[go: up one dir, main page]

KR102773328B1 - Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof - Google Patents

Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102773328B1
KR102773328B1 KR1020220050369A KR20220050369A KR102773328B1 KR 102773328 B1 KR102773328 B1 KR 102773328B1 KR 1020220050369 A KR1020220050369 A KR 1020220050369A KR 20220050369 A KR20220050369 A KR 20220050369A KR 102773328 B1 KR102773328 B1 KR 102773328B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
humidity sensor
humidity
hydrogen gas
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020220050369A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230150660A (en
Inventor
이대건
이승태
김경현
Original Assignee
주식회사 현대케피코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 현대케피코 filed Critical 주식회사 현대케피코
Priority to KR1020220050369A priority Critical patent/KR102773328B1/en
Publication of KR20230150660A publication Critical patent/KR20230150660A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102773328B1 publication Critical patent/KR102773328B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/62Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by psychrometric means, e.g. wet-and-dry bulb thermometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006Calibrating gas analysers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011Sample conditioning
    • G01N33/0016Sample conditioning by regulating a physical variable, e.g. pressure or temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005H2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

본 발명의 수소가스 센서 장치는, 온도를 측정하는 온도 센서; 습도를 측정하는 제1 습도 센서; 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서; 상기 제1 습도 센서를 가열할 수 있는 제1 히터; 상기 수소 센서의 측정값에 대하여 상기 온도 센서의 측정값과 상기 제1 습도 센서의 측정값에 따른 보정을 수행하여 수소가스 측정값을 산출하는 보정 연산부; 상기 제1 습도 센서의 피독 가능성이 존재하면, 상기 제1 히터를 가동시키는 히터 제어부; 및 상기 제1 히터가 가동되는 동안 습도를 측정하는 제2 습도 센서를 포함할 수 있다.The hydrogen gas sensor device of the present invention may include: a temperature sensor for measuring temperature; a first humidity sensor for measuring humidity; a hydrogen sensor for measuring hydrogen gas concentration by a heat conduction method; a first heater capable of heating the first humidity sensor; a correction calculation unit for performing correction on a measurement value of the hydrogen sensor according to a measurement value of the temperature sensor and a measurement value of the first humidity sensor to calculate a hydrogen gas measurement value; a heater control unit for operating the first heater when there is a possibility of poisoning of the first humidity sensor; and a second humidity sensor for measuring humidity while the first heater is operating.

Description

히터기능 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치 및 수소가스 측정 방법{HYDROGEN GAS SENSOR APPARATUS WITH HEATER FUNCTION HUMIDITY SENSOR AND DETERIORATION CORRTECTING METHOD THEREOF}Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and hydrogen gas measurement method {HYDROGEN GAS SENSOR APPARATUS WITH HEATER FUNCTION HUMIDITY SENSOR AND DETERIORATION CORRTECTING METHOD THEREOF}

본 발명은 히터기능 습도 센서를 구비하며, 피독 열화 회복을 위해 히터가 인가되는 동안에도 수소농도 감지가 가능한 수소가스 센서 장치 및 수소가스 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen gas sensor device and a hydrogen gas measuring method, which are equipped with a heater-function humidity sensor and are capable of detecting hydrogen concentration even while a heater is applied for recovery from poisoning deterioration.

일반적으로 화석연료의 전망은 밝지 않다. 최근에는 중국, 인도와 같은 신규 거대 에너지 소비국의 등장으로 매장량에 기반한 사용 기한이 짧아질거라 예상된다. 이에 화석연료를 수소에너지로 대체하려는 연구가 세계적으로 이루어지고 있다.In general, the outlook for fossil fuels is not bright. Recently, with the emergence of new large energy consumers such as China and India, it is expected that the lifespan based on reserves will shorten. Accordingly, research is being conducted worldwide to replace fossil fuels with hydrogen energy.

이에 따른 에너지 수급 문제에 대한 각종 대체 에너지의 저장 매체로서 각광 받고 있는 것이 수소에너지이다.Hydrogen energy is attracting attention as a storage medium for various alternative energies to address the energy supply and demand issues.

수소는 청정 에너지원으로서 세계적으로 연구가 이루어지고 있고, 현재 연료전지, 내연기관 등 여러분야에서 활용되고 있으며, 수년 내로 연료전지 자동차, 발전동력 등의 분야에서 소비가 확대될 것으로 예상된다.Hydrogen is being studied worldwide as a clean energy source, and is currently being used in various fields such as fuel cells and internal combustion engines. Its consumption is expected to expand in fields such as fuel cell vehicles and power generation within a few years.

그러나, 수소는 인화점이 높고, 일정 농도 이상이 되면 폭발하는 성질이 있어 이를 다루는 과정에서 수소의 누설 여부를 감지할 수 있는 수소센서의 필요성이 중요시되고 있다.However, hydrogen has a high flash point and has the property of exploding when its concentration exceeds a certain level, so the need for a hydrogen sensor that can detect hydrogen leakage during handling is becoming increasingly important.

한편, 화학물질 및/또는 방사성 생성물의 저장 시설, 지열 드릴링(geothermal drilling), 창고 부지 및 공업 탱크와 같은 시설은 저장된 제품에 관련된 수소 방출의 위험성에 놓일 수 있으며, 이러한 수소 방출은 폭발성이고, 인간에게 해로운 어떤 환경에 놓일 수 있다. 상술한 분야에서 위험성을 제어하고, 발생가능한 어떠한 수소 방출을 예방적으로 검출할 필요성도 존재한다.Meanwhile, facilities such as storage facilities for chemicals and/or radioactive products, geothermal drilling, warehouse sites and industrial tanks may be at risk of hydrogen releases related to stored products, which may be explosive and may pose a risk to humans in some circumstances. There is also a need to control the risks in the above-mentioned areas and to proactively detect any hydrogen releases that may occur.

특히, 수소에너지 사용분야로서 가장 광범위할 것을 예상되는 연료전기 전기자동차(FCEV)의 경우 에너지 효율 및 안정성을 높이기 위해서는 연료전지 스택에 장착된 수소센서에 크게 의존한다.In particular, in the case of fuel cell electric vehicles (FCEVs), which are expected to be the most widespread use of hydrogen energy, hydrogen sensors mounted on fuel cell stacks are heavily relied on to increase energy efficiency and stability.

이에 따라 수소가스의 누출을 검사하는 수소 센서로서, 예컨대, 백금, 팔라듐과 같은 금속에 수소가 흡착되어 금속의 전기 전도도가 변화하는 것을 이용한 전기적 방법을 이용한 센서, 산화물 반도체형과 가스 MOSFET 등을 이용한 전기 화학적인 방법을 이용한 센서, 빛을 이용하여 수소 누출을 감지하는 광학적인 방법을 이용한 센서 등이 개발되어 있다.Accordingly, as hydrogen sensors for detecting hydrogen gas leaks, sensors using an electrical method that utilizes the change in the electrical conductivity of metals such as platinum and palladium due to hydrogen adsorption on the metal, sensors using an electrochemical method using oxide semiconductors and gas MOSFETs, and sensors using an optical method that detects hydrogen leaks using light have been developed.

이중, 가격대비 효율, 즉, 경제성이 우수한 열전도방식의 수소감지센서의 경우 대기중의 온도/습도 값에 따라서 대기 중 수소농도에 의한 열전도값이 달라지는 영향을 받게되는 바, 대기 온도/상대습도에 대한 열전도값을 보상하여 수소농도를 판별하는 방식으로 적용된다.In the case of a double-cost, cost-effective, heat-conduction type hydrogen detection sensor, the heat conductivity value due to the hydrogen concentration in the air is affected by the temperature/humidity values in the air, so the method of determining the hydrogen concentration by compensating the heat conductivity value for the temperature/relative humidity in the air is applied.

