오염이 축적되거나 특성이 바뀌어 감도에 변화가 발생함(드리프트) 주기적 보정이 필요해짐; 오염도를 측정하는 것보다 오염이 발생했다는 트리거로 쓰는 것이 용도에 맞음.(절대값이 아닌, 추세 활용) 싸고 수명이 길어서 공기청정기에서 많이 사용하는데, 새벽시간이나 창문 연 것 같은 시점에 센서 보정을 하는 꼼수를 쓰는 방식으로 이용함. 전자코에 많이 사용. 사람 코는 다양한 수용체에서 온 것을 뇌에서 분석한다면, 전자코는 서로 감도가 다른 센서를 여럿 두어 AI로 처리하는 경우가 많다.
전기화학식	전극에서의 화학 반응 전류 화학반응으로 인해 수명 있음(사용 안해도)	CO, O₂, NO₂	정확도 높음 수명 제한 존재 2~3년(그래도 꽤 긴데?)
NDIR (Non-Dispersive Infrared)	특정 가스의 특정 파장의 적외선 흡수량 측정	CO₂, 메탄	비접촉 방식, 장기 안정
촉매연소식	가스 연소에 따른 온도 변화	가연성 가스	폭발 하한 농도 측정 가능
PID (Photo-Ionization Detector)	자외선 이온화 전류 측정 이온화된 기체로 인해 전류 발생	VOC(Volatile Organic Compounds 휘발성 유기 화합물) 벤젠, 톨루엔, 자일렌 포름알데히드 아세톤 알코올류 각종 용제, 연료 증기, 페인트냄새	고감도, 전문 장비용 유기용제 누출 감지

생각보다 단 하나의 가스를 측정하는 방법은 거의 없다.

방식별 특성 비교

항목	반도체식(MOS)	전기화학식	NDIR	PID
정확도	낮음	높음	매우 높음	매우 높음 (ppb)
선택성	낮음	높음	높음 (가스별)	낮음 (총 VOC 측정)
가격	저렴	중간	고가	고가
예열 필요 여부	필요	거의 없음	없음	필요(램프안정)
수명 특성	장기 사용 시 드리프트	명확한 수명 존재	장기 안정	UV램프 수명 있음
오차	온습도 영향 큼	온도 영향 있음	영향 적음	습도·먼지 영향 있음

마이크로컨트롤러에서의 사용 관점

아두이노 등 마이크로컨트롤러에서 센서의 출력 방식에 따라 사용 방법이 달라진다.

출력 방식	사용 방법	센서 예시
아날로그 출력	analogRead() 함수 사용	MQ 시리즈
디지털 출력	digitalRead() 함수 사용	임계값 출력 센서
I²C 통신	Wire 라이브러리 사용	NDIR CO₂ 센서
UART 통신	Serial 통신 사용	산업용 가스 센서

주의사항

장기간 사용 시 정기적인 보정과 점검이 필요.