음이온 및 오존 발생기의 발생량음이온 및 오존 발생기의 발생량음이온 및 오존 발생기의 발생량음이온 및 오존 발생기의 발생량

측정을 위한 기술지원측정을 위한 기술지원측정을 위한 기술지원측정을 위한 기술지원

2004 . 8. 312004 . 8. 312004 . 8. 312004 . 8. 31

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국표준과학연구원한국표준과학연구원한국표준과학연구원한국표준과학연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 대동전기 주대동전기 주대동전기 주대동전기 주( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 음이온 및 오존 발생기의 발생량 측정을 위한 기술지원 적용기술� 지

원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다( : 2003. 9. ~ 2004. 8.) .�

2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.

지원기관 기관명 한국표준과학연구원지원기관 기관명 한국표준과학연구원지원기관 기관명 한국표준과학연구원지원기관 기관명 한국표준과학연구원: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 이 세 경대표자 이 세 경대표자 이 세 경대표자 이 세 경( )( )( )( )

지원기업 기업명 대동전기 주지원기업 기업명 대동전기 주지원기업 기업명 대동전기 주지원기업 기업명 대동전기 주: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 김 태 익대표자 김 태 익대표자 김 태 익대표자 김 태 익( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 오 상 협오 상 협오 상 협오 상 협

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 병 문김 병 문김 병 문김 병 문

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용2222

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부 록부 록부 록부 록

- 4 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

농업용 음이온 발생기는 고압의 직류 전원을 사용한 코로나 방전(corona

을 통하여 음이온을 생성하는 장치로서 일반적으로 음이온 외에 오존과discharge)

질소산화물 등이 부산물로 생성되는 것으로 알려져 있다 공기 중에 존재하는 이온.

은 다양한 종류의 대전입자로 구성되어 있으며 화학적 조성과 질량 크기 등이 다, ,

양하며 우주전이나 방사선 등이 공기 분자와 충돌하여 방출된 전자가 다른 공기분

자 질소 산소 이산화탄소 등 에 흡착하여 음이온이 생성되는 것으로 알려져 있다( , , ) .

이 음이온은 주위에 있는 개의 물 분자와 클러스터를 형성하여 안정화된다8 ~ 10

고 한다 그러나 음이온의 존재와 그 효과에 대해서는 아직까지 많은 논란이 있으.

며 최근에는 이에 대하여 국내에서도 연구가 진행되고 있다 특히 건강과 관련하, . ,

여 다양한 종류의 음이온 발생장치가 시판되고 있다.

농업용 음이온 발생기는 비닐하우스와 같은 시설물을 이용하여 농작물을 재배할 때

농작물의 발육을 촉진하고 병충해를 예방하기 위한 목적으로 사용되고 있다 농작.

물에 대한 음이온 발생기의 효과를 확인하기 위해서는 비교적 긴 시간이 필요하고,

또한 그 효과를 과학적으로 입증하기 위해서는 먼저 음이온 발생기 자체의 성능에

대한 기술적 평가가 필요하다 그리고 장기적으로 음이온 발생기의 기능 개선 및.

성능 향상을 위해서는 발생기에서 생성되는 음이온과 오존의 양에 대한 정확한 측

정이 반드시 필요한 상황이다 따라서 본 사업에서는 음이온 발생기의 성능 평가를.

위하여 음이온과 오존의 발생량 측정 기술을 확보하고자 한다.

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고전압에서 발생되는 음이온과 오존은 대기 중에서 불안정하여 쉽게 분해 또는o

환원되므로 음이온과 오존을 높은 농도로 유지하면서 측정할 수 있는 장치 또는 방

법이 필요함

음이온과 오존이 발생될 때 질소산화물 또는o (NO NO2 이 생성될 수 있으며 이) ,

질소산화물은 사람과 식물에 유해하므로 농업용 음이온 발생기에서의 질소산화물

농도의 측정이 요구됨

음이온과 오존의 발생량 측정을 위한 표준화된 측정 기술지원 및 측정 절차서가o

필요함

제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용제 절 기술지원 목표 및 내용2222

음이온의 존재 및 효과에 대해서는 아직까지 알려지지 않은 부분이 많이 있으며,

최근에 와서 여러 가지 연구가 진행되면서 많은 제품들이 개발되고 있다 따라서.

시설 재배 농작물에 대한 음이온 발생기의 효과를 과학적으로 입증하기 위해서는

먼저 음이온 발생기 자체의 성능에 대한 기술적 평가가 필요하며 발생기의 기능,

개선 및 성능 향상을 위해서도 발생되는 음이온과 오존의 양에 대한 정확한 측정이

반드시 필요한 상황이다.

음이온 및 오존 측정법의 자료 조사 및 표준화된 측정법의 기술이전o

음이온 및 오즌 발생부의 구조개선 내구성 항상 및 성능 향상을 위한 측정 데이o ,

터 확보 및 기술적 지원

음이온 및 오존 발생부의 최적 설계를 위한 기술 자문o

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제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용1.1.1.1.