상기 열전도방식의 수소감지센서의 보상을 위해 적용되는 Automotive 상대습도 센서의 경우, 감습제를 적용한 방식이 일반적이며, 감습제를 사용하는 경우, 장기간 사용함에 따른 내구열화가 발생하게 되어 상대습도 측정에 영향을 주게 된다. 또한, VOC 등에 의해 감습제가 피독될 경우, 상대습도센서가 피독열화가 발생하게 될 수 있다. In the case of the Automotive relative humidity sensor applied for compensation of the above-mentioned heat conduction type hydrogen detection sensor, the method of applying a desiccant is common, and when a desiccant is used, durability deterioration occurs due to long-term use, which affects the relative humidity measurement. In addition, when the desiccant is poisoned by VOC, etc., the relative humidity sensor may experience poisoning deterioration.

특히, 자동차용 수소가스센서는 특정장착환경에서는 불가피하게 다량의 VOC가 포집이 되는 밀폐된 공간에 위치하게 되는데, 이때 종래의 습도 센서는 VOC에 피독이 발생하여 상대습도를 정확하게 측정할 수 없게된다. In particular, hydrogen gas sensors for automobiles are inevitably located in sealed spaces where large amounts of VOCs are captured in certain installation environments. In such cases, conventional humidity sensors become poisoned by VOCs and cannot accurately measure relative humidity.

VOC 피독된 습도 센서는 습도센서에 히터기능을 추가하게되면 다시 정상적으로 회복이 가능하다. 그래서 최근 히터기능이 포함된 습도 센서가 출시되고 있다. 다만 히터기능을 이용해서 VOC피독을 회복시키려면 최소 수초간, 길면 몇분동안 해당 장착위치의 수소농도 감지가 불가능하므로, 평소 사용영역에서 히트 기능을 지속적으로 사용할 수는 없다.Humidity sensors that have been poisoned by VOCs can be restored to normal operation by adding a heater function to the humidity sensor. Therefore, humidity sensors with heater functions have been released recently. However, if you use the heater function to restore VOC poisoning, the hydrogen concentration at the installation location cannot be detected for at least several seconds, or at most several minutes, so the heat function cannot be used continuously in the normal usage area.

이에 히터기능의 습도 센서를 구비하는 수소가스센서의 경우에도 수소농도 감지를 지속적으로 하기 위한 방안이 필요하다.Accordingly, a method for continuously detecting hydrogen concentration is required even in the case of a hydrogen gas sensor equipped with a humidity sensor with a heater function.

도 1은 열전도 방식 수소센서 장치의 원리를 나타낸 측면도이다.Figure 1 is a side view showing the principle of a heat conduction type hydrogen sensor device.

상술한 현상을 보다 구체적으로 살펴보면, 열전도방식의 수소가스센서의 경우, 대기온도(T)/대기상대습도(%RH)를 측정해서 보상/보정을 진행해야 한다. 상대습도의 경우 일반적으로 감습제를 사용하게 되고, 내구열화/VOC 열화가 발생할 수 있다. 해당 열화가 발생하면 습도 센서(15)는 상대 습도를 대기(%RH)보다 더 높게 측정하게 되며(%RH + α), 이 값으로 수소 센서(20)의 수소농도를 보정하면 실제보다 수소농도를 낮은 값(%vol - β)으로 측정하게 된다. Looking at the above phenomenon in more detail, in the case of a heat conduction type hydrogen gas sensor, compensation/correction should be performed by measuring the ambient temperature (T)/ambient relative humidity (%RH). In the case of relative humidity, a desiccant is generally used, and durability deterioration/VOC deterioration may occur. When the deterioration occurs, the humidity sensor (15) measures the relative humidity higher than the ambient (%RH) (%RH + α), and when the hydrogen concentration of the hydrogen sensor (20) is corrected by this value, the hydrogen concentration is measured as a lower value (%vol - β) than the actual value.

이에 열화가 발생한 감습제를 회복하기 위해 히터가 내장된 상대습도 센서를 사용할 수 있지만, 내구열화는 히터로 회복이 불가하고, VOC 피독만 히터로 회복이 가능하기 때문에 내구열화/VOC피독을 구분하지 않는 경우, 비효율적이며 오히려 불필요한 히팅 시간만 허비하게 된다. 즉, 히터가 인가되는 동안 수소농도 감지가 불가하므로, 회복도 되지 않는 내구열화 조건에서 불필요하게 히터를 사용해서 수소농도를 측정하지 못하는 상황이 발생된다.In order to recover the deteriorated desiccant, a relative humidity sensor with a built-in heater can be used. However, since deterioration cannot be recovered with a heater and only VOC poisoning can be recovered with a heater, it is inefficient and only unnecessary heating time is wasted if deterioration/VOC poisoning are not distinguished. In other words, since the hydrogen concentration cannot be detected while the heater is applied, a situation occurs in which the hydrogen concentration cannot be measured under conditions of deterioration that cannot be recovered by unnecessarily using a heater.

대한민국 등록공보 10-1490178호Republic of Korea Registration No. 10-1490178

본 발명은 히터기능 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치에 있어서, 피독된 상대 습도 센서 회복을 위해 히터가 인가되는 중에도 지속적으로 수소농도를 감지할 수 있는 수소가스 측정 방법 및 수소가스 센서 장치를 제공하고자 한다The present invention provides a hydrogen gas measuring method and a hydrogen gas sensor device having a heater-function humidity sensor, which can continuously detect hydrogen concentration even while a heater is applied to recover a poisoned relative humidity sensor.

본 발명의 일 측면에 따른 수소가스 센서 장치는, 온도를 측정하는 온도 센서; 습도를 측정하는 제1 습도 센서; 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서; 상기 제1 습도 센서를 가열할 수 있는 제1 히터; 상기 수소 센서의 측정값에 대하여 상기 온도 센서의 측정값과 상기 제1 습도 센서의 측정값에 따른 보정을 수행하여 수소가스 측정값을 산출하는 보정 연산부; 상기 제1 습도 센서의 피독 가능성이 존재하면, 상기 제1 히터를 가동시키는 히터 제어부; 및 상기 제1 히터가 가동되는 동안 습도를 측정하는 제2 습도 센서를 포함할 수 있다.A hydrogen gas sensor device according to one aspect of the present invention may include: a temperature sensor for measuring temperature; a first humidity sensor for measuring humidity; a hydrogen sensor for measuring hydrogen gas concentration by a heat conduction method; a first heater capable of heating the first humidity sensor; a correction calculation unit for performing correction on a measurement value of the hydrogen sensor according to a measurement value of the temperature sensor and a measurement value of the first humidity sensor to calculate a hydrogen gas measurement value; a heater control unit for operating the first heater when there is a possibility of poisoning of the first humidity sensor; and a second humidity sensor for measuring humidity while the first heater is operating.

여기서, 상기 제2 습도 센서를 가열할 수 있는 제2 히터를 더 포함할 수 있다.Here, a second heater capable of heating the second humidity sensor may be further included.

여기서, 상기 히터 제어부는, 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서 중 하나를 선택하여 히팅하고, 상기 보정 연산부는, 히팅 시간 동안 다른 하나의 습도 측정값을 입력받을 수 있다.Here, the heater control unit selects one of the first humidity sensor and the second humidity sensor to heat, and the compensation operation unit can receive another humidity measurement value during the heating time.

여기서, 상기 히터 제어부는, 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅할 수 있다.Here, the heater control unit can heat the humidity sensor whose humidity is measured to be higher among the first humidity sensor and the second humidity sensor.

여기서, 상기 제1 습도 센서와 상기 수소 센서의 거리, 및 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서의 거리가 동일할 수 있다.Here, the distance between the first humidity sensor and the hydrogen sensor, and the distance between the first humidity sensor and the second humidity sensor may be the same.

