Kapalı ortam hava kalitesinin belirlenmesi için sensörlerin geliştirilmesi

Son yıllarda dünyada ve ülkemizde artan sosyal faaliyetler, kalabalık insan kitlelerinin kapalı mekanlarda uzun süre bir arada bulunmalarını gerektirmektedir. Bunun sonucu olarak ortam havasının tazeliği, ortamdaki nem ve CO2, NO2 gibi gazların miktarları bilinmediği için gelişigüzel olarak klimalar ve havalandırma sistemleriyle sağlanmaya çalışılmaktadır. Bu ise kapalı ortamlardaki insanların rahatını ve verimini etkilemektedir. Kapalı ortamlar için, klima ve doğal havalandırma sistemlerinin bulunduğu mekanik havalandırmalı binalarda hava kalitesi; sıcaklık, nem ve CO2 gibi etkenlerin ölçülmesiyle belirlenebilir ki, son yıllarda araştırmalar bu yöndedir [1]. Gaz sensörleri, gaz ile algılayıcı yüzey arasındaki kimyasal etkileşimi giriş sinyali olarak alıp, bir elektriksel veya optik çıkış sinyaline çevirir. Temelde bir gaz sensörü kimyasal algılayıcı yüzey ve optik veya elektriksel sinyal üreten transduser'dan ibarettir. Gaz sensörleri kimya, gıda, otomotiv gibi farklı sanayi alanlarının yanı sıra insan rahatının ön planda olduğu günümüzde gerek dış atmosfer gerekse iç atmosfer havasının denetiminde kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle ölçümlerde hassas ve güvenilir olmaları nedeniyle kapalı ortam hava kalitesinin değerlendirilmesinde gaz sensörlerinin önemi anlaşılmıştır. Bu gaz sensörleri sayesinde daha hassas ve objektif sonuçlar elde edilmiştir.Bu çalışmada, TiO2-MnO seramiklerinden sentezlenen algılayıcı kısmın, metal etrafında daldırma yöntemiyle oluşturulmasıyla elde edilen silindirik şekilli aynı tür, fakat üretim aşamasındaki tavlama sıcaklığı farklı (100 0C, 200 0C, 300 0C, 400 0C, 500 0C, 6000C, 1000 0C) yedi adet bulk malzeme nem sensörü olarak kullanılmıştır. Öncelikle bulk seramik sensörlerin, oda sıcaklığında vakumda -2,+2 volt arasında 0,1 volt değişen gerilimde akım-gerilim (I-V) ölçümleri yapılmış daha sonra oda sıcaklığında ve oda neminde yine -2,+2 volt arasında 0,1 volt değişen gerilimde yapılan akım-gerilim (I-V) ölçümleri sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar bulk malzemelerin iletkenliklerinin nemle büyük ölçüde değiştiğini göstermiştir. Sensörlerin ohmik özellik gösterdiği ve histeresise sahip oldukları tespit edilmiştir. Sensörlerin histeresis genişliklerinin ve duyarlılıklarının üretim aşamasındaki tavlama sıcaklığı ile ters orantılı olarak azaldığı gözlenmiştir. Histeresis etkisi, tavlama sıcaklığı en düşük olan (100 0C, 200 0C) sensörlerde en büyük, tavlama sıcaklığı en büyük olan (1000 0C) sensörde ise en düşük olarak tespit edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon amacıyla yapılan diğer ölçüm frekansa bağlı empedans ölçümüdür. (ac ölçümleri) Bu ölçümler ise üç farklı nem ortamında (% 18, % 48 ve % 90 bağıl nem), 250 mV sabit genlikli 40 Hz-100 kHz arasında farklı frekans değerlerinde sinyaller uygulanarak yapılmıştır ve her bir sensöre ait eşdeğer devre tayin edilmiştir. Sensörlerin empedanslarının bağıl nemle değiştiği ve iletkenliklerinin frekansla arttığı görülmüştür. Nem konsantrasyonuna bağlı akım-zaman (I-t) ölçümleri ile cevap ve geri dönüş süreleri belirlenen bu bulk malzemelerin yüksek duyarlılığa sahip nem sensörleri olduğu tespit edilmiştir. Kapalı ortam hava kalitesindeki diğer etken CO2'in belirlenmesi için yapılan ölçümlerde, sensörlerin iletkenliklerinin CO2 konsantrasyonu ile değişmediği görülmüştür. Bu ise gerçekte sensör parametrelerinden seçicilik açısından istenen bir durumdur.Yapılan ölçümler ve değerlendirmelerden; kapalı ortam hava kalitesinin belirlenmesi için, doğru, ucuz ve hızlı şekilde öncelikle bilinmesi gereken nem miktarının bahsedilen sensörlerle belirlenebileceği gösterilmiştir. Bu sensörlerin, sensör parametrelerine uygun ve maliyetlerinin düşük olmaları da oda sıcaklığında kapalı ortam hava kalitesinde önemli bir etken olan nemin belirlenmesi için tercih edilecek sensörler olduğunu ispatlamıştır. Haziran , 2002 Mustafa ASLANABSTRACTIMPROVEMENT OF SENSORS TO DETERMINE INDOOR AIR QUALITY Recently, the increase in the social activities in our country and in the world forces the crowds to spend more time indoors. As a result of this,people use airconditions in order to keep the air clean. However, they are unaware of the gases (CO2, NO2) or the humidity in the air. This situation affects badly to the productivity and the comfort of those who live indoors. Recent researches show that indoor air quality of the buildings where air condition and ventilation systems are used to maintain clean air can be assessed with the help of sensors which controls heat, humidity and CO2.Gas sensors takes the chemical interaction between the gas and sensitive layer as an input signal and turns it into an electrical or optical output signal. On the basis a gas sensor is nothing more than a chemical sensitive layer or a transducer which produce electrical or optical signals. Gas sensors are used to control inner and outer air quality where human comfort is considered priority and it is also used in chemical, automotive and food industry. Because they are sensitive and reliable, gas sensors are considered vital in assessing indoor air quality. With the help of these gas sensors , more sensitive and objective results are taken.In this study bulk materials obtained from TiO2-MnO ceramics were used as humidity sensors. Sensors which have cylindirical figures were obtained around the metal with diving method and were tempered at seven different temperatures. (100 0C, 200 0C, 300 0C, 400 0C, 500 0C, 6000C, 1000 0C) First , current-voltage measurements were taken under room temperature and vacuum , and later this measurements taken were compared to the results taken under room temperature and room humidity. These results show that resistence of bulk materials change greatly under humidity. It has been observed that sensors showed ohmic characteristics and had hysteresis. We have seen that hysteresis width of the sensors and sensitivitiy fell with baking heat in productivity period. Bulk materials were defined recovery and response times with concentration dependent current-time measurements. Also these materials have high sensitivity.Sensors conductivities didn't change with CO2 concentration. Altough these sensors aren't sensitive for CO2 they are sensitive for humidity and this is a good situation for sensor selectivity. From the results of these measurements and the assesments , we have shown that the humidity proportion which is important to define indoor air quality can be detected in a true , cheap and fast way with the help of aforementioned sensors. Because these sensors correspond to sensor parameters and have low costs, they are proved to be the best sensors to detect humidity which greatly affects indoor air quality. June, 2002 Mustafa ASLA