RTO care

TCD

기기류2016. 6. 27. 12:38

TCD(Thermal conductivity Detector) : 열전도도 검출기

원리는 이론상 Gas와 시료의 열전도도의 차이를 측정한다. 구조는 단일 필라멘트로 Cell Volume은 3.5 ㎕이다. 주요 특징으로는 Sensitivity(주로 사용되는 검출기 중 가장 낮다), Selectivity(모든 화합물 검출이 가능한 일반적인 검출기), 시료가 파괴되지 않는 비파괴성 검출기이다.

운반기체로는 주로 헬륨(큰 열전도도와 불활성을 지녀 가장 일반적으로 사용하는 gas), 수소(감도는 높으나 사용상 주의를 요한다), 질소(수소 분석시 사용)을 사용한다.

   

TCD 사용 주의 사항

검출기가 켜진 상태에서 이동상 가스의 공급이 중단되면 필라멘트가 영구히 손상된다. 때문에 검출기를 켜기 전, 항상 Ref. 및 이동상 가스의 공급여부를 확인한다.

- 필라멘트가 산소에 노출 시 산화되므로 주의한다.

- 산이나 할로겐 화합물과 같은 활성 물질도 필라멘트를 손상시킨다.

- 온도가 낮아 야기되는 시료의 농축은 검출기 Cell을 오염시킨다.

- 오염원들은 Thermal Conditioning으로 제거한다.

   

출처: <http://01041902024.tistory.com/149>

   

   

검출기 : TCD-Methanizer-FID 동시 검출

Signal change 기능 => 한 크로마토그램으로 출력

1) 수소, 산소, 질소는 TCD에서 피크를 확인합니다.

(분자 구조상 C-H bond가 없으므로 FID에서 측정 불가)

2) 기타 탄화수소류 CH4, C2, C3, C4는 FID에서 측정합니다.

3) CO와 CO2는 메타나이저를 통과하여 CH4로 변화시켜 FID로 검출합니다.

즉 수소, 산소, 질소만 TCD에서 측정하며,

그 이 후의 CH4, CO, CO2, C2-C4는 FID에서 측정하는 시스템입니다.

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CLD

기기류2016. 6. 27. 12:36

CLD를 이용한 NO, NOx 농도 측정

   

(1) 화학발광법(CLD; Chemi-luminescent Detection) 이란 화학발광(Chemiluminescence)은 가시 광선의 방출에 의해 일어나는 화학반응이다. 활성화된 상태의 이산화 질소(NO2*)는 아래과 같이 오존이 있는 낮은 압력 상태에서 일산화 질소가 산화될 때 형성되고, 활성화된(들뜬상태) 분자들이 바닥상태로 천이되면서 화학발광에 의한 빛(파장590~2500nm)을 방출 하게 된다.

   

즉, 반응로에서 오존은 과잉상태를 유지 함으로써 샘플내의 NO 농도는 방출된 광량의 측정에 의해 결정되는 것이다. NO2의 경우는 분석기로 공급되기 전에 촉매를 이용하여 일산화 질소로 치환되어야 하고, 그 후 측정 과정은 일산화 질소의 측정과 동일하다. 이 방법이 현재 자동차 응용분야에서 NO의 농도를 결정하는 가장 일반적인 방법이다.

   

(2) CLD 분석 장치 구성

4. 실제 엔진에 고속분석장치 적용(실제 장착 모습)                                          

  - 흡기관, 배기관 각각 1개씩 설치(실시간 EGR(%) 측정)

   

5. CO2분석장치 흡기관 적용

  - 흡기시스템 WOT시 대기압, IDLE시 대기압의 1/3

       정압챔버의 압력 0.2bar  이하로 유지(샘플가스의 역류 방지)

            샘플가스의 역유동(Backflow)에 의한 CO2농도 측정 오차 최소화

       실제 흡기관의 압력:  0.2- 0.98bar

       

   

           

 - 엔진이 고속으로  회전하는 경우 밸브 오버랩에 의해서 발생하는 역유동(Back flow)의 가시화 모습이다.

   

출처: <http://ws.ajou.ac.kr/~tperc/research_3.htm>

   

   

   

A chemi-luminescence detector (CLD) is the industry standard method of measuring nitric oxide (NO) concentration.

The reaction between NO and O3 (ozone) emits light. This reaction is the basis for the CLD in which the photons produced are detected by a photo multiplier tube (PMT). The CLD output voltage is proportional to NO concentration.

The light-producing reaction is very rapid so careful sample handling is important in a very rapid response instrument. The Cambustion Fast CLD uses a unique sampling system coupled with miniaturised CLD technology to give millisecond response times.

The Cambustion Fast CLD has two remote sampling heads controlled by a Main Control Unit and is capable of simultaneous sampling in two locations

   

출처: <http://www.cambustion.com/products/cld500/cld-principles>

   

Sample data

   

   

   

http://www.cambustion.com/sites/default/files/instruments/CLD500/400-505%28cld%29_0.pdf

2015-02-02 오후 4:35 - 화면 캡처

   

   

   

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FID

기기류2016. 6. 27. 11:50

FID를 이용한 HC 농도 측정

   

(1) 화염이온화 감지법(FID ;Flame Ionization Detection) 이란 탄화수소 농도는 일반적으로 불꽃 이온화 감지기(FID; Flame Ionization Detector)를 사용하여 측정한다. 미연탄화수소가 포함된 샘플가스는 수소 또는 수소-헬륨 불꽃에서 연소되고, 이온은 화학적 이온화 과정에서 소비되는 샘플가스 중 탄소에 의해서만 생성되므로 샘플가스가 유입되지 않은 상태에서는 생성되지 않는다. 이온전류의 크기는 미연탄화수소 농도 또는 미연탄화수소 중 탄소 원자의 개수를 통한 양적 측정을 제공한다. 빠른 응답의 FID 기구는 자동차 응용 여러 분야에서 탄화 수소 측정에 넓게 사용되고 있다.

   

출처: <http://ws.ajou.ac.kr/~tperc/research_3.htm>

   

   

FID(Flame Lonization Detector) : 불꽃이온화 검출기

원리는 수소/Air에 의해 형성된 불꽃에서 시료가 연소되면 전하를 띤 이온이 형성되며, 이온의 농도에 비례하여 전류 흐름이 변화 된다. 구조는 jet(컬럼의 종류에 따라 사용되는 Jet의 크기가 구분), 수소 및 Air inlet, FID collector Assembly로 나뉜다. 주요 특징으로는 Sensitivity(대부분의 화합물에 대해 TCD의 약 103배 정도 감도가 높다.), Selectivity(수소/Air에 의한 불꽃에서 태워져 전하를 띤 이온을 생성하는 화합물만 검출할 수 있는 선택적인 검출기)이다.

FID에서 검출되지 않는 성분들 : Rare Gas (수소, 아르곤), 질소, 이산화질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 사염화탄소, 이산화황, 산소, 물……등

주입구의 역할: 시료성분을 충분히 기화시키는데 최적인 온도 설정이 필요하므로 이를 맞춰 주어야 함.

(설정온도가 너무 높았을 경우 시료에 따라서는 분해를 일으키는 일도 있고 낮은 경우는 피크가 브로드하게 되는 일도 있기 때문에 주의가 필요)

   

1. 스프리트/스프리트레스 주입구

스프리트 주입구는 시료 부하용량이 작은 캐필러리 컬럼에 시료를 도입하기 위해서 고안, 시료주입구에서 도입되고 기화한 시료의 일부만을 분리컬럼에 이끌고 그 이외는 계외에 배출하는 장치로 피크를 샤프하게 하는 효과가 있다.

하지만 저농도의 시료분서에는 좋지 않다. 또 비점의 범위가 넓은 시료에서는 스프리트비가 일정하지 않는 경우도 있기 때문에 주의가 필요하다.

또 시료 도입시만 스프리트 가스를 멈추어 기화한 시료의 대부분을 캐필러리 컬럼에 도입하는 것이 스프리트레스 주입법이다. 용매의 큰 피크의 뒤에 테일링피크 부분을 없애는 것이나 컬럼항온조의 온도를 용매의 비점보다 낮게 억제하는 것으로 컬럼의 선단에 분석종을 농축하는 방법을 이용하는 것이 가능하여 저농도의 시료분석에도 대응 가능하다.