본 발명의 다른 측면에 따른 수소가스 측정 방법은, 온도 및 습도 보상을 적용하며 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치에서의 수소가스 측정 방법으로서, 상기 수소가스 센서 장치에 전원이 인가된 후, 최초의 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들을 획득하는 단계; 획득된 상기 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들로부터 도출된 최초의 수소가스 측정값과 소정 기준값을 비교하여, 상기 최초의 수소가스 측정값이 상기 기준값 보다 높지 않으면, 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계; 상기 히팅 시간 동안 히팅하지 않는 다른 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계; 상기 히팅 시간이 경과하면, 히팅된 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계; 및 상기 온도 센서 및 수소 센서의 측정값들 및 습도 측정값으로부터 수소가스 측정값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a hydrogen gas measurement method is provided in a hydrogen gas sensor device having a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor, which applies temperature and humidity compensation, and may include the steps of: obtaining initial temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values after power is supplied to the hydrogen gas sensor device; comparing an initial hydrogen gas measurement value derived from the obtained temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values with a predetermined reference value, and heating the humidity sensor for a predetermined heating time if the initial hydrogen gas measurement value is not higher than the reference value; performing humidity measurement with another humidity sensor that is not heated during the heating time; performing humidity measurement with the heated humidity sensor when the heating time has elapsed; and deriving a hydrogen gas measurement value from the measurement values of the temperature sensor and the hydrogen sensor and the humidity measurement value.

여기서, 상기 히팅 시간은, 1분 내지 60분의 범위 내에서 결정된 시간일 수 있다.Here, the heating time may be a time determined within the range of 1 minute to 60 minutes.

여기서, 상기 기준값은, -0.01% 내지 -2.0%의 범위 내에서 선정된 값일 수 있다.Here, the reference value may be a value selected within the range of -0.01% to -2.0%.

여기서, 상기 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계에서는, 매 VOC 피독 의심 상황에서, 상기 히터기능 습도 센서와 상기 추가 습도 센서를 교번하여 히팅할 수 있다.Here, in the step of heating the humidity sensor for the above-described predetermined heating time, in each VOC poisoning suspicion situation, the heater function humidity sensor and the additional humidity sensor can be alternately heated.

여기서, 상기 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계에서는, 상기 히터기능 습도 센서와 상기 추가 습도 센서 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅할 수 있다.Here, in the step of heating the humidity sensor for the predetermined heating time, a humidity sensor having a higher humidity level among the heater function humidity sensor and the additional humidity sensor can be heated.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 히터기능 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치 및/또는 수소가스 측정 방법을 실시하면, 피독된 상대 습도 센서 회복을 위해 히터가 인가되는 중에도 추가 습도 센서를 이용해서 지속적으로 수소농도를 감지할 수 있는 이점이 있다.When a hydrogen gas sensor device and/or a hydrogen gas measuring method equipped with a heater-function humidity sensor according to the invention of the above-described configuration is implemented, there is an advantage in that the hydrogen concentration can be continuously detected using an additional humidity sensor even while a heater is applied to recover a poisoned relative humidity sensor.

본 발명의 히터기능 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치 및/또는 수소가스 측정 방법은, 내구열화 / VOC 피독열화를 구분해서 적절하게 감습제에 히터를 인가하고, VOC 피독된 습도센서를 회복시킬 수 있는 이점이 있다.The hydrogen gas sensor device and/or hydrogen gas measuring method equipped with a heater function humidity sensor of the present invention has the advantage of being able to distinguish between durability deterioration/VOC poisoning deterioration, appropriately apply a heater to a desiccant, and recover a humidity sensor that has been poisoned by VOC.

도 1은 열전도 방식 수소 센서 장치의 원리를 나타낸 측면도.
도 2는 상대습도에 따른 수소가스의 열전도율을 나타낸 그래프.
도 3은 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서와 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서를 구비한 수소 센서 장치의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 5a는 상대 습도센서 히터 enable 과정의 일 예를 도시한 그래프.
도 5b는 상대 습도센서 히터 enable 과정의 다른 예를 도시한 그래프.
도 6a는 도 4의 실시예에 따른 수소가스 센서 장치에서 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서의 배치 관계를 나타낸 배치 구성도.
도 6b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소가스 센서 장치에서 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서의 배치 관계를 나타낸 배치 구성도.
도 7은 도 4에 도시한 수소가스 센서 장치에서 수행되는 상대 습도 측정 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도.
Figure 1 is a side view showing the principle of a heat conduction type hydrogen sensor device.
Figure 2 is a graph showing the thermal conductivity of hydrogen gas according to relative humidity.
Figure 3 is a block diagram illustrating the configuration of a hydrogen sensor device having a temperature and humidity sensor that measures temperature and humidity and a hydrogen sensor that measures hydrogen gas concentration by heat conduction.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an embodiment of a hydrogen gas sensor device having a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor according to the invention.
Figure 5a is a graph illustrating an example of a relative humidity sensor heater enable process.
Figure 5b is a graph showing another example of the relative humidity sensor heater enable process.
FIG. 6a is a layout diagram showing the arrangement relationship of a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor in a hydrogen gas sensor device according to the embodiment of FIG. 4.
FIG. 6b is a layout diagram showing the arrangement relationship of a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor in a hydrogen gas sensor device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flow chart showing one embodiment of a relative humidity measurement method performed in the hydrogen gas sensor device illustrated in FIG. 4.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When it is said that a component is connected or coupled to another component, it can be understood that it may be directly connected or coupled to that other component, but there may also be other components in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terminology used in this specification is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, and can be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Additionally, the shape and size of elements in the drawing may be exaggerated for clearer explanation.

본 발명의 사상에 따른 열전도방식의 수소가스 센서 장치에서의 상대 습도 보상 방안을 제시하기에 앞서, 열전도방식 수소가스 센서의 동작 원리 및 습도 센서의 내구열화 및 이에 유발되는 문제들에 대하여 살펴보겠다.Before presenting a relative humidity compensation method in a heat conduction type hydrogen gas sensor device according to the invention, the operating principle of the heat conduction type hydrogen gas sensor and the durability deterioration of the humidity sensor and the problems caused by it will be examined.

도 2는 상대습도에 따른 수소 가스의 열전도율을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the thermal conductivity of hydrogen gas according to relative humidity.

열전도방식의 수소가스 센서의 경우, 대기온도/대기상대습도를 측정해서 보상/보정을 진행해야한다. 상대습도의 경우 일반적으로 감습제를 사용하게 되고, 내구열화/VOC 열화가 발생할 수 있다. In the case of a thermal conductivity type hydrogen gas sensor, compensation/correction must be performed by measuring the ambient temperature/relative humidity. In the case of relative humidity, a desiccant is generally used, and durability deterioration/VOC deterioration may occur.

열전도방식 수소가스 센서의 상대습도 보상을 위해 적용된 상대습도센서의 내구열화가 용이하게 발생한다. 일반적으로 감습제가 적용된 상대습도센서는 연 0.5%RH의 내구열화가 발생하게 되며, 최대 15년 사용기간 중 7.5%RH의 상대습도 편차를 발생시키게 된다.The durability of the relative humidity sensor applied for relative humidity compensation of the thermal conductivity type hydrogen gas sensor easily deteriorates. In general, the relative humidity sensor applied with a desiccant experiences durability deterioration of 0.5%RH per year, and causes a relative humidity deviation of 7.5%RH during a maximum 15-year usage period.

또한, VOC(휘발성 유기 화합물)에 의해 감습제가 피독되는 경우에도 일반적으로 상대습도를 대기보다 더 높게 측정하게 된다.Additionally, when a desiccant is poisoned by VOCs (volatile organic compounds), the relative humidity is generally measured higher than the ambient temperature.

