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1. 개요 (Overview)
NevadaNano의 MPS™(Molecular Property Spectrometer) Flammable Gas Sensor 5.0은 가연성 가스 감지를 위한 차세대 센서로, TrueLEL™ 기술을 통해 15종 이상의 가연성 가스(수소 포함)를 단일 공장 캘리브레이션으로 0-100% LEL 범위에서 정확히 측정합니다. 유지보수가 필요 없으며, 드리프트, 포이즌, 노화가 없고, 환경 보상(온도, 압력, 습도)이 내장되어 있습니다. 본 보고서는 센서의 기술적 사양, 인터페이스, 인증, 적용 분야를 상세히 기술합니다.
2. 주요 특징 (Key Features)
- TrueLEL™ 기술: 단일 공장 캘리브레이션으로 15종 이상 가스(수소 포함) 측정, 현장 캘리브레이션 불필요 (No field calibration required).
- 포이즌 면역: 화학적 포이즌 및 포화에 강함 (Immune to poisoning and saturation).
- 환경 보상: 온도(-40°C~75°C), 습도(0-100% RH), 압력(80-120 kPa) 실시간 보상 (Built-in compensation for temperature, humidity, pressure).
- 자체 진단: 2초마다 자동 점검, 오류 발생 시 즉시 보고 (Self-diagnostic every 2 seconds).
- 긴 수명: 15년 이상(62년 MTTF 60% 신뢰도, 19년 99% 신뢰도) (Sensor life >15 years, MTTF 62 years at 60% confidence).
- 낮은 전력: 평균 29mW, 저전력 애플리케이션 적합 (Low power, 29mW average).
- 본질 안전: ATEX, UL, IECEx, CSA 인증 (Intrinsically safe, globally certified).
- 가스 분류: 6개 가스 카테고리 자동 분류(수소, 수소 혼합물, 메탄/천연가스, 경량/중량/무거운 가스) (Automatic gas classification into 6 categories).
- 오류 감소: 오탐지 및 미탐지 최소화 (Reduced false positives and negatives).
3. 기술 사양 (Technical Specifications)
3.1 측정 성능 (Measurement Performance)
| 항목 (Item) | 사양 (Specification) |
|---|---|
| 측정 가스 (Gas Type) | 가연성 가스 15종(수소, 메탄, 프로판, 부탄 등) (Flammables: Hydrogen, Methane, Propane, Butane, etc.) |
| 측정 범위 (Measurement Range) | 0-100% LEL |
| 정확도 (Accuracy) |
|
| 해상도 (Resolution) | 0.1% LEL |
| 응답 시간 (Response Time, T90) | < 20초 (<20 seconds) |
| 측정 주기 (Measurement Rate) | 2초 (2 seconds) |
| 캘리브레이션 (Calibration) | 공장 캘리브레이션, 현장 캘리브레이션 불필요 (Factory calibrated, no field calibration) |
| 웜업 시간 (Warm-Up Time) | 20초 (20 seconds), 시작 시 32초 내 가스 감지 (Gas detection within 32 seconds) |
3.2 환경 조건 (Environmental Operating Range)
| 항목 (Item) | 사양 (Specification) |
|---|---|
| 온도 (Temperature) | -40°C ~ 75°C (-40°F ~ 167°F) |
| 습도 (Humidity) | 0-100% RH (비응결, Non-condensing) |
| 압력 (Pressure) | 80-120 kPa |
| 환경 보상 (Compensation) | 실시간 온도, 습도, 압력 보상 내장 (Built-in real-time compensation) |
3.3 전기적 특성 (Electrical Specifications)
| 항목 (Item) | 사양 (Specification) |
|---|---|
| 입력 전압 (Voltage Input) | 3.3-5.0V ±5% VDC |