다만 스프리트 주입구와 스프리트레스 주입구의 어느 쪽이나 시료를 실린지로 도입해 기화시킬 단계에서 디스크리미네이션을 일으키는 일이 있어 성분의 비율이 바뀌어 버리는 일이 있기 때문에 주의가 필요하다.

스프리트 주입구는 스프리트레스 주입구를 겸하고 있는 경우도 많고 그 경우를 스프리트/스프리트레스 주입구라 부른다.

   

출처: <http://01041902024.tistory.com/149>

   

   

Flame ionization detector

From Wikipedia, the free encyclopedia

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Schematic of a flame ionization detector for gas chromatography

A flame ionization detector (FID) is a scientific instrument that measures the concentration of organic species in a gas stream. It is frequently used as a detector in gas chromatography. Standalone FIDs can also be used in applications such as landfill gas monitoring, fugitive emissions monitoring and internal combustion engine emissions measurement[1] in stationary or portable instruments.

Contents

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History[edit]

The first flame ionization detectors were developed simultaneously and independently in 1957 by scientists working for the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in Melbourne, Australia.[2][3][4] and at the University of Pretoria in Pretoria, South Africa.[5]

In 1959, Perkin Elmer Corp. included a flame ionization detector in its Vapor Fractometer[6]

Operating principle[edit]

The operation of the FID is based on the detection of ions formed during combustion of organic compounds in a hydrogen flame. The generation of these ions is proportional to the concentration of organic species in the sample gas stream. Hydrocarbons generally have molar response factors that are equal to number of carbon atoms in their molecule, while oxygenates and other species that contain heteroatoms tend to have a lower response factor. Carbon monoxide and carbon dioxide are not detectable by FID.

Advantages and disadvantages[edit]

Advantages[edit]

Flame ionization detectors are used very widely in gas chromatography because of a number of advantages.

  • Cost: Flame ionization detectors are relatively inexpensive to acquire and operate.
  • Low maintenance requirements: Apart from cleaning or replacing the FID jet, these detectors require no maintenance.
  • Rugged construction: FIDs are relatively resistant to misuse.
  • Linearity and detection ranges: FIDs can measure organic substance concentration at very low and very high levels, having a linear response of 10^6.

Disadvantages[edit]

Flame ionization detectors cannot detect inorganic substances. In some systems, CO and CO2 can be detected in the FID using a methanizer, which is a bed of Ni catalyst that reduces CO and CO2 to methane, which can be in turn detected by the FID.

Another important disadvantage is that the FID flame oxidizes all compounds that pass through it; all hydrocarbons and oxygenates are oxidized to carbon dioxide and water and other heteroatoms are oxidized according to thermodynamics. For this reason, FIDs tend to be the last in a detector train and also cannot be used for preparatory work.

Operation[edit]

In order to detect these ions, two electrodes are used to provide a potential difference. The positive electrode doubles as the nozzle head where the flame is produced. The other, negative electrode is positioned above the flame. When first designed, the negative electrode was either tear-drop shaped or angular piece of platinum. Today, the design has been modified into a tubular electrode, commonly referred to as a collector plate. The ions thus are attracted to the collector plate and upon hitting the plate, induce a current. This current is measured with a high-impedance picoammeter and fed into an integrator. The manner in which the final data is displayed is based on the computer and software. In general, a graph is displayed that has time on the x-axis and total ion on the y-axis.

The current measured corresponds roughly to the proportion of reduced carbon atoms in the flame. Specifically how the ions are produced is not necessarily understood, but the response of the detector is determined by the number of carbon atoms (ions) hitting the detector per unit time. This makes the detector sensitive to the mass rather than the concentration, which is useful because the response of the detector is not greatly affected by changes in the carrier gas flow rate.

Description of a generic detector[edit]

FID Schematic

The design of the flame ionization detector varies from manufacturer to manufacturer, but the principles are the same. Most commonly, the FID is attached to a gas chromatography system.

The eluent exits the GC column (A) and enters the FID detector's oven (B). The oven is needed to make sure that as soon as the eluent exits the column, it does not come out of the gaseous phase and deposit on the interface between the column and FID. This deposition would result in loss of eluent and errors in detection. As the eluent travels up the FID, it is first mixed with the hydrogen fuel (C) and then with the oxidant (D). The eluent/fuel/oxidant mixture continues to travel up to the nozzle head where a positive bias voltage exists (E). This positive bias helps to repel the reduced carbon ions created by the flame (F) pyrolyzing the eluent. The ions are repelled up toward the collector plates (G) which are connected to a very sensitive ammeter, which detects the ions hitting the plates, then feeds that signal (H) to an amplifier, integrator, and display system. The products of the flame are finally vented out of the detector through the exhaust port (J).

See also[edit]

References[edit]

  1. Jump up ^ "Flame Ionisation Detector Principles". www.cambustion.com. Retrieved 3 December 2014.
  2. Jump up ^ Scott, R. P. W., 1957, Vapour Phase Chromatography, Ed. D. H. Desty (London: Butterworths), p. 131.
  3. Jump up ^ McWilliam, I. G.; Dewar, R. A. "Flame Ionization Detector for Gas Chromatography". Nature 181 (4611): 760. Bibcode:1958Natur.181..760M. doi:10.1038/181760a0.
  4. Jump up ^ Morgan, D J (1961). "Construction and operation of a simple flame-ionization detector for gas chromatography". J. Sci. Instrum. 38 (12): 501. Bibcode:1961JScI...38..501M. doi:10.1088/0950-7671/38/12/321. Retrieved 2009-03-18.
  5. Jump up ^ Harley, J.; Nel, W.; Pretorius, V. (January 18, 1958). "Flame Ionization Detector for Gas Chromatography". Nature. doi:10.1038/1781244b0.
  6. Jump up ^ "Timeline". Perkinelmer.com. Retrieved 12 Dec 2014.

Sources[edit]

  • Skoog, Douglas A., F. James Holler, & Stanley R. Crouch. Principles of Instrumental Analysis. 6th Edition. United States: Thomson Brooks/Cole, 2007.
  • Halász, I. & W. Schneider. "Quantitative Gas Chromatographic Analysis of Hydrocarbons with Capillary Column and Flame Ionization Detector." Analytical Chemistry. 33, 8 (July 1961): 978-982
  • G.H. JEFFERY, J.BASSET, J.MENDHAM, R.C.DENNEY, "VOGEL'S TEXTBOOK OF QUANTITATIVE CHEMICAL ANALYSIS."

   

출처: <http://en.wikipedia.org/wiki/Flame_ionization_detector>

   

   

Fast FID Principles

The flame ionisation detector (FID) is the automotive emissions industry standard method of measuring hydrocarbon (HC) concentration.

   

The sample gas is introduced into a hydrogen flame inside the FID. Any hydrocarbons in the sample will produce ions when they are burnt. Ions are detected using a metal collector which is biased with a high DC voltage. The current across this collector is thus proportional to the rate of ionisation which in turn depends upon the concentration of HC in the sample gas.

The ionisation process is very rapid, so the slow time response of conventional FIDs is mainly due to sample handling. A typical slow analyser might have a response time of 1-2 seconds.

The Cambustion HFR fast response FID analyzers use conventional detection principles and a unique patented sampling system to give millisecond response times.

The Cambustion fast FID consists of a main control unit (MCU) and two remote sampling heads (which house the FIDs). The dual channel nature of the instrument enables simultaneous real-time measurement in two locations allowing, for example, evaluation of catalyst performance.

   

출처: <http://www.cambustion.com/products/hfr500/fast-fid-principles>

   

   

GC Solutions #11: The Flame Ionization Detector

by Matthew Klee

In this article we initiate a discussion on the workhorse detector of gas chromatography: the flame ionization detector.

The flame ionization detector (FID) is the premier detector in gas chromatography. It has unique properties and performance that puts it above and beyond all other general-use detectors in gas chromatography (or any other form of chromatography, for that matter).

   Topping the list of unique attributes are (1) unit carbon response and (2) wide linear operating range (up to 7 orders of magnitude). When combined with its other attributes of low cost, ease of use, speed of response, and ruggedness, it is no wonder why the FID is the premier detector of choice for GC.

   The FID is a mass sensitive detector. That means that its response is proportional to the mass of carbon that passes through it. In that regard, FID response is stated in terms of picograms carbon per sec. Detection limits for FIDs are in the low pg C /sec.