도 2와 같이 대기중 온도가 높아질 경우 상대습도에 따른 가스의 열전도율이 달라지게 되므로, 실제 대기중의 상대습도값을 보상하여 열전도율을 보정해야, 정확한 가스농도 측정이 가능하다.As shown in Fig. 2, when the temperature in the air increases, the thermal conductivity of the gas changes depending on the relative humidity. Therefore, the thermal conductivity must be corrected by compensating for the actual relative humidity value in the air to enable accurate gas concentration measurement.

하지만, 실제 대기중의 상대습도보다 높게 측정하는 경우가 발생하게 되면 열전도율을 빼기 방향으로 잘못 보상을 하게 되어,실제보다 열전도율을 낮게 측정하게 되는 문제가 발생하고, 이는 수소가스 측정에 있어서도, 실제 대기중의 수소가스 농도보다 더 낮게 출력하게 되는 문제를 유발한다.However, if a case occurs where the relative humidity in the actual atmosphere is measured higher than the actual humidity, the thermal conductivity is incorrectly compensated in the negative direction, resulting in a problem where the thermal conductivity is measured lower than the actual temperature. This also causes a problem where the output is lower than the actual hydrogen gas concentration in the atmosphere when measuring hydrogen gas.

도 3은 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서와 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서를 구비한 수소 센서 장치의 구성을 도시한 블록도이다.Figure 3 is a block diagram illustrating the configuration of a hydrogen sensor device having a temperature and humidity sensor that measures temperature and humidity and a hydrogen sensor that measures hydrogen gas concentration using a heat conduction method.

도 3은 온도 및 습도를 측정하는 온습도 센서(10)와 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서(20)를 구비한 수소 센서 장치의 구성을 도시한다. MCU(40)에 대하여 도시한 ① 과정에서는 상기 MCU(40)는 온습도 센서로부터 대기 온도/대기 상대습도 정보를 습득하고, ② 과정에서는 온도/습도값 보상이 수행되고, ③ 과정에서는 온도/습도값 보상된 수소농도가 출력될 수 있다. 예컨대, ② 과정에서는 수소 센서(20)가 전달받은 온도/대기 상대습도를 이용하여 열전도율을 보정하여 수소농도 측정값을 출력하게 된다. 수소 센서(20)는 수소누출을 감지하는 센서로 일반적인 사용조건에서는 수소가 0%인 환경에 노출되게 된다.FIG. 3 illustrates the configuration of a hydrogen sensor device having a temperature and humidity sensor (10) for measuring temperature and humidity and a hydrogen sensor (20) for measuring hydrogen gas concentration by heat conduction. In the step ① illustrated for the MCU (40), the MCU (40) acquires air temperature/air relative humidity information from the temperature and humidity sensor, in the step ②, temperature/humidity value compensation is performed, and in the step ③, the temperature/humidity value compensated hydrogen concentration can be output. For example, in the step ②, the hydrogen sensor (20) compensates for the thermal conductivity using the temperature/air relative humidity received and outputs a hydrogen concentration measurement value. The hydrogen sensor (20) is a sensor for detecting hydrogen leakage and is exposed to an environment with 0% hydrogen under general usage conditions.

그런데, 습도 센서(20)에 VOC에 의한 피독이 발생하면, 대기중의 상대습도 대비하여 더 높게 오측정을 하게된다(예: 대기중 상대습도가 50%RH인데, 55%RH로 잘못측정).However, if the humidity sensor (20) is poisoned by VOC, it will incorrectly measure higher than the relative humidity in the air (e.g., the relative humidity in the air is 50%RH, but it is incorrectly measured as 55%RH).

만약 VOC 피독이 발생되지 않은 기준(레퍼런스) 상대습도 센서가 있다면 습도 센서(20)가 현재 피독이 되었음를 알수 있지만, 동일 장착위치에서는 습도 센서가 몇개가 있든 전부 피독이 발생하므로, 레퍼런스로서의 의의가 떨어지게 된다. 즉, 현실적으로 VOC 피독 상황에서는 기준 습도센서로서 사용할 수 없는 바, 습도센서가 VOC 피독이 발생했다고 판단할 수 있는 간접 확인 방법이 필요하다.If there is a reference relative humidity sensor that has not been poisoned by VOC, it can be known that the humidity sensor (20) is currently poisoned. However, since poisoning occurs in all humidity sensors regardless of the number of humidity sensors installed in the same mounting position, its significance as a reference is reduced. In other words, in reality, it cannot be used as a reference humidity sensor in a VOC poisoning situation, and an indirect confirmation method is needed to determine that the humidity sensor has been poisoned by VOC.

먼저 습도 센서의 VOC 피독을 판단할 수 있는 간접 근거는 다음과 같다. First, the indirect basis for judging VOC poisoning of the humidity sensor is as follows.

열전도량의 경우 대기중의 온도/상대습도에 따라 편차가 발생하게 되고, 이에 온도습도 센서에서 온도와 상대습도를 측정해서 수소센서에서 측정된 열전도값을 보상하게 된다.In the case of thermal conductivity, a deviation occurs depending on the temperature/relative humidity in the air, and thus the temperature and relative humidity are measured by the temperature and humidity sensor to compensate for the thermal conductivity value measured by the hydrogen sensor.

하지만 동일 수소농도(%vol) 상태에서 상대습도를 실제보다 높은 방향(원인 : 내구열화 or VOC 피독)으로 잘못 측정하게 되어, 수소센서에 다른 값을 보정을 시키면, 수소센서는 실제 농도보다 더 낮은 값으로 측정하게 된다.However, if the relative humidity is incorrectly measured higher than the actual value (cause: durability deterioration or VOC poisoning) at the same hydrogen concentration (% vol), and if a different value is compensated for in the hydrogen sensor, the hydrogen sensor will measure a lower value than the actual concentration.

그래서, 수소누출센서의 동작 특성상 대부분의 작동조건이 수소0%VOL인 환경임을 감안하면, 소정 기준 보다 수소센서 값이 저하되는 경우 습도센서가 열화되었다고 간접 판정 가능하다.Therefore, considering that most of the operating conditions of the hydrogen leak sensor are in an environment where hydrogen volume is 0%VOL, it is possible to indirectly determine that the humidity sensor has deteriorated when the hydrogen sensor value decreases below the specified standard.

VOC 피독에 의해 습도센서 열화 발생시, 습도센서에 내장된 히터기능을 이용하여 피독열화를 회복시킬 수 있는데, 단 내구열화 발생은 회복이 불가능하다.When humidity sensor deterioration occurs due to VOC poisoning, the poisoning deterioration can be recovered using the heater function built into the humidity sensor, but durability deterioration cannot be recovered.

습도센서의 히터기능을 사용하는 중에는 수소농도를 측정할 수 없는 상황이므로, 히터기능을 주기적으로 사용하는 것은 수소누출감지를 할 수 없는 상황이 발생하므로, 단순하게 주기적으로 사용하는 것을 지양하고자 한다. Since the hydrogen concentration cannot be measured while the heater function of the humidity sensor is in use, periodic use of the heater function may result in a situation where hydrogen leak detection is not possible, so simply periodic use is discouraged.

즉, 본 발명에서는 수소농도 감지를 지속적으로 하기 위해 히터기능이 적용된 습도센서 및 추가(대비용) 습도센서 두개를 이용하여 교차 히터를 적용하는 방안을 제시한다.That is, the present invention proposes a method of applying a cross heater by using two humidity sensors with a heater function and an additional (standby) humidity sensor to continuously detect hydrogen concentration.

도 4는 본 발명의 사상에 따른 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram illustrating an embodiment of a hydrogen gas sensor device having a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor according to the invention.