농업용 음이온 발생기에서 발생되는 음이온과 오존 그리고 질소산화물의 농도를,

측정하기 위한 측정 장치를 제작하고 측정법에 대한 기술지원을 하였으며 각 측정,

법에 대한 절차서를 작성하였다 음이온 발생부의 내부 구조 변경 및 개량 그리고,

음이온과 오존의 물성 식물에 미치는 영향 등에 대한 기술지원을 하였다, .

내부 부피가 1 m3인 측정용 챔버를 아크릴 두께 을 사용하여 제작하였으( 10 mm)

며 음이온 측정기 오존 측정기 그리고 데이터 수집 장치 등을 이용하여 음이온과, , ,

오존의 농도를 실시간으로 측정하여 노트북 컴퓨터에 도식화하고 그 결과를 저장,

할 수 있는 프로그램을 으로 작성하였다LabView 7.0(National Instrument, USA) .

가 실험실용 음이온 및 오존 측정 챔버 제작 지뭔 제작기술 지원가 실험실용 음이온 및 오존 측정 챔버 제작 지뭔 제작기술 지원가 실험실용 음이온 및 오존 측정 챔버 제작 지뭔 제작기술 지원가 실험실용 음이온 및 오존 측정 챔버 제작 지뭔 제작기술 지원. ( ). ( ). ( ). ( )

내부 용적- : 1 m3

내부 크기 두께- : 80 × 125 × 100 mm, : 10 mm

재질 투명 아크릴- :

전면 탈착식 고무 오링을 중으로 사용하여 차폐- , 2

나 데이터 취득 장치 제작 기술 제공나 데이터 취득 장치 제작 기술 제공나 데이터 취득 장치 제작 기술 제공나 데이터 취득 장치 제작 기술 제공. ( ). ( ). ( ). ( )

음이온 측정기와 오존 측정기에서 측정되는 값을 실시간으로 그래프로 변환하고

에 저장할 수 있는 프로그램을 를 사용하여 작성하였다 음이온 측정기PC LabVIEW .

는 출력 단자가 없어서 포트를 연결하였으며 오존 측정기의 출력단자에RS-232C ,

서 나오는 전압은 를 사용하여 와 연결하기 위하여data acquisition card PC

를 사용하였다USB-26(Eagle technology) .

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은 일반적인 와 다르게 를 의USB-26 data acquisition card card PC mother board

의 아 삽입하지 않고 포트를 연결하여 쉽게 사용할 수 있는 장치로서slot USB 8

개의 채널을 측정할 수 있다 본 프로그램에서는 오존 측정 장치를 포함하여 개. 2

의 채널을 사용할 수 있도록 프로그램 하였으며 초기화면은 그림 에 나타내었다1 .

데이터 취득은 일정한 시간 간격으로 작동되도록 하였으며 최소 초 단위로 데이터1

취득이 가능하며 측정된 데이터는 텍스트 형식으로 저장되므로 엑셀 프로그램을, ,

사용하여 쉽게 취급할 수 있도록 하였다.

데이터 취득 프로그램의 초기 화면데이터 취득 프로그램의 초기 화면데이터 취득 프로그램의 초기 화면데이터 취득 프로그램의 초기 화면Fig. 1.Fig. 1.Fig. 1.Fig. 1.

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다 음이온 및 오존 발생량 측정의 원리 기술정보 제공다 음이온 및 오존 발생량 측정의 원리 기술정보 제공다 음이온 및 오존 발생량 측정의 원리 기술정보 제공다 음이온 및 오존 발생량 측정의 원리 기술정보 제공. ( ). ( ). ( ). ( )

음이온 발생법음이온 발생법음이온 발생법음이온 발생법1)1)1)1)

인공적으로 음이온을 발생하는 방법으로는 선 등의 방사선 자외선 혹은 빛의 입X ,

자 등과 같은 에너지를 이용한 방법 물의 마찰과 충돌을 이용한 방법 레나르트 효, (

과 코로나 방전을 이용하는 방법 그리고 전자방사법 등이 있다 방사선을 이용한), ,

방법과 레나르트 효과를 이용한 방법은 실제 환경에서 사용되기에는 여러 가지 문

제점이 있어서 사용되지 않고 있으며 코로나 방전 방식은 두 전극에 직류, 1,000 V

의 전압을 걸러 양이온과 음이온을 발생시키지만 양이온을 제거해야 하고 질소산,

화불이나 오존이 발생되기 쉬우므로 비효율적인 방법이다 전자방사식은 에. Fig. 2

나타낸 것과 같은 구조로 되어 있으며 펄스 방전방식이라고도 한다 바늘 형태의, .

방전 전극만을 사용하고 이 전극에 직류 고전압 펄스를 가하여 전자를 발생시키며,

이 전자가 공기 중의 산소와 충돌하여 산소를 음이온화 시키는 것으로 알러져 있

다 또한 이 방식은 펄스를 사용하므로 에너지가 작아서 전극 주위를 전리시키지.

않고 따라서 오존이 발생되지 않는 특징이 있다 공기 속의 음이온 성분이 대다수, .