Equation 1

   Unit carbon response means that the FID responds linearly to the mass of carbon flowing through it, independent of compound structure. The FID gives unit response for most hydrocarbons within a couple per cent error. Exceptions to this will be discussed next month. This attribute of unit carbon response allows one to quantify mixtures without having calibration standards for every component. Amounts of components in a sample relate to their relative peak areas. So, a simple area per cent report will fairly closely reflect the mass per cent of each component in a mixture. This is extremely useful when analysing complex samples such as those in the petroleum industry wherein samples can contain well over 1000 components. In the same vein, the relative ratio of the area of one peak to another (e.g., the peak of an unknown component relative to a calibrated reference peak) closely reflects its relative amount in the sample. This is useful when estimating concentration levels of components in a sample when identities are unknown or when standards are not available for calibration.

Figure 1: H2 (and sometimes N2 makeup gas) enter the bottom of the FID jet and mix with column effluent prior to exiting. Air is added above the jet and flame is established.

   The FID was first described by two independent groups at approximately the same time [1,2]. FIDs were commercially available soon thereafter (the early 1960s.) Most of the developments since the original functional designs have been primarily in areas of usability, adaptation for capillary instead of packed columns, and in improvements of associated electronics, and signal processing.

The Flame

In a hydrogen flame, hydrogen gas (H2) reacts exothermically with the oxygen (O2) to form water. A hydrogen/air flame temperature burns at 2210 °C.*

2H2 + O2 4H• + 2O• 2H2O + heat

In the above reaction, one part oxygen reacts with two parts hydrogen. This ratio (1:2) is called the stoichiometric ratio. Because air is approximately 20% oxygen (O2), a stoichiometric mixture would require an air/hydrogen gas flow ratio of 2:5; 2.5 times more air than hydrogen. Although stoichiometric ratios of oxygen to hydrogen can provide a reasonable dynamic range for the FID, experience has shown (in part because of the complex combustion processes described below) that an excess flow of air is required to ensure complete combustion, unit carbon response and the widest linear dynamic range. In addition, higher than stoichiometric air flow helps to avoid carbon deposits from forming in the jet when high concentrations of analyte or solvent pass through.

   A ratio of at least 6:1 of air to hydrogen has empirically been found necessary to achieve the widest dynamic range possible with FID. Many manufacturers recommend ratios of 10:1 or more air/hydrogen flows. The higher the sample load to the FID, the more flame gases are required to prevent blowout and carbon formation. That is why gas flows used with packed columns (higher sample loads) generally need to be higher than when capillary columns are used. Exact flow rates are somewhat instrument specific and also relate a bit to carrier gas flow rates, so following manufacturer recommendations is wise.

Figure 2: Sample components are combusted in the fl ame, creating positive ions and electrons. The positive ions are attracted to the negatively-biased collector while the (negatively charged) electrons are repelled toward the jet.

Sample Combustion and Signal Generation

A very nice explanation of FID flame chemistry has been provided by Holm [3]. Therein he supports a mechanism whereby most organic compounds are reduced to saturated counterparts in the initial portion of the flame, where temperatures are lower. As they continue up the flame, these saturated counterparts then continue to react with hydrogen atoms to form methane, as illustrated in Equation 1.

   Still further in the flame, methane is combusted to form formylium ion CHO+, the primary FID signal-producing ion.

   

CH4  H2 + :CH O• CHO* CHO+ + e-

   Other reactions can of course occur, including ones that form other positive ions such as hydronium ion.

CHO+ + H2O H3O+ + CO

   All positive ions are collected by a negatively biased collector causing a current to flow, which is then electronically amplified and digitized (Figure 1). The current is proportional to the number of ions collected. The yield of ions from carbon passing through the detector is on the order of one ion per 106 carbon atoms [4], yet this is still enough for the FID to give picogram-level detection. Electrons in the flame flow in the opposite direction and are grounded out on the FID jet (Figure 2). By biasing the collector high enough relative to the jet (e.g., -200 V), recombination of positively charged ions and electrons is minimized, and signal maximized.

   

References

1. J. Harley, W. Nel and V. Pretorious, Nature , London, 181(1958)177.

2. I. G. McWilliams and R. A. Dewer, "Gas Chromatography 1958", (Ed. D. H.Desty), Butterworths Scientific Publications (1957) 142

3. T. Holm, J. Chrom. A , 842 (1999) 221–227

4. D.K. Bohme, in: P.J. Ausloss (Ed.), Kinetics of IonMolecule Reactions, Plenum Press, New York, 1979

Dr Matthew S. Klee is internationally recognized for contributions to the theory and practice of gas chromatography. His experience in chemical, pharmaceutical and instrument companies spans over 30 years. During this time, Dr Klee's work has focused on elucidation and practical demonstration of the many processes involved with GC analysis, with the ultimate goal of improving the ease of use of GC systems, ruggedness of methods and overall quality of results.

   

출처: <http://www.sepscience.com/Techniques/GC/Articles/208-/GC-Solutions-11-The-Flame-Ionization-Detector>

   

   

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세계에서 가장 작은 Portable

VOC - MONITOR

   

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VOC 란?                           

    [ VOC (Volatile Organic Compobds)는 휘발성 유기 화합물을 말한다.]

     그 일 예로서 아래 표시하는 화학 물질을 말한다

  • 방향족 (芳香族)  :  Benzene, Toluene, Xylene, Ethyl-benzene 등..
  • Ketone. Aldehyde  :  Methylethylketone, Acetaldehyde 등..
  • 염화탄화수소    :  Trichloroethylene, Tetrachloroethylene 등 ..
  • 유황화합물       :  Mercaptan 등
  •  Amine. Amide    :  Dethyamine 등 방향족 (芳香族)  :  벤젠 , 톨루앤, 키시렌, 에칠벤젠 등..  

   [ VOC 중에서도 다음의 유기 화합물은 인체에 대단히 해로우며 대기 오염 방지법에서도 특정물질로 지정하여  우선적으로 감소 시키지 않으면 안 되는 물질로 구분을 하고 있다.]

  • 벤젠(Benzene, C6h6)  :  화학공장등에서 사용.
  • 토리크로로에치렌 (Trichloroethylene)  :  기계부품 청소용으로 주로 사용.
  • 테트라크로로에치렌 (Tetrachloroethylene)  :  드라이 크리닝에 주로 사용한다.

        

   

VOC 측정 원리                                  

    측정 대상의 Gas를 흡입(Pump 이용)하여 아래의 그림과 같이 Gas를 측정 Cell에 접촉을 시킨다.

     측정 Gas에 자외선 (紫外光)을 쪼이면 (照射) Gas중의 VOC는 그 Gas의 물리적 성질( 이온화 wjs위) 에 따라 이온화되고 그 이온을 전극으로 집전 시킴으로서 VOC농도에 비례한 검출전류를 얻을 수가 있다.

     이와 같은 검출기를 광 이온화 검출기 ( P I D : Photo Ionization Detector)라고 한다.

  • P I D 검출기의 특징
    -  쉽게 이용할 수 있는 램프와 센스
    -  습도의 간섭을 받지 않는다.( FID 사용시 수분이 많을 경우 불꽃이 꺼질 수 있음)
    -  직선성 개선
    -  감도의 증가

                     

            

    검출기의 구조는 개략적으로 위의 그림과 같다. 원통형의 여기전극을 채용하였고 또한 UV광이 Sample Gas  를 흐름과 직교( 直交)하는 구조로 구성이 되었기 때문으로 소형으로 고성능의 VOC의 측정이 가능하다.

   

   

   

측정 가능한 Gas의 종류                               

    VM30, VM76 Type은 측정원리에서 말한 것과 같이 Gas중의 VOC에 자외선 (Energy 10.6 eV)를 조사하여 Gas를 이온화하여 VOC를 측정한다.

    VOC Gas가 측정되기 위하여서는 적외선에 의한 Gas가 이온화되지 않으면 안 된다. 이온화의 현상은 쪼이는 광의 에너지 레벨과 Gas의 특유의 성질에 의하여 이온화 전위가 정해지고

  • 자외선의 에너지 보다 작은 이온화 전위를 가진 Gas는 이온화가 가능함.
  • 자외선의 에너지 보다 높은 이온화 전위를 가진 Gas는 이온화가 되지 않는다.

   

   

  • VM30, VM76으로 VOC의 측정이 가능한 Gas는 다음과 같다.

         -  방향족 (芳香族)  :  Benzene, Toluene, Xylene, Ethyl-benzene 등..

         -  Ketone. Aldehyde  :  Methylethylketone, Acetaldehyde 등..