도 4에 도시한 수소가스 센서 장치는, 온도를 측정하는 온도 센서(110); 습도를 측정하는 제1 습도 센서(120); 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서(130); 상기 제1 습도 센서(120)를 가열할 수 있는 제1 히터(140); 상기 수소 센서의 측정값에 대하여 상기 온도 센서의 측정값과 상기 제1 습도 센서의 측정값에 따른 보정을 수행하여 '수소가스 측정값'을 산출하는 보정 연산부(162); 상기 제1 습도 센서(120)의 피독 가능성이 존재하면, 상기 제1 히터(140)를 가동시키는 히터 제어부(164); 및 상기 제1 히터(140)가 가동되는 동안 습도를 측정하는 제2 습도 센서(130)를 포함할 수 있다.The hydrogen gas sensor device illustrated in FIG. 4 may include a temperature sensor (110) for measuring temperature; a first humidity sensor (120) for measuring humidity; a hydrogen sensor (130) for measuring hydrogen gas concentration by heat conduction; a first heater (140) capable of heating the first humidity sensor (120); a correction calculation unit (162) for performing correction on a measurement value of the hydrogen sensor according to a measurement value of the temperature sensor and a measurement value of the first humidity sensor to produce a 'hydrogen gas measurement value'; a heater control unit (164) for operating the first heater (140) if there is a possibility of poisoning of the first humidity sensor (120); and a second humidity sensor (130) for measuring humidity while the first heater (140) is operating.

또한, 도시한 바와 같이 상기 제2 습도 센서(130)를 가열할 수 있는 제2 히터(150)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 습도 센서(120)의 피독 가능성이 존재하는 경우, 근접하게 위치에 배치된 상기 제2 습도 센서(130)에도 피독 가능성이 상당해지는 바, 상기 히터 제어부(164)는 상기 제1 습도 센서(120)와 상기 제2 습도 센서(130) 중 하나를 선택하여 히팅하고, 히팅 시간 동안 상기 보정 연산부(162)는 다른 하나의 습도 측정값을 입력받는다. 이때, 상기 히터 제어부(164) 및/또는 상기 보정 연산부(162)는 다양한 방안들 중 하나에 따라 히팅할 습도 센서를 선택한다.In addition, as illustrated, a second heater (150) capable of heating the second humidity sensor (130) may be further included. In this case, if there is a possibility of poisoning of the first humidity sensor (120), the second humidity sensor (130) positioned in close proximity also has a significant possibility of poisoning, so the heater control unit (164) selects one of the first humidity sensor (120) and the second humidity sensor (130) to heat, and during the heating time, the correction operation unit (162) receives another humidity measurement value. At this time, the heater control unit (164) and/or the correction operation unit (162) select a humidity sensor to be heated according to one of various methods.

예컨대, 매 VOC 피독 의심 상황에서 상기 제1 습도 센서(120)와 상기 제2 습도 센서(130)를 교번하여 히팅할 수 있다.For example, in each VOC poisoning suspicion situation, the first humidity sensor (120) and the second humidity sensor (130) can be alternately heated.

예컨대, 상기 제1 습도 센서(120)와 상기 제2 습도 센서(130) 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서가 보다 피독이 많고, 낮게 측정되는 습도 센서가 피독 정도가 적다는 점을 감안하여, 상기 제1 습도 센서(120)와 상기 제2 습도 센서(130) 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅하고, 더 낮게 측정되는 습도 센서를 히팅 기간 동안 사용할 습도 센서로 지정할 수 있다.For example, considering that a humidity sensor with a higher measured humidity among the first humidity sensor (120) and the second humidity sensor (130) is more susceptible to poisoning, and a humidity sensor with a lower measured humidity is less susceptible to poisoning, a humidity sensor with a higher measured humidity among the first humidity sensor (120) and the second humidity sensor (130) can be heated, and a humidity sensor with a lower measured humidity can be designated as the humidity sensor to be used during the heating period.

예컨대, 상기 히터 제어부(164)는, 상기 제1(제2) 습도 센서(120) 및 상기 수소 센서(105)에 전원이 인가된 후 최초의 '수소가스 측정값'과 소정 기준값을 비교하여, 상기 수소 농도의 최초 측정값이 상기 기준값 보다 높지 않으면, VOC 피독 가능성이 존재하는 것으로 보아, 상기 제1(제2) 히터(140)를 가동시킬 수 있다. For example, the heater control unit (164) compares the initial 'hydrogen gas measurement value' with a predetermined reference value after power is supplied to the first (second) humidity sensor (120) and the hydrogen sensor (105), and if the initial measurement value of the hydrogen concentration is not higher than the reference value, it is determined that there is a possibility of VOC poisoning, and thus the first (second) heater (140) can be operated.

구현에 따라, 상기 수소가스 센서 장치는, 상기 교번하여 히팅하는 경우 직전에 히팅한 습도 센서를 기록하거나, 상기 소정 기준값을 저장하거나, 측정된 값들을 저장하는 EEPROM 등의 저장부(166)를 더 포함할 수 있다.Depending on the implementation, the hydrogen gas sensor device may further include a storage unit (166) such as an EEPROM that records the humidity sensor heated immediately before the alternating heating, stores the predetermined reference value, or stores measured values.

상기 보정 연산부(162)가 산출하는 '수소가스 측정값'은 최종 측정값으로 변환되어 출력부(190)를 통해 외부로 출력될 수 있다.The 'hydrogen gas measurement value' calculated by the above correction calculation unit (162) can be converted into a final measurement value and output to the outside through the output unit (190).

도시한 수소가스 센서 장치(100)의 경우, 상기 보정 연산부(162), 상기 저장부(166) 및 상기 히터 제어부(164)는, 단일 MCU(160)의 내부 연산 모듈로서 구현되었다.In the case of the illustrated hydrogen gas sensor device (100), the correction operation unit (162), the storage unit (166), and the heater control unit (164) were implemented as internal operation modules of a single MCU (160).

상기 저장부(166)는 EEPROM(도면에서는 MCU 내장 EEPROM으로 구현됨) 등 상기 단일 MCU(160) 내부 또는 외부의 메모리로 구현될 수 있다. The above storage unit (166) may be implemented as a memory inside or outside the single MCU (160), such as an EEPROM (implemented as an MCU built-in EEPROM in the drawing).

상대 습도센서 히터 가동(enable) 조건으로서 상기 기준값(β)을 조정(갱신)하는 예시를 구체적으로 살펴보겠다.Let us look specifically at an example of adjusting (updating) the above reference value (β) as a condition for enabling the relative humidity sensor heater.

도 5a는 상대 습도센서 히터 enable 과정의 일 예를 도시한 그래프이다.Figure 5a is a graph illustrating an example of a relative humidity sensor heater enable process.

도 5b는 상대 습도센서 히터 enable 과정의 다른 예를 도시한 그래프이다.Figure 5b is a graph illustrating another example of the relative humidity sensor heater enable process.

도시한 바와 같이 동작 중 수소농도가 β값 이하로 떨어지는 경우, 내구열화 또는 VOC 피독이 발생하였다고 가정하고 히터를 소정의 히팅 시간(10분) 동안 가동(Enable)시킨다.As shown in the figure, if the hydrogen concentration during operation falls below the β value, it is assumed that durability deterioration or VOC poisoning has occurred and the heater is enabled for a specified heating time (10 minutes).

도 5a의 경우와 같이, 10분 후 수소농도가 β 보다 더 높은값으로 측정되면, 향후 다시 β값 기준으로 히터 가동(enable) 기준을 고정한다.As in the case of Fig. 5a, if the hydrogen concentration is measured to be higher than β after 10 minutes, the heater enable criterion is fixed again based on the β value in the future.

