MQ 시리즈 반도체식 가스 센서

MQ 시리즈 가스 센서(반도체식 가스 센서)

MQ 시리즈 센서는 공기 중의 특정 가스나 연기를 감지하는 저렴한 반도체식 가스 센서입니다. 내부에 히터가 있어 가열되면 대상 가스가 특정 가스가 표면에 흡착될 때 발생하는 전기 저항의 변화를 이용해 가스 농도를 측정하는 반도체식 가스 센서 이며 이를 통해 아날로그 전압 값으로 가스 농도를 측정합니다. 아두이노 등과 연결하기 쉽게 모듈 형태로 많이 쓰입니다

센서의 핵심 구조는 크게 외부 보호부, 내부 감지부, 그리고 하단 핀 구조로 나뉩니다.

주요 MQ 센서 종류

MQ-2: LPG, 부탄, 메탄, 프로판, 연기 등 범용 가연성 가스

MQ-3: 알코올, 에탄올

MQ-4: 메탄, 천연가스, CNG

MQ-5: LPG 및 천연가스

MQ-7: 일산화탄소(CO)

MQ-8: 수소 가스

MQ-9: 일산화탄소(CO), 가연성가스

MQ-131: 오존

MQ-135: 공기질 측정 (CO2, 암모니아, 벤젠 등)

MQ-136: 황화수소(H2S)

MQ-137:암모니아(NH3)

MQ-138: 벤젠,톨루엔,알코올,아세콘,프로탄,프롬알데히드, 수소

MQ-214: 메탄

참고: https://robu.in/mq-series-gas-sensor/

출처:https://en.freesky558.com/a/1086.html

센서 감지 가스및 측정범위((https://en.freesky558.com/a/1086.html)

MQ 시리즈 가스 센서(MQ-2) 구조 및 재료

MQ-2 센서 구조 및 재료(https://en.freesky558.com/a/1086.html) — MQ-2 센서 구조 및 재료(**https://en.freesky558.com/a/1086.html**)

클램프 링(Clamp Ring) - 클램프 링은 센서의 금속 메쉬와 내부 부품을 고정합니다. 이를 통해 구조가 안정적으로 유지되고 작동 중 모든 구성 요소가 정렬된 상태를 유지합니다.

방폭망(금속망,Anti-Explosion Network (Metal Mesh) ) - 이 스테인리스 스틸 망은 센서 내부에서 발생하는 스파크가 외부의 가연성 가스에 불이 붙는 것을 방지합니다. 또한 먼지와 이물질로부터 센서를 보호하는 필터 역할도 합니다.

연결 핀( Connecting Legs (Pins) - 이 핀들은 MQ-2 센서와 외부 회로 간의 전기적 연결을 제공합니다. 여기에는 히터 핀(H)과 가스 감지 출력용 신호 핀(A 및 B)이 포함됩니다.

감지 소자(Sensing Element) - 감지 소자는 MQ-2 센서의 핵심입니다. LPG, 메탄 또는 연기와 같은 가스에 노출되면 전기 저항이 변하여 가스를 감지할 수 있습니다.

산화알루미늄(Al₂O₃) 기반 세라믹 - 이 세라믹 튜브는 감지 소자와 히터를 지지합니다. 뛰어난 전기 절연성을 제공하며 작동 중 고온을 견딜 수 있습니다.

이산화주석(SnO₂) 코팅 - SnO₂ 층은 가스 감지 소재입니다. 가스 분자가 이 코팅과 상호 작용하면 전도도가 변하고, 센서는 이를 전기 신호로 변환합니다.

니켈-크롬 가열 코일(Nickel-Chromium Heating Coil) - 가열 코일은 감지 소자의 온도를 최적 작동 범위까지 높여줍니다. 정확하고 안정적인 가스 감지를 위해서는 적절한 가열이 필수적입니다.

백금선(Platinum Wires) - 백금선은 감지층과 히터를 외부 핀에 연결합니다. 백금은 안정성이 매우 높고 열과 부식에 강하기 때문에 사용됩니다.

테스트 회로

MQ 가스 센서 테스트 회로는 센서에 전원이 공급되는 방식과 가스 감지 저항이 측정 가능한 전압으로 변환되는 과정을 보여줍니다. 이 회로는 크게 히터 회로와 신호(감지) 회로의 두 부분으로 나뉘며, 각 부분은 가스 감지를 정확하게 수행하는 데 중요한 역할을 합니다.

히터 회로는 VH 전원을 사용하여 내부 히터(H-H 핀)에 전원(5VDC)을 공급합니다. 이 히터는 감지 물질의 온도를 높여 가스 분자가 감지 물질과 반응할 수 있도록 합니다. 이 가열이 없으면 센서가 가연성 가스에 제대로 반응하지 않습니다. 히터 회로는 접지(GND)를 기준으로 전원 경로를 완성합니다.

테스트 회로 - 센서 내부 구성 및 부하저항(https://en.freesky558.com/a/1086.html)

감지 회로는 내부 감지 저항(Rs, A핀과 B핀 사이)과 외부 부하 저항(RL)으로 구성됩니다. 공급 전압(Vc)이 이 직렬 연결에 인가됩니다. 가스 농도가 변하면 Rs의 저항값이 변하고, 이에 따라 RL 양단의 전압도 변합니다.

출력 전압(VRL)은 부하 저항 RL 양단에서 측정됩니다. 가스 농도가 증가함에 따라 일반적으로 부하 저항 Rs는 감소하고, 이에 따라 VRL(출력전압)이 상승합니다. 이 전압은 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력으로 읽거나 가스 감지를 위한 임계값과 비교하는 데 사용할 수 있는 신호입니다.

아두이노 연결(https://en.freesky558.com/a/1086.html)

아두이노의 A0 핀에서 측정되는 전압((VRL)은 센서 저항((RS)과 부하 저항(RL)의 전압 분배 법칙에 의해 결정됩니다.

R0 (깨끗한 공기 일때의 RS저항값을 R0로 정의(데이터 쉬트확인 필요, 센서마다 기준값이 다름)

RS(저항변화) = [(VC x RL) / VRL] - RL

농도계산을 위한 오픈소스 라이브러리

MQ 센서용 통합 라이브러리를 소개합니다. 이 라이브러리를 사용하면 MQ2, MQ3, MQ4, MQ5, MQ6, MQ7, MQ8, MQ9, MQ131, MQ135, MQ303A, MQ309A 등의 MQ 센서 신호를 Arduino, Genuino, ESP8266, ESP-32 보드에서 쉽게 읽을 수 있습니다.

주요 특징 및 주의점

동작 전원: 보통 5V 전원이 필요하며 내부 히터 때문에 동작 시 센서가 따뜻해집니다.

출력 방식: 아날로그(A0) 출력과 감도 조절이 가능한 디지털(D0) 출력을 동시에 지원합니다.

예열 시간: 정확한 측정을 위해 전원 인가 후 몇 분 이상의 예열(Stabilization) 시간이 필요합니다

정밀도 개선:

온습도 보정알고리즘 추가: MQ 센서는 주변 온도와 습도 변화에 매우 취약합니다. 데이터시트의 온습도 보상 그래프를 바탕으로 다항식을 만들어 Rs 값을 한번 더 보정해주면 오차가 크게 줄어듭니다.
이동 평균 필터 (Moving Average Filter): 아날로그 신호 특성상 튀는 값이 발생하므로, 최근 10~20개의 측정값을 평균 내어 PPM을 출력하면 안정적인 가스 모니터링 시스템을 구축할 수 있습니다.

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