         -  염화탄화수소    :  Trichloroethylene, Tetrachloroethylene 등 ..

         -  유황화합물       :  Mercaptan 등

         -  Amine. Amide  :  Dethyamine 등

         -  불포화탄화수소 :  이소부칠렌, 부타디엔 등

         -  알콜               :  에타놀, 이소프로파놀 등

         -  포화탄화수소(지방족) : 부탄, 헥산 등

   

  • VM30, VM76으로 VOC의 측정이 불가능한 Gas는 아래와 같다.              

         -  질소(N2), 산소, 이산화탄소, 수증기 등

         -  일산화탄소, 시안화수소, 이산화유항 등

            혼합 Gas의 VOC의 측정도 가능하다. 측정하고자 하는 각각의 Gas의 이온화 전위에

            대응하는 Total의 출력 특성을 표시한다. 그러나 각Gas의 농도의 측정은 불가능하다.

   

   

교정 / 보정 방법                                               

    VM30, VM76의 출력 특성은 Gas 성분의 이온화 전위의 상이(相異)에 따라 틀리게 된다. 그 때문에 측정 Data를  보편화(普遍化) 하기 위하여서는 교정용 기준Gas로 Isobutylene Gas(C4H8)를 사용한다.

     교정용 Gas를 이용하여 VM30, VM76을 교정하여 사용한다. 측정Gas의 농도를 Monitor 하는 경우 측정하려는  Gas의 농도 / 출력특성에서 보정계수 (CF)를 정하고, 연산에 의하여 농도를 지시하도록 하였다. 아래의 보정계수  (CF)의 예를 표시한다. CF는 VM30, VM76에 똑 같이 설정하는 것이 가능하고 연산된 Data를 직접 구하는 것이   하다, 예를 들어 Trichloroethylene을 Monitor하는 경우 이소부치렌 Gas로 교정한후 CF(=0.52)를 설정을 함으로  Trichloroethylene의 농도를 직접 측정을 하는 것이 가능하다.

   

   

측 정 대 상 Gas

C F  

 -  Isobutylene (기준 Gas)

        1.0

 -  Benzene

        0.53

 -  Trichloroethylene

        0.52

 -  Tetrachloroethylene

        0.58

 -  Acetone

        1.1

 -  염화(염화) 비닐

        2.0

 -  초산 Butylene

        2.6

 -  Styrene

        0.42

 -  Toluene

        0.5

 -  Methyl Ethyl Ketone

        0.86

   

   

VOC MONITOR의 특징                                          

  • 많은 종류의 VOC를 고감도로 검출한다 .-----> 최소 분해 능력 0.1 ppm
  • Zero점의 안정
  • 고속 응답 -----> 90% 응답이 3 sec' 이하 (VM76)
  • 보정계수 (CF)의 설정에 의하여 많은 종류의 VOC Gas를 간단하게 측정한다.
  • Data Logging 기능
      * VM76 : 50 Point (STD),       16000 Point (option)
      * VM30 : 4,000 Point
  • 전용의 Software에 의하여 PC에서 Data의 해석이 가능하다.
  • 본질안전방폭 -----> CENELEC EEx ia II C T4, UL class1 Division1 Group A, B, C, D
  • Analog 출력 -----> 0 ~ 1 V DC (VM76)
  • LED 점멸, 경보음에 의한 경보출력

   

   

VOC-MONITOR의 중요 사양                                  

   

   

항  목

VM76

VM30

 측정 대상

 VOC, 광에 의하여 이온화가 가능한 Gas

  

 측정 범위

 0 ~ 1.999 ppm

 0 ~ 2.999 ppm

 측정 정도

 ± 2 ppm 또는 10% of Reading

  

 90% 응답

 3 sec 이하

 20 sec 이하

 표시

 Back light부 LCD

  

 출력

 RS232 interface, 경보 - Lamp, 경보 - Buzzer

  

  

 0 ~ 1V DC Analog

  

 data Logging

 50 Point (Option 16,000)

 4,000 Point

 연속 측정 시간

 연속 10 시간

 연속 12 시간

 Sampling 방식

 내장 Pump 흡입(400ml/min)

 내장 Fan에 의한 흡입

 방폭

 본질안전방폭 CENELEC EEx ia II C T4, UL class1 Division1

Group A, B, C, D

  

 구조

 휴대형 / Battery구동

  

 외형 Size

 180 * 69 * 46 mm

 152 * 44 * 25 mm

   

    

Labo Gaschro와의 상관관계

                                                                                      

          

    

   

    

배출Gas의 MONITOR                                       

   

     VM76으로 배출Gas의 Monitoring을 간단하게 할수 있다.

  • 배기구에서의 농도를 직접 그리고 연속적으로 VOC의 MONITOR가 가능하다.
  • Logging한 Data를 전용의 Software에 의하여 PC를 이용하여 간단하게 정리하며 Graph의 작성이 가능하며 Data의 해석, 보고서의 작성등을 효율적으로 할 수 있다.

  • 아래의 그림은 실제 배출가스의 농도의 측정한 예를 표시하였다.
  • 이것은 1분 간격으로 측정 Data를 VM76으로 Logging하여 PC에서 Graph화 한 것이다.

   

    

   

    

개인 폭로량(個人 暴露量)의 Monitoring                                

  • 아래의 그림과 같이 VM30을 상의의 Pocket에 Grip해둠으로서 작업환경을 자동적으로 Monitor 하는 것이 가능하다.

   

-  연속 사용 시간 : 12시간 사용 가능

-  VM 30은 무게 180g 정도로 가볍다

   

  • Monotoring의 주기는 1초에서 1시간의 간격으로 자유롭게 설정이 가능하기 때문에 돌변하는 폭로량도 측정이 가능하다.
  • Data를 VM 30으로 Logging해 두고 전용의 Software를 이용하여 PC에서 Data를 처리하고 Graph의 작성 보고서의 작성등을 간단하게 처리할 수 있다.
  • 위험 상황에서의 대처를 하기 위하여 Buzzer가 동작하도록 구성되어 있다.
  • VM 30을 이용하여 인쇄소에서의 개인 폭로량을 Monitor한 예를 표시하였다.
  • 30 sec' 평균 Data는 폭로량의 급격한 변동을 파악할 수 있다.

       

   

    

작업 환경의 Monitoring                                                                             

  • Gas를 직접 흡입하여 즉각 고감도(분해능 : 0.1 ppm)로 신속(90%응답시간 : 3초)하게 측정하는 것이 가능하다.
  • Data를 VM76에 Logging하여 두고 전용의 Software를 이용하여 PC에서 Data를 처리, Graph작성과 보고서 작성 등이 간단하게 이루어 진다.
  • 위험 상태에서는 경보 Buzzer가 동작한다.
  • 종래의 방법과 비교하여 Gas의 Sampling. 분석. 해석의 순서가 비약적 으로 개선되며 분석 작업자의 작업 분담이 경감되는 장점이 있다.
     

       도장 공장에서의 VOC측정 결과

          

                         (주 : 상기 Data는 표준Gas로 Calib'하지 않은 상태에서 측정한 결과입니다.)

   

    

토양 오염의 조사와 개선                                          

  • VM76의 흡입 Nozzle을 측정 Hole에 삽입하여 Gas를 흡입하여 즉석에서 VOC의 농도를 측정하는 것이 가능하다.
  • 오염상태나 개선상태를 간단하게 측정을 할 수 있다.
  • 측정 Data에 개인별 차이가 발생하지 않는다.
  • 측정치를 VM76에 Logging하여 PC를 이용하여 Data의 해석과 Graph의 작성이 간단하게 이루어 진다.
  • VM76을 사용하면 토양오염의 Map 조사가 간단하다.
  • 최대 1600 Point의 Data를 Logging하는 것이 가능하다.

토층의 오염 측정

       

   

    

ISO14000에서의 활용                                            

  • ISO 14000에 준하는 환경개선시책에 위력을 발휘 합니다. [ 배출가스 ] [ 작업환경 ] [ 개인폭로량 ] 의 각항을 참조 바람니다.
     

   

   

출처: <http://brainst.co.kr/voc/voc-meter.htm>

   

Photoionization of Methane: Ionization Potential and Proton Affinity of CH4

   

The relative photoionization cross section of methane has been measured at room temperature and at liquidnitrogen temperature. The data show that the ionization potential of methane is 12.615±0.010 eV or lower. This result is discussed and compared with those obtained by photoelectron spectroscopy. The photoionizationefficiency curve of CH5 + was also measured and found to have the same threshold as that of CH4 +. This observation sets a lower limit on the proton affinity of methane, namely PA(CH4)≥ 5.46 eV. Consideration of other data supports the value PA(CH4)=5.500.05 +0.20 eV.