도 5b의 경우와 같이, 10분 후 수소농도가 β와 동일수준(±0.1%이내)이면 단순 내구열화라고 판단하고 히터 가동(Enable) 기준을 예컨대 2β로 조정할 수 있다. As in the case of Fig. 5b, if the hydrogen concentration is at the same level as β (within ±0.1%) after 10 minutes, it can be determined as simple durability deterioration and the heater enable criterion can be adjusted to, for example, 2β.

상술한 예시에서, 상기 히팅 시간은 10분으로 설정하였지만, 다른 구현에서는 1분 ~ 60분 이내에서 결정된 시간으로 장착위치의 VOC 피독물질에 대한 영향성을 고려하여 선정가능하다. In the above example, the heating time is set to 10 minutes, but in other implementations, the heating time may be selected by considering the influence of the VOC poisoning substance at the mounting location, with a time determined within 1 to 60 minutes.

예컨대, 상기 기준값(β)은 -0.2%를 적용한다면, 이 경우, 도시한 S130 단계에서는 최초 '수소가스 측정값'이 -0.2% 보다 큰(높은) 값을 가지는 지 확인할 수 있다. 또한, 다른 구현에서는 기준값(β)을 -0.01% ~ -2.0% 이내에서 장착위치의 VOC 피독물질에 대해서 피독이 되어 수소농도 저하가 일어나는 시간당 기울기를 고려해서 선정할 수 있다. For example, if the above reference value (β) is applied as -0.2%, in this case, in the illustrated S130 step, it can be confirmed whether the initial 'hydrogen gas measurement value' has a value greater than (higher than) -0.2%. In addition, in another implementation, the reference value (β) can be selected by considering the slope per hour at which the hydrogen concentration decreases due to poisoning by the VOC poisoning substance at the mounting location within -0.01% to -2.0%.

그런데, 단 해당 로직이 구현될때, 해당 상대 습도 센서는 히터가 인가되는 정해진 시간동안 사용이 불가능하다. 본 발명에서는 추가의 상대습도센서를 구성해서, 히터가 인가되는 동안은 다른 상대습도센서가 온도/습도를 측정하여 수소농도 보정을 끊김없이 수행할 수 있다.However, when the corresponding logic is implemented, the corresponding relative humidity sensor cannot be used for a set period of time while the heater is turned on. In the present invention, by configuring an additional relative humidity sensor, another relative humidity sensor can measure temperature/humidity and perform hydrogen concentration compensation without interruption while the heater is turned on.

도 6a는 도 4의 실시예에 따른 수소가스 센서 장치에서 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서의 배치 관계를 나타낸 배치 구성도이다.FIG. 6a is a layout diagram showing the arrangement relationship of a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor in a hydrogen gas sensor device according to the embodiment of FIG. 4.

도 6b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소가스 센서 장치에서 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서의 배치 관계를 나타낸 배치 구성도이다.FIG. 6b is a layout diagram showing the arrangement relationship of a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor in a hydrogen gas sensor device according to another embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 근접하여 구성된 수소 센서(105) 및 두 개의 상대 습도 센서(120, 130)가 위치하는 경우, 하나의 상대 습도 센서(120)를 위해 히터(140)가 발열중에는 주변부의 온도/상대습도가 달라질 가능성이 있다.As shown in FIGS. 6A and 6B, when a hydrogen sensor (105) and two relative humidity sensors (120, 130) are positioned in close proximity, there is a possibility that the temperature/relative humidity of the surroundings may change while the heater (140) is heating for one relative humidity sensor (120).

그래서, 해당 발열원(즉, 히터(140))이 수소 센서(105)와 추가 상대 습도 센서(130, 130-1)에 동일한 수준으로 영향을 주어야 하는 조건을 만족시키도록, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 수소 센서(105) / 상대 습도 센서1, 2(120, 130)는 동일한 거리를 유지하도록 구성할 수 있다. 즉, 3개의 센서가 정삼각형 관계를 이루도록 구현하는 것이 유리하나, 최소한 히팅하는 습도 센서(120)와 수소 센서(105)의 거리 및 2개의 상대 습도 센서들(120, 130)간 거리가 동일하게 하여, 주변부 온도 변동을 동일하게 영향을 주도록 하여야 한다.Therefore, in order to satisfy the condition that the heat source (i.e., heater (140)) must affect the hydrogen sensor (105) and the additional relative humidity sensor (130, 130-1) at the same level, as shown in FIGS. 6A and 6B, the hydrogen sensor (105) / relative humidity sensors 1, 2 (120, 130) can be configured to maintain the same distance. That is, it is advantageous to implement the three sensors to form an equilateral triangle relationship, but at least the distance between the heating humidity sensor (120) and the hydrogen sensor (105) and the distance between the two relative humidity sensors (120, 130) should be the same so that the peripheral temperature fluctuations are affected equally.

도 6b는 추가 상대 습도 센서(130-1)에는 히터가 구비되지 않는 다른 실시예의 경우를 도시한 것이다. 도 6b과 같이 추가 상대 습도 센서(130-1)에는 히터가 구비되지 않는 경우에도, 3개의 센서가 정삼각형 관계를 이루도록 구현하는 것이 유리하다. Fig. 6b illustrates another embodiment in which the additional relative humidity sensor (130-1) is not equipped with a heater. Even in cases in which the additional relative humidity sensor (130-1) is not equipped with a heater as in Fig. 6b, it is advantageous to implement the three sensors so as to form an equilateral triangle relationship.

도 6b의 구조의 수소가스 센서 장치는 비용이 도 6a의 경우 보다 저렴한 이점이 있다. 한편, 보다 개선된 도 6의 구조의 수소가스 센서 장치의 경우, 상기 추가 상대 습도 센서(130-1)의 피독을 방지하기 위한 피독 방지 수단을 더 포함할 수도 있다. 또는, 상기 추가 상대 습도 센서(130-1)를, 히팅하는 습도 센서(120) 대비 정밀도가 떨어지더라도, VOC 피독에 강한 재질/구조의 습도 센서로 제작할 수 있다. The hydrogen gas sensor device of the structure of Fig. 6b has the advantage of being less expensive than that of Fig. 6a. Meanwhile, in the case of the hydrogen gas sensor device of the structure of Fig. 6, which is further improved, a poisoning prevention means may be further included to prevent poisoning of the additional relative humidity sensor (130-1). Alternatively, the additional relative humidity sensor (130-1) may be manufactured as a humidity sensor of a material/structure that is resistant to VOC poisoning, even if its precision is lower than that of the heated humidity sensor (120).

도 7은 도 4에 도시한 수소가스 센서 장치에서 수행되는 상대 습도 측정 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.FIG. 7 is a flow chart showing one embodiment of a relative humidity measurement method performed in the hydrogen gas sensor device illustrated in FIG. 4.

도시한 수소가스 측정 방법은, 온도 및 습도 보상을 적용하며 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치에서의 수소가스 측정 방법으로서, 상기 수소가스 센서 장치에 전원이 인가된 후(S110), 최초의 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들을 획득하는 단계(S120); 획득된 상기 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들로부터 도출된 최초의 '수소가스 측정값'과 소정 기준값(β)을 비교하여(S130), 상기 최초의 수소가스 측정값이 상기 기준값(β) 보다 높지 않으면, 소정의 히팅 시간 동안(10분) 습도 센서를 히팅하는 단계(S140); 상기 히팅 시간 동안 히팅하지 않는 다른 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계(S150); 상기 히팅 시간이 경과하면(S160), 히팅된 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계(S170); 상기 온도 센서 및 수소 센서의 측정값들 및 습도 측정값으로부터 열전도 방식으로 최종 보정된 '수소가스 측정값'을 도출하는 단계(S180)를 포함할 수 있다.The illustrated hydrogen gas measurement method applies temperature and humidity compensation and is a hydrogen gas measurement method in a hydrogen gas sensor device having a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor, the method comprising: a step of obtaining initial temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values (S120) after power is supplied to the hydrogen gas sensor device (S110); a step of comparing an initial 'hydrogen gas measurement value' derived from the obtained temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values with a predetermined reference value (β) (S130), and if the initial hydrogen gas measurement value is not higher than the reference value (β), a step of heating the humidity sensor for a predetermined heating time (10 minutes) (S140); a step of performing humidity measurement with another humidity sensor that is not heated during the heating time (S150); a step of performing humidity measurement with the heated humidity sensor when the heating time has elapsed (S160); It may include a step (S180) of deriving a 'hydrogen gas measurement value' that is finally corrected by heat conduction from the measurement values of the above temperature sensor and hydrogen sensor and the humidity measurement value.

