PID 센서에 대하여 - 사용방법 및 교정주기

 

PID(Photo Ionization Sensor)는 가스분자에 UV램프을 이용해 에너지를 가해 전자와 양이온을 분리해 내고 이 정도를 전류의 변화로 감지하여 여러가지 화학물질의 양을 측정해주는 센서입니다. 통상적으로 PID는 VOC(Volatile Organic Compound, 유기증기)에 한정해서 사용한다고 생각하지만 모든 분자가 외부 에너지에 의해 전자와 양이온으로 분리되므로 PID 센서는 VOC에만 반응한다고 말하는 것은 옳지 않습니다.

 

상기 그림은 PID 센서의 작동방법을 단순화해서 설명해줍니다. 가스분자가 PID 센서에 들어오면 UV 램프가 에너지를 가해 가스분자를 양이온와 전자로 분리시킵니다. 그리고 PID 센서 내부의 전극의 + 부분에 전자가 - 부분에 양이온이 부착되어 전류변화를 일으킵니다. 그 후에 다시 가스분자는 전자와 양이온이 재결합되어 PID 센서에 들어오기 전의 가스분자 상태로 복귀되어 배출됩니다.

 

이렇게 생각하면 대기중에 존재하는 산소, 질소, 아르곤과 같은 많은 가스분자들 또한 PID 센서 내에서 양이온과 전자로 분리되어 전류변화를 발생시킬 것 같지만 실제로는 그렇지 않습니다. 모든 가스분자는 전자를 분리하기 위해서 필요한 고유 에너지가 정해져 있습니다. 이것은 가스분자 고유의 물성치로 이온화 에너지라고 불립니다.

 

예를 들어 상기 표에서 Benzene의 경우 8.4eV 이상의 이온화 에너지가 있어야 전자분리가 가능하고, IPA의 경우 10.1eV 의 이온화 에너지가 필요합니다. 우리가 가장 잘 알고있는 가스분자 중 하나인 산소의 경우 이온화 에너지가 12.1eV 입니다. 또한 여기에 나와있지 않은 질소의 이온화 에너지는 15.58eV 입니다. 그런 이유로 통상 PID 센서는 12.1eV 이하의 출력을 갖는 UV 램프를 사용합니다.

 

업계에서 통상적으로 판매되는 PID 센서는 9.8eV, 10.6eV 그리고 11.7eV 이렇게 세종류입니다. 가장 출력이 높은 UV 램프가 가장 많은 가스분자를 이온화시키기 때문에 측정할 수 있는 가스가 가장 많습니다. 하지만 짧은 센서수명과 낮은 이온화에너지를 갖는 가스분자에 대한 감도가 높지 않아 범용적으로는 10.6eV의 PID 센서가 많이 사용됩니다.

 

 

PID 센서가 장착된 가스측정기 제조사들은 고객사가 용이하게 목적에 맞는 PID 센서를 선택할 수 있도록 위와 같은 표를 제공합니다. 여기서 주목해서 봐야 할 것은 제일 마지막에 있는 IE(Ionization Energy)입니다. 측정하고자 하는 가스의 IE 값에 맞춰 PID 센서의 출력을 선택하면 됩니다. Bromoacetylene을 측정하고 싶다면 IE가 10.31 eV 이므로 9.8eV PID 센서는 측정이 안되고 10.6 eV PID 센서를 선택하면 됩니다.

 

한가지 더 주목해야 할 것은 그 옆에 있는 CF(Correction Factor) 입니다. 통상적으로 PID 센서는 이소부틸렌을 이용해서 영점교정을 진행합니다. 이것은 Isobutylene이 PID 센서 감도의 가장 중앙에 위치하기 때문에 Isobutylene 으로 교정된 센서는 대부분의 가스분자를 비교적 정확하게 측정할 수 있기 때문입니다. 하지만 각 가스분자에 대한 PID센서의 감도는 다릅니다. 그래서 Isobutylene 가스로 교정된 PID 센서가 다른 가스를 측정할 경우 일정 보정값이 필요한데 그것에 CF 입니다. 예를 들어 Bromine의 경우 10.6eV 의 PID 센서로 측정할경우 Isobutylene 교정된 값 대비 1.3배를 곱해줘야 정확한 수치가 됩니다. (측정값 100ppm = Bromine 130ppm)

 

PID 센서에 사용된 UV 램프는 시간이 지날수록 광량이 줄어듭니다. 또한 수분이나 오염물질에 의해 램프출력이 100% 발휘되지 않는 경우도 있습니다. 그래서 PID 센서에 한해서는 모든 가스측정기 제조사들이 엄격하게 영점교정을 주기적으로 진행하도록 권장하고 있습니다. 이 교정주기는 모든 제조사에서 6개월 이내로 한정하고 있고 추천되는 교정주기는 1개월입니다.

 

Isobuylene 교정가스를 선택하실 때 한가지 유의하실 점이 있습니다. Isobuylene 가스는 10ppm 과 100ppm 이렇게 통상 두종류를 판매합니다. 이 중 어떤 것을 사용해도 상관없지만 가장 좋은 것은 실제로 고객사에서 측정하고자 하는 농도와 근접한 제품을 선택하는 것입니다. 예를 들어 고객사에서 측정하는 용도가 미세 누출여부를 판별하는 것이라면 10ppm Isobutylene 으로 교정하는 것이 100ppm isobutylene 보다 더 낫습니다.

 

 

PID 센서 관련 교정가스 선정방법 및 제품구매 문의는 전화 070-4786-0861 이나 이메일 5tech@5tech.co.kr 로 부탁드립니다. 또한 저희회사는 가성비가 뛰어난 PID 센서가 내장도니 가스측정기 GMI PS500 제품도 취급하고 있습니다. 저희회사 가스측정기제품 구매고객께는 센서 교체주기 및 사용법 관련 24시간 전화 및 이메일 상담지원서비스를 제공해 드립니다.