   

출처: <http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jcp/54/10/10.1063/1.1674669>

   

   

출처: <http://www.electrogasmonitors.com/portfolio-items/minirae-3000/>

   

많이 사용되는 모델 .. 하나 MiniRAE 3000

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디지털 회로

기기류2016. 6. 27. 11:15

3. 디지털 회로(p92)                참고사이트 : http://web.edunet4u.net/~jaehyunk/ch3-1.htm

  불 대수

      (boolean algebra)  란 ?

 어떤 명제가 참(true)인가, 거짓(false)인가를 논의하는 것으로

   

 논리 값이 참일 때에 "1", 거짓일 때에 "0"   을 대응시킨다.

 (가) 불 대수를 이용한 논리 연산의 결과는 1또는 0으로 표현.

       1일 경우 : 논리의 참, 스위치의 ON, 신호의 유 등의 상태

       0일 경우 : 논리의 거짓, 스위치의 OFF, 신호의 무 등의 상태

   

(나) 불 대수는 논리 회로를 다루는 데 편리한 도구로 이용되고 있으며, 통신 분야 및 컴퓨터의 논리회로 설계 분야 등에 널리 이용되고 있다.

(다) 불 대수에서 취급하는 기본적인 연산

       논리곱(AND)

      논리합(OR)

      논리 부정 (NOT) 등.

(라) 불 함수 : 불 대수에 의하여 표현된 식. 불 함수는 불 변수와 기본 연산인 논리곱, 논리합, 논리 부정으로 표현한 식으로, 불 대수를 논리 대수라고 하듯이 불 함수를 논리 함수 또는  논리식이라 고 한다.

   

※ 불 대수의 기본 연산

 

입 력

  

출 력

  

  

A

B

논리곱

논리합

베터적논리합

0

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

(가) 논리곱 : 두 가지 조건이 연속될 때 앞의 것도 참이고, 다음 것도 참 이어야 한다는 논리.

                   

  

(나) 논리합 : 두 가지 조건의 명제에서 둘 중 하나만 만족해도 되는 경우.

                    

  

(다) 논리 부정 : 현재의 명제를 부정하는 것으로, 현재의 조건이 참인 경우 결과는 거짓이 된다.

                    

  

(라) 배타적 논리합 : 두 개의 명제가 반대되는 조건으로 논리합의 형태를 취하여

와 같은 논리 관 계를 배타적 논리합  (exclusive OR)라 한다.

                    

   

※ 불 대수의 기본법칙

(가) 불 대수의 공리 : 1과 0의 두 가지만 존재함으로써 1이 아닌 것은 당연히 0이 된다. 이와 같이, 증명할 필요가 없는 기본적인 식을 공리라 한다.

        

(나) 불 대수의 기본 정리 : 불 대수의 특성에 의하여 어떤 변수는 두 가지 중 하나만 기억할 수 있으므로,  특정 조건에서의 결과가 이미 정해진 것과 같은 것을 기본 정리라 한다.

        

(다) 교환 정리 : 불 대수식에서 연산 순서를 바꾸어도 결과가 동일하게 되는 것을 말함

                       예) A + B = B + A, A B = B A

(라) 결합 정리 : 괄호 내에서 먼저 결합된 것을 순서를 바꾸어 괄호 바깥의 것과 먼저 결합하여도  결과가 같게 되는 것.

                       예) A + ( B + C ) = (A + B) + C, A ( B C ) = ( A B ) C

(마) 분배 정리 : 괄호로 동일한 연산을 묶은 것은 괄호 바깥의 요소가 내부의 요소에 공통적으로 할당되므로, 개별적으로 할당한 것을 괄호 내부의 연산으로 수행하여도 결과가 같게 되는 정리.

                        예) A ( B + C) = AB + AC, A + ( B C ) = (A + B)(A + C)

       <증명> (A + B)(A+C) = AA + AC + BA + BC = A + AC + AB + BC = A(1+C+B) + BC = A + BC

(바) 부정 정리 : 현재의 명제를 부정하는 것이므로, 부정을 다시 부정하면 긍정이 된다.

                          

(사) 드 모르간(De Morgan)의 정리 : 두 개 이상의 변수가 함께 부정으로 묶여 있을 때 이들을 개별적으로 분리하는 경우와 이것과 반대되는 경우에 대한 정리이다.

                          

   

(1) 기본 논리 게이트

1) AND 게이트

               

   

   2개 이상의 스위치가 있는 회로에서, 모든 스위치가 ON일 때 출력이 ON이 되고, 어느 하나의 스위치 또는 모든 스위치가 OFF일 때 출력이 OFF되는 회로를 논리곱 회로(AND gate)라 한다.

   

진리표의 입·출력을 식으로 정리하면 아래의 불 대수식과 같다

   

불 대수식 : Y = A · B (Y=A AND B라 읽는다)

2) OR 게이트

               

   

    2개 이상의 스위치가 있는 회로에서 모든 스위치가 OFF일 때 OFF되고, 어느 하나의 스위치 또는 모든 스위치가 ON이 될 때 ON되는 회로를 논리합 회로(OR gate)라 한다.

   

진리표의 입·출력을 식으로 정리하면 아래의 불 대수식과 같다

   

불 대수식 : Y = A + B (Y=A OR B라 읽는다)

3) 인버터(inverter)

   

                  

     입력 A가 1일 경우에 출력이 0이 되고, 입력 A가 0이 될 때 출력이 1이 되는 회로이다.

즉, 입력과 출력이 서로 반대로 동작하는 회로를 논리 부정(NOT) 회로라 한다.

   

     (Y = NOT A라 읽는다)

   

4) NAND 게이트

   

   

   

   논리곱 부정 회로(NAND gate)란 회로의 왼쪽 부분은 AND gate로 구성되어 있고, 회로의 오른쪽 부분은 NOT gate로 구성되어 있는 회로로서, 그 동작상태를 살펴보면 AND gate와 정반대로 동작함을 알 수 있다.

   즉, 회로의 왼쪽부분은 AND Gate와 같고, 오른쪽 부분은 NOT Gate와 같다. NAND Gate는 아래 그림과 같이 AND Gate와 NOT Gate를 연결해 놓은 것이라 생각하면 된다.

   

   NAND gate 논리기호로는 그림과 같이 NOT gate의 논리기호 중 삼각형 부분을 떼어내고 원 부분만 AND gate에 붙여놓은 형태의 그림을 사용한다.

   

5) NOR 게이트

   

   

   

   논리합 부정 회로(NOR gate)란 회로의 왼쪽 부분은 OR gate로 구성되어 있고, 회로의 오른쪽 부분은 NOT gate로 구성되어 있는 회로로서, 그 동작상태를 살펴보면 OR gate와 정반대로 동작함을 알 수 있다.

    즉, 회로의 왼쪽부분은 OR Gate와 같고, 오른쪽 부분은 NOT Gate와 같다. 즉 NOR Gate는 아래 그림과 같이 OR Gate와 NOT Gate를 연결해 놓은 것이라 생각하면 된다.

   

    NOR gate 논리기호는 NAND gate와 마찬가지로 NOT gate의 원 부분만 OR gate에 붙여 놓은 형태의 그림을 사용한다.

   

   

6) XOR 게이트

   

   

  두 개의 입력이 같을 때(모두 ON(1)이거나 OFF(0)) 0이 되고, 두 입력이 다를 때(하나가 ON(1)이면 다른 하나는 OFF(0)) 1이 되는 회로는 배타적 논리합(EOR) 회로라 한다.

   

   즉, 출력 Y중 1이 되는 입력 A와 B의 상태를 논리식으로 적용하면 된다. 즉, A값이 0일 경우에는

로 표현하고, A값이 1일 경우에는 A로 표현한다. B의 경우에도 A와 동일한 방법을 적용하여 위 진리표의 출력 Y에 대한 논리식을 구성하면 아래와 같다

  

   

7) XNOR 게이트

두 개의 입력이 같을 때(모두 ON(1)이거나 OFF(0)) 1이 되고, 두 입력이 다를 때(하나가 ON(1)이면 다른 하나는 OFF(0)) 0이 되는 회로이며, XOR 게이트와 반대의 성격을 띤다.

p95 그림 2-54 참조

   

(2) 기본 논리회로

1) 가산기 회로

가) 반 가산기

    반 가산기(HA: half adder)는 사칙 연산을 수행하는 기본 회로이며, 2진수 한 자리를 나타내는 두 개의

수를 입력하여 합(Sum)과 자리올림 수(Carry)를 구해 주는 덧셈 회로로서, 컴퓨터 내부에서 가장 기본

적인 계산을 수행하는 회로이다.