도 5a 및 5b에서 도시한 바와 같이, 상기 S120 단계에서 상기 최초의 수소가스 측정값이 마이너스값으로 도출됨에 따라, 도시한 S130 단계에서의 기준값(β)과의 비교가 수행된다.As illustrated in FIGS. 5a and 5b, since the initial hydrogen gas measurement value is derived as a negative value in step S120, a comparison with the reference value (β) in step S130 is performed.

구현에 따라, 상기 S130 단계의 비교 결과, 상기 최초의 수소가스 측정값이 상기 기준값(β)과 0% 사이에 존재하면, 정상적인 값으로 간주하여 그대로 '수소가스 측정값'으로서 도출하거나, 상기 최초의 '수소가스 측정값'을 0% 농도에서 존재하는 옵셋으로서 처리할 수 있다. Depending on the implementation, if the comparison result of the step S130 shows that the first hydrogen gas measurement value exists between the reference value (β) and 0%, it may be regarded as a normal value and derived as a 'hydrogen gas measurement value' as it is, or the first 'hydrogen gas measurement value' may be processed as an offset existing at a concentration of 0%.

상기 S130 단계에서 상기 기준값(β)은 -0.01% ~ -2.0% 이내에서 선정될 수 있다.In the above step S130, the reference value (β) can be selected within -0.01% to -2.0%.

상기 S140 단계에서 히팅 시간은 10분으로 설정하였지만, 다른 구현에서는 1분 ~ 60분 이내에서 결정된 시간으로 장착위치의 VOC 피독물질에 대한 영향성을 고려하여 선정가능하다. In the above step S140, the heating time is set to 10 minutes, but in other implementations, a time determined within 1 to 60 minutes can be selected considering the influence on VOC poisoning substances at the mounting location.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 습도 센서와 제1 히터, 제2 습도 센서와 제2 히터를 구비한 수소센서 장치의 경우, 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서 중 상기 S140 단계에서 히팅할 것과, 상기 S150 단계에서 히팅 시간 동안 측정 수행할 것을 결정하여야 한다.Meanwhile, in the case of a hydrogen sensor device having a first humidity sensor and a first heater, a second humidity sensor and a second heater as illustrated in FIG. 4, it must be determined which of the first humidity sensor and the second humidity sensor will be heated in step S140 and which will be measured during the heating time in step S150.

예컨대, 상기 S140 단계 및 S150 단계에서는, 매 VOC 피독 의심 상황에서 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서를 교번하여 히팅하거나, 또는, 상기 제1 습도 센서(120)와 상기 제2 습도 센서 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅하고, 더 낮게 측정되는 습도 센서를 히팅 기간 동안 사용할 습도 센서로 지정할 수 있다.For example, in steps S140 and S150, the first humidity sensor and the second humidity sensor may be alternately heated in each suspected VOC poisoning situation, or, among the first humidity sensor (120) and the second humidity sensor, the humidity sensor with a higher measured humidity may be heated, and the humidity sensor with a lower measured humidity may be designated as the humidity sensor to be used during the heating period.

도시한 S180 단계에서는, 열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서를 적용하여, 상기 수소 센서의 측정값에 대하여 상기 온도 센서의 측정값과 상기 상기 S150 단계에서 측정된 습도 측정값에 따른 보정을 수행하여 '수소가스 측정값'을 산출할 수 있다.In the illustrated S180 step, a hydrogen sensor that measures hydrogen gas concentration by a heat conduction method is applied, and a correction is performed on the measured value of the hydrogen sensor based on the measured value of the temperature sensor and the measured value of the humidity measured in the S150 step, thereby calculating a 'hydrogen gas measured value'.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics thereof, and that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 수소가스 센서 장치 105 : 수소 센서
110 : 온도 센서 120 : 제1 습도 센서
130 : 제2 습도 센서 140 : 제1 히터
150 : 제2 히터 160 : MCU
162 : 보정 연산부 164 : 히터 제어부
166 : 저장부
100: Hydrogen gas sensor device 105: Hydrogen sensor
110: Temperature sensor 120: 1st humidity sensor
130: Second humidity sensor 140: First heater
150 : 2nd heater 160 : MCU
162: Compensation operation unit 164: Heater control unit
166 : Storage

Claims (10)