| 최대 전류 (Max Current) | 5.0-21.0 mA (운영 범위, Operating Range) |
| 평균 전력 (Average Power) | 29mW |
| 출력 (Outputs) |
|
| 디지털 입출력 (Digital I/O) | 3핀 또는 5핀 (3 or 5-pin configurations) |
3.4 물리적 특성 (Physical Specifications)
| 항목 (Item) | 사양 (Specification) |
|---|---|
| 치수 (Dimensions) | 16.6mm (높이, H) x 20.0mm (지름, L) |
| 무게 (Weight) | 8.0g ±0.5g |
| 소재 (Body Material) | Ultem PEI |
| 폼 팩터 (Form Factor) | S4(본질 안전), Mini(비 ATEX, IoT용) (S4: Intrinsically safe, Mini: Non-ATEX for IoT) |
| 장착 (Mounting) | Mill-Max 9401-0-15-15-23-27-10-0 또는 0384-0-67-80-23-27-10-0 소켓 사용, 납땜 금지 (Use Mill-Max sockets, no soldering) |
3.5 수명 및 보증 (Lifespan and Warranty)
| 항목 (Item) | 사양 (Specification) |
|---|---|
| 센서 수명 (Sensor Life Expectancy) | 15년 이상 (>15 years, MTTF 62 years at 60% confidence) |
| 보증 (Warranty) | 2년 (2 years) |
4. 지원 가스 및 분류 (Supported Gases and Classification)
MPS 센서는 15종 이상의 가연성 가스를 감지하며, 분자량과 밀도에 따라 6개 카테고리로 분류합니다.
| 카테고리 (Category) | 평균 분자량 (Avg. Molecular Weight) | 밀도 (Density) |
탄소 수 (Typical # Carbons) |
대표 가스 (Example Gases) |
|---|---|---|---|---|
| 클래스 1: 수소 (Hydrogen) | 2.0 g/mol | 0.09 kg/m³ | 0 | 수소 (Hydrogen) |
| 클래스 2: 수소 혼합물 (Hydrogen Mixture) |
1-14 g/mol | 0.1-0.6 kg/m³ | 다양 (Varies) | 수소 혼합물 (Hydrogen Mixture) |
| 클래스 3: 메탄/천연가스 (Methane/Natural Gas) |
16-19 g/mol | 0.6-0.9 kg/m³ | 1-2 | 메탄 (Methane) |
| 클래스 4: 경량 가스 (Light Gas) |
25-75 g/mol | 1.2-2.5 kg/m³ | 1-4 | 에탄, 프로판, 부탄, 이소프로판올 (Ethane, Propane, Butane, Isopropanol) |
| 클래스 5: 중량 가스 (Medium Gas) |
50-120 g/mol | 1.5-4.0 kg/m³ | 2-8 | 펜탄, 헥산 (Pentane, Hexane) |
| 클래스 6: 무거운 가스 (Heavy Gas) |
80+ g/mol | 3.5+ kg/m³ | 6+ | 옥탄, 톨루엔, 자일렌 (Octane, Toluene, Xylene) |
지원 가스: 부탄(C4H10), 에탄(C2H6), 수소(H2), 이소부탄(HC(CH3)3), 이소부틸렌(C4H8), 이소프로판올(C3H8O), 메탄(CH4), 메틸에틸케톤(C4H8O), 옥탄(C8H18), 펜탄(C5H12), 프로판(C3H8), 프로필렌(C3H6), 톨루엔(C7H8), 자일렌(C8H10) 등.
5. 인터페이스 및 통신 (Interface and Communication)
- UART: 38400 보드, 8비트, 패리티 없음, 1 정지 비트, 3.3V 로직 레벨 (UART: 38400 baud, 8-N-1, 3.3V logic).
- 아날로그 출력: 0.4-2.0V (0-100% LEL), 선택적 (Analog: 0.4-2.0V for 0-100% LEL, optional).
- 명령어: 12개 UART 명령어(ANSWER, CONC, ID, TEMP, PRES, REL_HUM, ABS_HUM, STATUS, VERSION, SENSOR_INFO, MEAS, RESET).