     회로 동작상태를 보면 EOR gate와 동일한 연산동작을 수행하므로, 합에 대한 논리회로는 일반적으로

아래 그림의 (a)와 같이 EOR gate를 이용하여 구성하고, 그림 (b)는 반 가산기에 대한 논리기호이다.

1 자리의 2진수 2개를 연산할 때, 입력되는 변수를 A와 B라 하고, 계산 결과의 합(sum)을 S, 자리

올림(carry)을 C라 하면 진리표는 아래 표와 같다.

   

나) 전 가산기

     전 가산기( FA : full adder) 는 3개의 비트를 더하는 논리회호 (자리올림수 carry 까지 덧샘해줌)

A

B

C

CARRY

SUM

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

   

   

   

출처: <http://jojo.namoweb.net/elec-5/digital_circuit.htm>

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전자회로의 기초

기기류2016. 6. 27. 11:12

2. 전자회로의 기초

   

 ( 1 ) 정류회로

1) 정류 회로의 구성

정류회로 : 교류로부터 직류를 얻어내는 회로

    ▶ 평활회로 : 완전한 직류를 얻기위해 사용된다.

    ▶ 정전압안정회로 : 출력 전압을 정해진 전압으로 일정하게 유지해줌

     V : 무 부하 경우의 출력전압  

     Vo : 전부하 경우의 출력전압

 [1] 반파 정류 회로

다이오드 등의 정류 소자를사용하여 교류의 (+)

     반 사이클만 전류(id)를 흘려서 부하에 직류를  흘리

     도록 한 회로.

   

반파정류효율

       

   rf  = 다이오드 순방향 저항값

    무 부하 RL = 일 때 정류효율은 = 40.6 [%]

 반파정류회로의 맥동율 = 1.21

                                                                                                            

   

  [2] 전파 정류 회로

 다이오드를 사용하여 교류의 +, - 어느 반 사이클에      대해서도 정류를 하고, 부하에 직류 전류를 흘리도록      한 회로.

중간 탭이 있는 트랜스 필요

입력전압 (+) 반주기 = D1은 통전, D2는 OFF

                  (-) 반주기 = D2은 통전, D1는 OFF

맥동율 = 0.482

정류효율 => η = 81.2 [%]

  [3] 브리지 정류 회로                                                                                    

   

전파 정류 회로의 일종으로, 다이오

    드 4개를 브리지 모양으로 접속하여

    정류하는 회로. 중간 탭이 있는 트랜

    스를 사용하지 않아도 되나 많은 다

    이오드가 필요하다.

   

처음(+) 반주기 동안 = D1, D3 동작

                                    D2, D4 OFF

   

 다음(-) 반주기 동안 = D2, D4 동작

                                    D1, D3 OFF

● 가장많이 사용되는 방식

   

배전압 정류 회로 :

 ■ 반파 배전압 정류회로

 처음 (-) 반주기 D1, D2 도통 C1과 C2에 충전 = Em

     다음 (+) 반주기 D1 OFF 되어 C1에 충전된 전압

     D2로 방전하면서 이미 Em 전압만큼 충전된 C2

     Em이 가해져 충전되면서 2Em이 된다.

 ■ 전파 배전압 정류회로

 ● 처음 (+) 반주기 D1도통, D2 OFF C1에 충전 = Em  다

     음 (-) 반주기 D1 OFF, D2 ON 되어 C2에 충전 = Em

     RL 위치에서보면 C1과 C2의 충전전압인 2Em이 항상

     걸리게 된다.

   

(2) 증폭회로     참고사이트 : http://211.34.67.4/~choys/elec/3-1-1.htm              

   

   전기적 입력 신호의 전압, 전류 또는 전력을 이것 보다 큰 출력 신호로 변화시키는 장치    (일종의 에너지 변환기)

    변압기는 입력보다 큰 출력을 얻을 수 있으나 에너지의 증폭은 될 수 없으므로 증폭

회로라 할 수 없다.

  [1] 저주파 증폭회로

 ●  저주파 증폭회로는 음성, 음악 등의 가청주파수인 전기 신호

      를  증폭하는 회로

 ● C1, Co, Ce 는 입력 신호의 최저 주파수에 대해서 낮은 임피던

     스를 가지는 수십[uF] 이상의 콘덴서를 사용할 필요가 있다

 ● Re는 회로의 안정도를 높이기 위한 저항 : 온도 상승에 의한

     열 파괴를 방지할 수 있다

     <온도가 상승하여 전류가 증가하면 이미터 전위가 높아지고

       베이스-이미터간 전압이 떨어져 역으로 컬렉터 전류감소>

  [2] 고주파 증폭회로

 ● 고주파 증폭회로는 수백[kHz]~수십[kHz] 정도의 주파수인

     전기신호를 증폭하는 회로

 입출력회로는 LC동조회로를 사용하여 필요한 주파수만을

     증폭한다

 CN 및 RM은 출력측으로부터의 정궤환에 의한 발진을 막기

     위한 중화회로이다

 ● CT와 LT중 어느것을 가변소자로 치환함으로써 동조주파수

     를 변화한다.

  [3] 전력 증폭회로

   

 ● 스피커를 통해 음(소리)로 변환시키기 위

     한 전기에너지 증폭을 말함

 전력증폭회로는 보통 푸시풀(push pull)

     회로가 많이 이용되며

     싱글엔디드 (singe ended type)형과

     더블엔디드 (double ended type)형이 있다

 ● 싱글엔디드형 푸시풀 회로는 출력측에

     랜지스터가 필요없기 때문에 최근에 각종

     전력 증폭회로에 많이 사용한다.

 ● 증폭의 종류는 A급, AB급, B급, C급 으로

     나눈다

     A급 : 효율은 낮으나 왜형은 적다

     B급 : 효율은 좋으나 왜형이 크다

     AB급 : 많이 사용

     C급 : 고주파 증폭에 사용 : 효율이 대단히

              높다

   

[3] 연산증폭회로 ( OP AMP : operation amplifier )                                                    

   

      ▶ 기본적인 아날로그 컴퓨터에서 연산을 수행하기 위하여 사용되는 기본소자

      ▶ 높은 이득을 가지는 고성능 직류증폭기

   

 ● 입력신호가 OP AMP의 비반전(+) 입력

     단자에 입력이 가해짐

 ● 입력신호가 OP AMP의 반전(-) 입력단

     자에 입력이 가해짐

   

  ▶  각종 제어회로에서 신호의 증폭, 반전, 가산, 감산 등의 연산을 수행하여 실행한다.

  ▶  트랜지스터와 저항들의 집합체

  ▶ 입력신호의 시간적 변화에 비례하여 출력이 얻어지는 미분회로 적분회로에 등에 사용

                                                                                                                                  

   

   

   

출처: <http://jojo.namoweb.net/elec-5/power_amp.htm>

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Ⅱ. 전자소자와 전자회로이 기초       전기일반목차                     

   

1. 전자소자

(1)다이오드

[1]반도체                                                                                                          

   

 ▷ 도체 : 저항값이 "0"에 가깝다 -> 금속

 ▷ 반도체 : 저항값이 도체와 반도체 중간 ->Ge, Si

 ▷ 부도체 : 저항값이 수십 ㏁ 이상 ->종이, 운모

    

 (가) 진성반도체 : 일반적으로 외각 전자가 4개인 순수한 반도체

   ▶ 불순물 반도체 ( p형과 n형 반도체를 말함)   진성반도체(가전자 4개)에 가전자가 3개 또는 5개

       인 원자를 섞어서 만듬

   ▶ 공유결합 : 원자들이 서로 균형있게 결합된 상태   (전자서로 공유)

       

   (나) 자유전자 : 전자가 공유결합에서 벗어난 전자   (전류의 흐름은 자유전자에 의해서 이루어짐)

   ▶정공 : 전자가 이탈한 자리

[2] n형 반도체와 p형 반도체                                                                                 

   

 (가) n형 반도체 : negative

  ◆ 진성반도체(4가 원자) + 5가 원자(비소, 안티몬) --> 자유전자 생성

      됨 --> 전기전도율 제어

(나) p형 반도체 : positive

 ◆ 진성반도체(4가 원자) + 3가 원자(붕소,인듐) --> 정공이 생긴다 -->

     전자가 정공으로 이동

(다) 다수 반송자와 소수 반송자

  반송자(carrier) : 전하를 운반하는 전자나 정공

반도체

다수 반송자

소수반송자

n형

전자

정공

p형

정공

전자

[3] 도너(doner)와 억셉터(acceptor)                                                          

   

  1)도너 : n형 반도체를 만드는 5가의 불순물 원자 다수 반송자인 전자를 만든다(인, 비소, 안티몬)

  2)억셉터 : p형 반도체를 만드는 3가의 불순물 원자 다수 반송자인 전공를 만든다(붕소, 알루미늄,

                 인듐)

     

[4] p형 및 n형 반도체의 접합

-그림과 같이 n형과 p형 반도체를

    접합시킨다

     (기계적 접합이 아니고 화학적 접

       합)

-접합면에서 전자와 정공이 상대방

      층으로 확산하여 공핍층을 형성

      하게 된다.

