MQ-3 가스 센서(MQ-3 gas sensor)의 두 출력을 따로 점검합니다

AOUT과 DOUT은 다른 정보를 전합니다

MQ-3 계열 소자에는 가스를 감지하는 산화주석(tin dioxide, SnO₂) 감응층과 이를 데우는 히터(heater)가 있습니다. 히터는 감지 조건을 만들고, 감응층의 저항은 주변 기체와 사용 조건에 따라 달라집니다. 따라서 전원 표시등이 켜졌다고 해서 감응층이 충분히 예열됐거나 측정이 끝났다고 판단할 수 없습니다.

AOUT(analog output, 아날로그 출력)은 감응 저항과 부하 저항이 만든 전압을 읽는 경로입니다. DOUT(digital output, 디지털 출력)은 그 감지 전압이 설정한 기준 전압을 넘었는지 비교한 결과입니다. DOUT이 두 상태 중 하나로 바뀌어도 AOUT이 특정 알코올 농도를 뜻한다는 증거는 아닙니다. 실제 핀 이름은 보드에 따라 A0·D0처럼 적힐 수 있으므로 물리적 핀 위치는 사용한 모듈의 인쇄와 자료로 확인해야 합니다.

위쪽 경로는 히터와 감응 저항, 부하 저항으로 AOUT 전압을 만들고, 아래쪽 경로는 그 전압을 가변저항 기준과 비교해 DOUT 상태를 냅니다. 그림은 특정 모듈의 실제 핀 순서나 출력 극성을 나타내지 않습니다. — 두 출력이 맡는 역할을 나눈 설명용 그림입니다. 저항의 실제 배치, 비교기 입력 극성, 헤더 핀 순서와 표시등 배선은 사용한 보드에서 확인해야 합니다. · 그림을 클릭하면 확대됩니다.

감응 저항과 임계값을 분리해 봅니다

감응층의 저항을 R_S, 부하 저항(load resistor)을 R_L, 감지 회로에 공급하는 전압을 V_C라고 하겠습니다. 두 저항의 단위는 옴(Ω), 전압의 단위는 볼트(V)입니다. R_S가 전원 쪽이고 R_L이 접지 쪽인 분압기(voltage divider)에서 두 저항의 중간점을 읽는다면 V_AOUT=V_C×R_L/(R_S+R_L)입니다. 여기서 V_AOUT은 AOUT에서 측정한 전압입니다. 이 배선에서는 R_S가 작아질수록 AOUT이 올라갑니다. 다른 배선이나 출력 증폭 회로가 있는 보드에 이 방향과 식을 그대로 적용하지 말고 회로도를 먼저 확인합니다.

LM393 비교기(comparator)가 있는 모듈에서는 가변저항(potentiometer)의 가운데 접점인 와이퍼(wiper)로 기준 전압 V_REF를 조절할 수 있습니다. 비교기는 감지 전압과 그 기준을 비교해 DOUT 상태를 바꿉니다. 가변저항을 돌리는 일은 경보가 바뀌는 기준을 옮기는 작업입니다. 그 조작만으로 AOUT을 농도 단위로 교정할 수는 없습니다.

LM393의 출력 트랜지스터는 출력을 낮은 전압으로 끌어내리거나 출력 핀을 놓아둡니다. 높은 상태의 전압은 풀업 저항(pull-up resistor), 즉 출력 노드를 전원 쪽으로 당기는 저항과 후단 연결이 만듭니다. 비교기의 두 입력 가운데 어느 쪽에 감지 전압이 들어가는지, 풀업이 어느 전압에 연결됐는지에 따라 가스 반응 시 DOUT의 LOW·HIGH 방향이 달라집니다. 표시등도 보드마다 다르게 연결할 수 있으므로 켜짐 상태만으로 극성을 정하지 않습니다.

두 출력을 순서대로 측정합니다

보드부터 식별합니다. 실제 모듈의 형번·실크 인쇄·회로도를 대조해 전원, 접지, AOUT, DOUT 핀을 찾습니다. 그림의 커넥터 번호를 손에 든 보드의 헤더 방향으로 옮겨 적지 않습니다. 모듈 공급 범위와 제어기의 아날로그 입력 허용 전압, DOUT을 받을 입력의 논리 전압을 각각 확인합니다.
예열 뒤 기준 상태를 기록합니다. 사용한 소자와 모듈의 문서에 적힌 공급·예열 조건을 따릅니다. 예열 요구 시간은 소자 변형과 측정 목적에 따라 다르므로 전원 표시등이 켜진 시점을 예열 완료로 보지 않습니다. 환기된 기준 환경에서 AOUT과 DOUT의 전압을 각각 측정하고, 공급 전압·온도·습도도 함께 기록합니다.
임계값 조정을 따로 시험합니다. 주변 기체 조건을 바꾸지 않은 채 가변저항을 조금씩 돌리며 DOUT의 전환 여부와 그때의 AOUT을 기록합니다. DOUT만 전환된다면 감지 전압을 읽는 경로와 비교 기준을 구별할 수 있습니다. AOUT도 크게 움직인다면 가변저항 조정이 감지 경로에도 영향을 주는지 실제 회로도와 전원 변화를 확인합니다.
감지 반응을 따로 시험합니다. 제조사가 허용한 시험 시료와 안전한 시험 조건을 정하고, 같은 조건에서 노출·회복을 반복하며 AOUT 변화와 DOUT 전환 방향을 기록합니다. 노출량·시간·환기·온습도를 함께 남겨야 다른 날의 결과와 비교할 수 있습니다. 이 과정으로 정성적인 반응은 볼 수 있지만 농도 정확도는 확인되지 않습니다.
경보 농도가 필요하면 별도로 교정합니다. 농도가 알려진 기준 기체와 사용한 소자의 교정 절차가 있어야 특정 농도에서 전환되는지 확인할 수 있습니다. 기준 시료와 반복 측정이 없다면 결과를 ‘현재 시험 조건에서 두 출력이 반응함’으로만 기록합니다.

측정 결과로 고장 경로를 좁힙니다

AOUT과 DOUT을 따로 측정했을 때 다음으로 확인할 곳
관찰한 상태	다음 확인
AOUT은 변하는데 DOUT은 고정됩니다.	가변저항의 기준 전압, LM393 입력 연결과 허용 범위, DOUT 풀업·출력 배선을 확인합니다. 경계에 도달하지 않은 것인지도 구분합니다.
AOUT과 DOUT이 모두 변하지 않습니다.	히터 전원과 예열 조건, 감응 소자·부하 저항 연결, 시험 시료와 노출 조건을 차례로 확인합니다.
가변저항을 돌리면 DOUT만 바뀝니다.	비교 임계값의 전환을 확인한 것입니다. 가스 감지나 농도 교정까지 확인한 결과로 쓰지 않습니다.
두 출력 모두 반응합니다.	기준 상태로 돌아오는지 반복해 보고, 전환 방향과 조건을 기록합니다. 정량 경보가 목적이면 알려진 농도의 기준 시료로 다시 검증합니다.

MQ-3 소자만 같은 이름이어도 완성 모듈의 전원, 핀 수, 저항과 표시등 연결은 다를 수 있습니다. 사용한 보드의 회로를 확인하기 전에는 AOUT의 증가 방향이나 ‘알코올이 늘면 DOUT이 LOW가 됩니다’ 같은 상태표를 확정하지 않습니다.