- 상태 코드: 19개 오류 코드(예: OK, CRC_FAILED, HW_ERR_VDD, SENSOR_STARTUP 등).[]
- CRC: CRC-CCITT(0xFFFF 초기값) 체크섬 사용 (CRC-CCITT with 0xFFFF initial value).[]
6. 인증 및 표준 (Certifications and Standards)
- 본질 안전: ATEX, UL, IECEx, CSA 22.2 인증 (ATEX, UL, IECEx, CSA certified).
- 표준 준수:
- EN 50271: 소프트웨어 안전 및 신뢰성 (Software safety and reliability).
- IEC 60079-29-1 Ed. 2.1 Annex A: 가스 감지 성능 (Gas detection performance).
- 방수/방진: IP66(S4 폼 팩터), Porex PTFE PM21ML 멤브레인 사용 시 무거운 가스 응답 시간 영향 (IP66 for S4, affected by PTFE membrane).
7. 모델 및 변형 (Models and Variants)
| 모델 (Model) | 설명 (Description) | 핀 (Pins) | 폼 팩터 (Form Factor) |
|---|---|---|---|
| MPS003-S40309-EX | 아날로그 출력, 오토 스타트 (Analog Output, Auto Start) | 3핀 | S4 |
| MPS003-S40501-EX | 시리얼 UART 전용 (Serial UART Only) | 5핀 | S4 |
| MPS003-S40505-EX | 시리얼 UART + 아날로그 출력 (Serial UART + Analog Output) | 5핀 | S4 |
| MPS003-S40509-EX | 시리얼 UART + 아날로그 출력, 오토 스타트 (Serial UART + Analog Output, Auto Start) | 5핀 | S4 |
| MPS999-S40000-99 | USB 평가 키트, 소프트웨어 포함 (USB Evaluation Kit, software included, sensor not included) | - | S4 호환 |
시리즈 변형:
- 시리즈 3: 깨끗한 공기에서 시작, 부팅 시 제로 설정 (Start in clean air, zeros on startup).
- 시리즈 4/5: 가연성 가스 존재 시 시작, 제로 설정 안 함, IEC 60079-29-1 준수 (Start in presence of gas, no zeroing, IEC compliant).
8. 적용 분야 (Applications)
- 석유 및 가스 (Oil & Gas)
- 석유화학 (Petrochemical)
- 산업 제조 (Industrial Manufacturing)
- 수처리 및 폐수 처리 (Water and Wastewater)
- 소방 및 위험물 대응 (Fire and Hazmat Response)
- 재생 에너지 (Renewable Energy)
센서는 연결된 작업자 안전 장치, 고정형 가스 감지기, IoT 애플리케이션에 적합합니다.
9. 제한사항 (Limitations)
- 산소 의존성: 정확한 측정을 위해 산소 대기 필요 (Requires oxygen atmosphere for accurate readings).
- 납땜 금지: 센서 핀 납땜 시 보증 무효 (Soldering pins voids warranty, use Mill-Max sockets).
- 방수 멤브레인: Porex PTFE PM21ML 사용 시 무거운 가스 응답 시간 증가 (Increased response time for heavy gases with PTFE membrane).
10. 확장 기능 (Extensibility)
- 데이터 로깅: UART 데이터를 SD 카드 또는 클라우드에 저장 (Log data to SD card or cloud)
- 무선 통신: Wi-Fi/Bluetooth 모듈로 데이터 전송 (Wireless data transmission).
- 고급 경보: 부저, LED, 외부 경보 시스템 통합 (Integrate buzzers, LEDs, external alarms).
- 데이터 분석: 클라우드 기반 분석 또는 로컬 처리 (Cloud-based or local data analysis).
- 디스플레이: LCD/OLED로 실시간 데이터 표시 (Real-time data display on LCD/OLED).
11. 결론 (Conclusion)
MPS Flammable Gas Sensor 5.0은 TrueLEL™ 기술을 통해 15종 이상의 가연성 가스를 정확히 감지하며, 긴 수명, 낮은 전력, 유지보수 불필요, 본질 안전 인증으로 다양한 산업 환경에 적합합니다. UART 및 아날로그 출력, 환경 보상, 자체 진단 기능을 통해 신뢰성과 통합 용이성을 제공합니다.
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