-공핍층에는 전자와 정공이 존재하

    지 않으며, Vd의 확산전위차가 생

    기게 된다

-공핍층을 콘덴서와 같은 용량의 기

  능을 가진다고 볼 수 있으며, 이것을

  장벽용량 혹은 공간 전하 층이라고

  한다

-응용 : 다이오드와 트랜지스터를 만

   드는 기본이다.

[5] pn 접합에 전압을 가한 경우                                                                        

   

(가) 순방향 특성

    -n형 반도체에 (-)전압, p형 반도체에 (+)전압을 가 한상

     태-->공핍층이 사라지고 전류흐름(순방 향 전류) -->

     스위치 ON 상태

    -순방향 전류 : 전자와 정공의 확산의 원리로 흐름

   

(나) 역방향 특성

     -n형 반도체에 (+)전압, p형 반도체에 (-)전압을 가 한

       상태--> Vd 확산전위차 강화 (공핍층 확대)   -->전

      자와 정공 이동 없음-->스위치 OFF상태

    -누설전류 : 역전압을 걸어도 진성반도체에 의한 극 소

      수의 전자와 정공에 의해 흐르는 전류

   

[6] 다이오드의 전기적 특성

   

   

   

  

  

   

-그래프 중요-->순방향 쪽에서 순방

  향 특성에 의 해서 전류 급격히 증

  가  -->스위치 on 상태

-역방향 특성에 의해 역방향쪽 전

  류 흐르지 못함 off

[7] 특수 다이오드

    (가)제너다이오드   (Zener Diode)                                                                  

   

       

        

   

   

  

   

  -불순물농도가 높다-공핍층이 좁다

  -역전압인가-->Vz에서 전류급격히 증가(제너현상)

  -->제너전압

  -정전압다이오드 : Vz에서 전류의 변화에 따라 전압이 일정

    하다.

   

(나)가변용량 다이오드 (Variable capacitance diode)                                              

   

        

   

   

  

   

   -역방향 전압이 가해진 pn접합 -->콘덴서(정전용 량) 기능

    을 가짐--> 에 비례

   -역방향 직류전압으로 정전용량 변화시킴

  -용도 : FM 수신기, TV수신기의 국부발진기

    LC발진기의 C값 가변시킴

   

(다) 터널다이오스(tunnel diode)

   

   

  

-불순물 농도 매우 크게-->공핍층(공간전하영

  역)이 좁다.

-부성저항 특성-그래프에서 ⓐⓑⓒ로 변화 

  하는 과정

-용도 : 극초단파 발진기, 고속스위칭 회로

   

(라)발광다이오드 (LED light emitting diode)                                                       

   

     

   

   

  

 -순방향 전압인가-->발광

 -특징 : 수명이 길다,  소비전력이 적다, 응답속도가 빠르다, 여러 가지 색

            을 얻을 수 있다.

-용도 : 각종조명기구, 자동차 디지털계기 표시장치

(2) 트랜지스터 (transistor)

[1]트랜지스터의 구성과 동작

  

   

 [2]트랜지스터 동작                                                                                        

   

1) 전원연결

    -켈렉터 단자 +5100 [V] 이미터기준

    -베이스 단자에 (-) 전압

    -컬렉터 접합 -->역방향 전압

    -이미터 접합 -->순방향 전압

2) 베이스층

    -다수반송자(정공)을 적게한다(npn형 기준)

    -폭을 매우좁게 만듬

3) 작용

     이미터전자->순방향전압에 의해-> 베이스

     로 확산 ->베이스에는 정공이 적어->베

     이스로 확산된  전자가 ->컬렉터 접합에 도

     착->컬렉터에 걸린 강한 역 전압에 의해 전

    자는 컬렉터 쪽으로 급격히 이동-> 큰 전류

     흐름

4) 베이스 전류 : 베이스 영역에 유입된 전자에

    의해 정공과 재결합이 부분적으로 일어나므

    로 약간의 전류흐름

   

[3] 회로소자에서의 트랜지스터 동작

  

 -베이스 IB 전류(수도밸브)

    -->Ic 전류제어 (물)

 -작용 : 증폭, 발진, 변조, 검파

   

[4]트랜지스터의 증폭작용                                                                                 

   

   

α: 베이스 공통 전류증폭율 ( 0.99 )

β: 이미터 공통 전류증폭율 ( 100 ) 5001000

ICBO : 컬렉터 접합의 누설전류

IE : 이미터 전류

IC =αIE + ICBO

IE = IE + IC

위 두식에서 ▶ IC = β·IB -(β+1) ICBO

※  α를 "0.99"로하면 β는100이 되고 α가 "1"에 가까울 수록β는 커지며 β가 5001000에 달하는

    트랜지스터도 있다.

[5]트랜지스터의 전기회로적 특성

     -트랜지스터의 표준동작(직류동작)

     컬렉터 전압 3100 [V]=>역방향 전압인가

     이미터 전압 12 [V]=>순방향 전압인가

       IC =αIE ==>α = 0.99--

       IC = β·IB ==>β=50500

    -교류동작 ic, ie, ib ==>직류동작과 같이 α,β 관계가 이루어 진다.

   

     ● 아래 표에서 각 회로별로 전류증폭율 및 임피던스, 용도를 잘 알아두자

   

◎트랜지스터의 형명 표시법                                                                                  

   

  

의 숫자 : 반도체의 접합면수

(0 : 광트랜지스터, 광다이오드, 1 : 각종 다이오드, 정류기, 2 : 트랜지스터, 전기장 효과 트랜지스터, 사이리스터, 단접합 트랜지스터, 3 : 전기장 효과 트랜지스터로 게이트가 2개 나온 것).

S는 반도체(Semiconductor)의 머리 문자.

의 문자 : A,B,C,D 등 9개의 문자

(A : pnp형의 고주파용, B : pnp형의 저주파형, C : npn형의 고주파형, D : npn형의 저주파용, F : pnpn사이리스터, G : npnp 사이리스터, H : 단접합 트랜지스터, J : p채널 전기장 효과 트랜지스터, K : n채널 전기장 효과 트랜지스터)

의 숫자 : 등록 순서에 따른 번호. 11부터 시작.

의 문자 : 보통은 붙지 않으나, 특히 개량품이 생길 경우에 A, B, …, J까지의 알파벳 문자를 붙여 개량 부품임을 나타냄.

예) 2SC316A npn형의 개량형 고주파용 트랜지스터

   

[6]트랜지스터의 종류

가)전계효과 트랜지스터 (FET field effect transistor)                                              

   

    1) 작용 : 전기장에 의한 전류제어 -->게이트 전압에 의해 -->증폭작용을 한다.