온도를 측정하는 온도 센서(110);
습도를 측정하는 제1 습도 센서(120);
열전도방식으로 수소가스 농도를 측정하는 수소 센서(105);
상기 제1 습도 센서를 가열할 수 있는 제1 히터(140);
상기 수소 센서의 측정값에 대하여 상기 온도 센서의 측정값과 상기 제1 습도 센서의 측정값에 따른 보정을 수행하여 수소가스 측정값을 산출하는 보정 연산부(162);
상기 제1 습도 센서의 피독 가능성이 존재하면, 상기 제1 히터를 가동시키는 히터 제어부(164); 및
상기 제1 히터가 가동되는 동안 습도를 측정하는 제2 습도 센서(130)
를 포함하며,
상기 보정 연산부(162)는,
상기 제1 히터의 히팅 시간 동안 상기 제2 습도 센서의 습도 측정값을 입력받는 수소가스 센서 장치.
A temperature sensor (110) for measuring temperature;
A first humidity sensor (120) for measuring humidity;
A hydrogen sensor (105) that measures hydrogen gas concentration by heat conduction;
A first heater (140) capable of heating the first humidity sensor;
A correction calculation unit (162) that performs correction on the measurement value of the above hydrogen sensor based on the measurement value of the above temperature sensor and the measurement value of the above first humidity sensor to calculate a hydrogen gas measurement value;
If there is a possibility of poisoning of the first humidity sensor, a heater control unit (164) that operates the first heater; and
A second humidity sensor (130) that measures humidity while the first heater is in operation
Including,
The above correction operation unit (162) is
A hydrogen gas sensor device that receives a humidity measurement value of the second humidity sensor during the heating time of the first heater.
제1항에 있어서,
상기 제2 습도 센서를 가열할 수 있는 제2 히터
를 더 포함하는 수소가스 센서 장치.
In the first paragraph,
A second heater capable of heating the second humidity sensor
A hydrogen gas sensor device further comprising:
제2항에 있어서,
상기 히터 제어부는, 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서 중 하나를 선택하여 히팅하고,
상기 보정 연산부는, 히팅 시간 동안 다른 하나의 습도 측정값을 입력받는 수소가스 센서 장치.
In the second paragraph,
The above heater control unit selects one of the first humidity sensor and the second humidity sensor and heats it,
The above correction operation unit is a hydrogen gas sensor device that receives another humidity measurement value during the heating time.
제3항에 있어서,
상기 히터 제어부는,
상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅하는 수소가스 센서 장치.
In the third paragraph,
The above heater control unit,
A hydrogen gas sensor device that heats a humidity sensor having a higher humidity measured between the first humidity sensor and the second humidity sensor.
제1항에 있어서,
상기 제1 습도 센서와 상기 수소 센서의 거리, 및 상기 제1 습도 센서와 상기 제2 습도 센서의 거리가 동일한 수소가스 센서 장치.
In the first paragraph,
A hydrogen gas sensor device in which the distance between the first humidity sensor and the hydrogen sensor, and the distance between the first humidity sensor and the second humidity sensor are the same.
온도 및 습도 보상을 적용하며 히터기능 습도 센서와 추가 습도 센서를 구비한 수소가스 센서 장치에서의 수소가스 측정 방법으로서,
상기 수소가스 센서 장치에 전원이 인가된 후, 최초의 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들을 획득하는 단계;
획득된 상기 온도 센서, 습도 센서 및 수소 센서 측정값들로부터 도출된 최초의 수소가스 측정값과 소정 기준값을 비교하여, 상기 최초의 수소가스 측정값이 상기 기준값 보다 높지 않으면, 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계;
상기 히팅 시간 동안 히팅하지 않는 다른 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계;
상기 히팅 시간이 경과하면, 히팅된 습도 센서로 습도 측정을 수행하는 단계; 및
상기 온도 센서 및 수소 센서의 측정값들 및 습도 측정값으로부터 수소가스 측정값을 도출하는 단계
를 포함하는 수소가스 측정 방법.
A method for measuring hydrogen gas in a hydrogen gas sensor device having a heater function humidity sensor and an additional humidity sensor, applying temperature and humidity compensation,
A step of obtaining initial temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values after power is supplied to the above hydrogen gas sensor device;
A step of comparing an initial hydrogen gas measurement value derived from the acquired temperature sensor, humidity sensor and hydrogen sensor measurement values with a predetermined reference value, and heating the humidity sensor for a predetermined heating time if the initial hydrogen gas measurement value is not higher than the reference value;
A step of performing humidity measurement with another humidity sensor that is not heated during the above heating time;
After the above heating time has elapsed, a step of performing humidity measurement using a heated humidity sensor; and
A step of deriving a hydrogen gas measurement value from the measurement values of the above temperature sensor and hydrogen sensor and the humidity measurement value.
A method for measuring hydrogen gas comprising:
제6항에 있어서,
상기 히팅 시간은,
1분 내지 60분의 범위 내에서 결정된 시간인 수소가스 측정 방법.
In Article 6,
The above heating time is,
A method for measuring hydrogen gas, the time being determined within the range of 1 minute to 60 minutes.
제6항에 있어서,
상기 기준값은,
-0.01% 내지 -2.0%의 범위 내에서 선정된 값인 수소가스 측정 방법.
In Article 6,
The above criteria are,
A method for measuring hydrogen gas, the value of which is selected within the range of -0.01% to -2.0%.
제6항에 있어서,
상기 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계에서는,
매 VOC 피독 의심 상황에서, 상기 히터기능 습도 센서와 상기 추가 습도 센서를 교번하여 히팅하는 수소가스 측정 방법.
In Article 6,
In the step of heating the humidity sensor for the above-mentioned predetermined heating time,
A hydrogen gas measurement method in which the heater function humidity sensor and the additional humidity sensor are alternately heated in each VOC poisoning suspected situation.
제6항에 있어서,
상기 소정의 히팅 시간 동안 습도 센서를 히팅하는 단계에서는,
상기 히터기능 습도 센서와 상기 추가 습도 센서 중 습도가 더 높게 측정되는 습도 센서를 히팅하는 수소가스 측정 방법.

In Article 6,
In the step of heating the humidity sensor for the above-mentioned predetermined heating time,
A hydrogen gas measuring method for heating a humidity sensor having a higher humidity level among the above heater function humidity sensor and the above additional humidity sensor.

KR1020220050369A 2022-04-22 2022-04-22 Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof Active KR102773328B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220050369A KR102773328B1 (en) 2022-04-22 2022-04-22 Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220050369A KR102773328B1 (en) 2022-04-22 2022-04-22 Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230150660A KR20230150660A (en) 2023-10-31
KR102773328B1 true KR102773328B1 (en) 2025-02-25

Family

ID=88543377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220050369A Active KR102773328B1 (en) 2022-04-22 2022-04-22 Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102773328B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001323811A (en) 2000-03-10 2001-11-22 Honda Motor Co Ltd Exhaust gas purification catalyst state detection device
JP2003148135A (en) 2001-09-03 2003-05-21 Honda Motor Co Ltd Humidity sensor status determination device
JP2003166963A (en) 2001-11-30 2003-06-13 Ngk Spark Plug Co Ltd Controlling apparatus and method of moisture sensor
JP2006162365A (en) 2004-12-06 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen gas detection sensor
JP2015045546A (en) 2013-08-28 2015-03-12 富士電機株式会社 Gas detector and gas detection method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101490178B1 (en) 2013-09-17 2015-02-05 한국원자력연구원 Integrated sensor system of hydrogen and radiation
KR102763983B1 (en) * 2022-03-24 2025-02-05 주식회사 현대케피코 Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001323811A (en) 2000-03-10 2001-11-22 Honda Motor Co Ltd Exhaust gas purification catalyst state detection device
JP2003148135A (en) 2001-09-03 2003-05-21 Honda Motor Co Ltd Humidity sensor status determination device
JP2003166963A (en) 2001-11-30 2003-06-13 Ngk Spark Plug Co Ltd Controlling apparatus and method of moisture sensor
JP2006162365A (en) 2004-12-06 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen gas detection sensor
JP2015045546A (en) 2013-08-28 2015-03-12 富士電機株式会社 Gas detector and gas detection method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230150660A (en) 2023-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11092566B2 (en) Leak detection unit for refrigerant system
EP1482292B1 (en) Fueling nozzle with integral hydrogen leak sensor
US10112486B2 (en) Apparatus for detecting gas leakage of a vehicle equipped with a fuel cell system
EP4057418B1 (en) Battery system and battery module evaluation method capable of detecting damaged battery cell
JP2000513134A (en) Gas leak detection method and fuel cell power generation equipment
US10914650B2 (en) Method of calibrating offset of pressure sensor
KR102763983B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor
JP7079351B2 (en) Methods and systems for detecting leaks in fuel cell thin films
US20080303532A1 (en) Combustible-gas sensor, fuel cell system, abnormality detecting method, and fuel cell system control method
US20200166470A1 (en) Method and system for multi-sensor gas detection
KR102773328B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof
KR102771446B1 (en) Hybrid hydrogen gas sensor apparatus and hydrogen gas measuring method
Tian et al. Identification of failed cells inside PEMFC stacks in two cases: Anode/cathode crossover and anode/cooling compartment leak
KR20240140584A (en) Hydrogen gas sensor apparatus
KR102804268B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus controlling cumulative heating time and heating control method thereof
KR102800729B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus with heater function humidity sensor and deterioration corrtecting method thereof
KR102546273B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus with relative hunidity compensation and measurement method of it
US7269993B2 (en) Gas detecting apparatus, gas detecting method and fuel cell vehicle
CN110887167A (en) Air conditioner refrigerant leakage detection method and air conditioner
KR102763982B1 (en) Hydrogen gas sensor apparatus and measurement method applied with manufacturing deviation compensation
KR20230150659A (en) Hydrogen gas sensor apparatus with compensation for temperatrure deviation and measuring method of hydrogen gas
JP5091078B2 (en) Combustible gas detector
KR20240169373A (en) Hydrogen gas instrumentation method and hydrogen gas sensor apparatus
KR102800728B1 (en) Hybrid hydrogen gas sensor apparatus and hydrogen gas measuring method
KR102684679B1 (en) Battery system sensing battery cell damaged and evaluating method for battery module

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20220422

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20240620

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20250217

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20250221

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20250221

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration