Hava Kalitesi Ölçüm Amaçlı Kullanılan Metal-oksit Gaz Sensörlerinin Sıcaklık ve Nem Etkileşimlerinin Belirlenmesi

Abstract

Metal oksit yarı iletken gaz sensörleri farklı uygulama alanlarında ve sanayide yoğun olarak kullanılmaktadır. Diğer sensörlerle kıyaslandığında nispeten ucuz, sağlam, hafif, uzun ömürlü ve hızlı tepki sürelerine sahip bu sensörler hava kalitesi ölçümüyle ilgili akademik çalışmalarda ve ticari cihazlarda sıkça kullanılmaktadır. Yarı iletken aktif element her hangi bir gaza maruz kaldığında oksidasyona uğramakta ve sensörün direncinde bir farklılığa neden olmaktadır. Bu direnç farklılığı gaz konsantrasyonuyla orantılı olarak değişmektedir. Ancak çoğu zaman dirençteki değişim sadece gazın varlığıyla ya da miktarıyla açıklanamamaktadır. Ölçüm yapılan ortamın sahip olduğu sıcaklık ve bağıl nem de sensör performansını etkilemektedir. Bu bağlamda geliştirilen akıllı sistemlerde sensör verilerinin direkt kullanılması hatalı sonuçların elde edilmesine neden olabilir. Stabil sonuç elde edebilmek için kompansasyon sağlayacak devrelerin kullanılması sistem performansını olumlu etkileyecektir. Bu çalışmada metan (CH4), hidrojen (H), amonyak (NH3), hidrojen sülfür (H2S), uçucu organik bileşikler (VOC) ve genel amaçlı hava kalitesi kontrol sensörlerinin farklı sıcaklık ve bağıl nemdeki performansları değerlendirilmiştir. Sensör verileri üzerinde her iki parametrenin de etkisi olduğu istatistiki olarak ortaya konmuştur. Ancak sıcaklığın etkisinin daha fazla olduğu gözlenmiştir. Söz konusu sensörler için kompansasyon eğrileri geliştirilmiştir.

Metal oxide semiconductor gas sensors are used extensively in different application areas and industries. These sensors, which are relatively inexpensive, robust, lightweight, long lasting and fast response times compared to other sensors, are frequently used in academic studies and commercial devices related to air quality measurement. The semiconductor active element undergoes oxidation when exposed to any gas and causes a difference in resistance of the sensor. This resistance variation varies with the gas concentration. But often the change in resistance is not explained only by the presence or quantity of the gas. The temperature and relative humidity of the medium under measurement also affect sensor performance. Direct use of sensor data in intelligent systems developed in this context may result in erroneous results. The use of compensation circuits to achieve stable results will positively affect system performance. In this study, the performance of methane (CH4), hydrogen (H), ammonia (NH3), hydrogen sulphide (H2S), volatile organic compounds (VOC) and general purpose air quality control sensors at different temperatures and relative humidity were evaluated. It is statistically shown that both parameters affect the sensor data. However, it is observed that the effect of temperature is higher. Compensation curves have been developed for such sensors.