   

기호

p 채널

n 채널

극성

접합형

D : 드레인

S : 소 스

G : 게이트

MOS형

  

   

   

나) 단일접합 트랜지스터 UJT(unijunction transistor)                                              

   

   

   

   

  

-더블베이스 다이오드

-부성저항 특성이 있다

-용도 : 저주파 및 중간주파 범위 스위칭 소자

             SCR게이트 펄스용 트리거 소자

   

(3) 사리스터 thyristor

    - pnpn 4층구조의 반도체

    - 실리콘 제어 정류기

    < SCR : silicon controlled rectifier >                                                                       

   

   

   

  

[1] 동작원리

   

1) 구조

  A : 양극 ( 애노드 anode )

   K : 음극 ( 캐소드 cathode )

   G : 게이트 gate

 2) 작용

     - J1, J3에 순방향 전압 , J2에 역방향 전압(공핍층 증가)

     - 게이트에 (+)전압 인가 --> A-K 도통 (VBO 전압에서) 그림그래프 참조 -->통전상태

        -->턴 온 (Turn-ON)=점호

          

 3) VBO = 브레이크 오버 전압

 4) 브레이크 오버에 이르기까지 상태 : 순방향 저지  

 5) 통전시 사리스터 전압강하 12 [V]

 6) 통전상태 유지

     -게이트 전류와 무관

     -A-K사이 전류 수십[mA]이상 순방향이면 유지

 7) 턴 오프(Turn-Off) : 소호

     -A-K사이 전류 수십[mA]이하로 떨어지면 off

     -A-K사이 순간적인 역전압 인가

 8) 특성

     -소형이며, 경량이다

     -고속동작, 제어가 용이,

 9) 용도

     -개폐장치 (작은 전압으로 큰 전압 제어)

     -전력변환 소자

     -교류출력제어

  

   

[3] 다이액소자 (Diac)                                                                                                 

   

  

 1) 구조 : SCR을 2개 역병렬로 접속한 형태

 2) 작용

    - SCR-->순방향으로 작용

    - 다이액--> 양방향으로 작용 ==>교류제어

    - T1, T2 양방향에서 통전시킬 수 있음

 3) 용도

    -과전압 보호용

    -트리거 소자

   

[4] 트라이액 (Triac triode Ac switch)                                                                           

   

  

 1) 구조

   - 5층의 쌍방향성 소자

   - SCR을 역병렬로 접속하고 게이트 만듬

 2) 특징

   - 주 전류 양방향으로 흐름

   - 게이트 전류 양, 음 어는 전류에도 트리거

     됨

   - 교류전력 제어에 편리

 3) 용도

   -중, 소 교류전력 제어

   -위상 제어

   - ON/OFF 제어

   

 (4) 집적 회로(P80)                                                                                                   

   

   집적회로(IC)는 다이오드, 트랜지스터, 저항기, 콘덴서 등이 연결된 회로를 하나의 칩으로 구성한 한 개의 칩 안에

능동소자와 수동소자를 조합, 전자회로를 구성한 것이다.

※ IC의 장점

      초소형화 및 경량화

      신뢰성과 경제성 향상

      고속화

      기능의 단위 부품화

      사용의 편리함

1) IC의 종류

   

명 칭

소 자 수

소규모 집적회로(SSI)

100개 정도

중규모 집적회로(MSI)

1001,000개 정도

대규모 집적회로(LSI)

10,000개 정도

초대규모 집적회로(VLSI)

100,000개 정도

   

디지털 IC

논리용 IC

바이폴라 IC

TTL IC 등

  

  

MOS IC

CMOS IC, PMOS IC 등

  

메모리 기억용 IC

ROM, RAM

  

가) ROM(read only memory)

     전원이 차단되어도 기억 내용을 유지하는 IC 이며, 그 내용을 변화시킬 수 없다.

     mask ROM, PROM, EPROM 등이 있다.

나) RAM(read available memory)

    전원이 차단되면 기억 내용이 모두 지워지는 IC 이며, 데이터를 비순차적으로 읽고 쓸 수 있다.

    SRAM과 DRAM 이 있다.

    ▶ DRAM의 특징 : 회로가 간단하여 전력 소모가 적고, 작동 속도가 빠르며, 집적도가 높고,

                               가격이 저렴하여 대용량 기억장치에 주로 쓰인다.

2) IC의 특징

   소형의 가벼운 전자기기를 만들 수 있다.

    신뢰성이 높다.

    비용이 저렴하다.

    회로가 간단하게 된다.

    신호전달이 신속하다.

(5) 그 밖의 소자                                                                                                   

   

  1) 진공관 (p83 그림 참조) : 진공 중에서 전자의 운동을 이용하는 장치

   * 음극(cathode; K) : 전자 방출                                                                                 

   

   * 양극(plate; P) : 전자를 모음

   * 그리드(gride; G) : 전자의 이동을 제어함

   * 히터(heater; H) : 음극을 가열

    2극관과 3극관이 있으며 2극관은 정류작용을 하며 3극관은 증폭작용을 한다.

    3극 진공관의 문제점을 보완하여 제2그리드(스크린 그리드), 제3그리드(서프레서그리드)를 추가하여

        5극관으로 만들어 사용한다.

    각 그리드 작용 : 그림참조

    5극 진공관 작용 : 증폭, 발진, 변조, 검파 작용을 한다

2) 광전지 소자(p83 그림 참조)

  p형과 n형의 접합면에 빛을 쬐면 가전자와 정공이 분리되며 이들 숫자가 서로 달라 전위차가 생겨서 전원을 얻게된다(광전지)

   

종류 : pn접합형 광전지, 셀렌 광전지, 점접촉형 광전지, 태양전지

   3) 포토 트랜지스터(p83 참조)                                                                           

   

  npn 광 트랜지스터는 베이스는 투명한 창이며 이미터와 컬렉터       단자가 있다. 투명한 창(베이스)으로 빛이 들어오면 컬렉터와       이미터 사이에 큰 전류가 흐르게 된다.

         빛의 양에 따라 전류의 흐름을 제어할 수 있다.(빛의 양이

      많아지면 전류의 흐름도 커진다)

   

 ▶ 광감도 : 셀렌 광전지의 300~1000배 (즉 빛에 민감하게 작용한

                  다)

 ▶ 용도 : 광전변환소자

              (빛의 에너지를 전기에너지로변환 ) = TV 촬영 카메라

4) 열전 소자(p84 참조)

   

    펠티어 효과(peltier effect) 와 제베크효과 (Seebeck effect)를 이용한 소자         

   

 펠티어 효과

  금속, 반도체를 접속한 두 점사이에 폐로

      를 구성. 전류를 흘리면 한쪽은 열을 발

      생하고, 다른 쪽은 열을 흡수하는 현상.

 ▶ 용도 : 전자냉각

제베크효과

 2종의 금속 또는 반도체를 폐로가 되게

       접속하고, 접속한 2점 사이에 온도차를       주면 기전력이 발생하여 전류를 흘리는       현상

 ▶ 용도 : 100 ℃로 하면, 4.24 mV의 기전력

      이 생김 : 열전발전이 연구되고 있음

 5) 서미스터(p84 참조)                                                                                       

   

 ▶ 일반적인 금속과는 달리, 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항온도계수(負抵抗溫度係數)의 특성을 가지고 있는데 이것을 NTC(negative temperature coefficient thermistor)라 한다. 구조적으로 직열형(直熱形) ·방열형(傍熱形) ·지연형(遲延形)으로 분류되는데, 외형은 깨알만한 것에서부터 동전 크기만한 것까지 여러 종류가 있다.

 ▶ 재료 : 코발트, 니켈, 망간, 철, 구리, 티탄의 합금

 ▶ 용도 : 체온계 ·온도계 ·습도계 ·기압계 ·풍속계 ·마이크로파전력계 등의 측정용이나 통신장치의 온도에 의한 특성변화의 보상, 통신회선의 자동이득조정 등 이용분야는 넓다.

6) 배리스터(p84 참조)

   

 ▶ 양 끝에 가해지는 전압에 의해서 저항값이 변하는 비선형(非線形) 반도체 저항소자. 전압이 상승하면 저항값도 증가하여 전류의 흐름을 저지한다.

배리어블 레지스터(variable resistor)의 약칭이다. 가해지는 전압의 극성에 관계없이, 전압의 크기만에 의해 저항이 정해지는 대칭형 배리스터와, 가해지는 전압의 극성에 의해서 달라지는 비대칭형 배리스터가 있다.

▶재료 :비대칭형 배리스터는 셀렌 ·게르마늄 ·실리콘 등의 반도체다이오드가 유용되며, 또 대칭형에는 실리콘카바이드나 비대칭형을 2개 조합해서 사용한다.

▶용도 : 전기접점(電氣接點)의 불꽃을 소거하거나 반도체 정류기 ·트랜지스터 등의 서지전압(surge voltage)으로부터의 보호에 사용한다.

                                                                                                                             

   

   

   

출처: <http://jojo.namoweb.net/elec-5/semi/semicon.htm>

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