산소 음이온 형태인 것은 분자의 전자 친화력으로 설명할 수 있으며 질소의 전자,

친화력이 산소의 약 정도이므로 공기 중에서 생성되는 음이온은 대부분 산1/100

소 음이온이 된다.

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전자방사식 음이온 발생기의 구조전자방사식 음이온 발생기의 구조전자방사식 음이온 발생기의 구조전자방사식 음이온 발생기의 구조Fig. 2. .Fig. 2. .Fig. 2. .Fig. 2. .

음이온 측정원리음이온 측정원리음이온 측정원리음이온 측정원리2)2)2)2)

음이온 측정기에서 이은의 수를 측정하는 것은 공기 중에 있는 이온의 수를 직접

측정하는 것이 아니라 전하를 띠고 있는 이온들을 모아서 그 이온에 의한 전기량의

합을 측정하고 그 총 전기량을 한 개당의 전기량으로 나누어 이온의 수를 구하게,

된다 측정기의 전기장 속에 있는 이온은 전기장에서 쿨롱의 힘을 받아 이온 자신.

의 전하와 반대극성의 전극으로 이동하게 된다 만약 기체분자와의 충돌이 없으면.

이온은 전기장의 힘을 받아 점차 가속되지만 실제 공기에서는 기체분자와의 충돌로

이동 속도는 주행시간에 관계없이 전기장의 세기만으로 결정되고 그 비례상수를,

이온의 이동도라 한다.

은 음이온 측정기의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다 음이온 측정기는 공Fig. 3 .

기 중의 이온을 포획하는 집전부와 전기량을 측정하는 전기적 회로부로 구성된다.

집전부는 개의 동축원통으로 구성되며 이들은 고절 연물질로 전기적으로 절연되2 ,

어 있다 그리고 바깥통을 접지되어 있으며 내부의 통에는 일정 전압을 가하게 된.

다 이 원통 속에 일정 속도로 공기를 흘리면 공기 중의 음이온 입자는 극성에 따.

라서 내부의 통으로 포획된다.

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이때 이온의 전하에 의하여 전위강하가 일어나며 이것을 전위계로 측정하여 전기,

량을 구하게 된다 원통 속의 유속 및 인가전압의 크기에 따라서 그리고 내부의 통. ,

에 인가하는 극성에 따라서 양이온과 음이온으로 나누어서 측정할 수 있다.

이온의 이동농도 는 다음 식으로 계산된다k .

여기에서 는 공기의 유속 이고 은 바깥통의 반지름 은 안통의 반U (cm/sec) , R (cm), r

지름 는 안통과 바깥통 간의 전압 그리고 은 안통의 길이 를 나타낸(cm), V (V), l (cm)

다 이 식으로부터 측정하려는 이동농도에 상당하는 유속 전압을 결정하고 인가하. , ,

는 극성에 따라 양이온 흑은 음이온이 측정된다.

음이온 측정기의 구조음이온 측정기의 구조음이온 측정기의 구조음이온 측정기의 구조Fig. 3. .Fig. 3. .Fig. 3. .Fig. 3. .

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음이온의 활용음이온의 활용음이온의 활용음이온의 활용3)3)3)3)

공기 중의 음이온의 인체의 생리작용과 건강회복 두뇌 활동 그리고 스트레스 해소, ,

등에 중요한 역할을 하며 공기를 정화시키고 식물과 동물의 생육에도 영향을 미치, ,

는 것으로 알려지고 있다 음이온이 식물에 미치는 영향으로는 음이온을 방사하면. ,

식물의 생육이 빨라지고 결실도 증가하며 꽃의 수명이 연장된다고 한다 귀리의 경, .

우 전체 신장이 생체의 무게는 증가된다 이와 같은 효과는 음이, 60 %, 25~30 % .

온이 식물의 시토크롬 인 색소 단백질의 합성을 증가시켜서 철을 포함한 효소가C

성장을 촉진시키기 때문으로 알려져 있다.

코로나 방전 에 의한 오존의 발생코로나 방전 에 의한 오존의 발생코로나 방전 에 의한 오존의 발생코로나 방전 에 의한 오존의 발생4) (corona discharge)4) (corona discharge)4) (corona discharge)4) (corona discharge)

기체는 일반적인 상태에서는 절연체로 간주되지만 실제로 대기 중에는 우주선이나,

자외선 또는 방사선 등에 의해서 생성된 소량의 전자나 대전입자가 존재하므로 이,

들 대전입자가 전계에 의해서 이동함으로써 기체 중에 미세전류가 흐르게 된다 이.

때의 미세 전류량은 거의 으로 보아도 무방하므로 이러한 상태는 전기적으로 절연0

되어 있는 상태로 간주된다.

그러나 방전전극과 접지전극 사이에 더욱 더 높은 전압이 걸리면 두 전극 사이에서

방전이 일어나 전류가 흐르고 빛이나 소리를 내게 되는데 이와 같은 상태를 코로나

방전이라고 한다 또 전류가 흐르기 시작한 상태를 코로나 개시상태. (Onset of

라고 부르며 이때의 전위차를 코로나 개시 전압 이라 한Corona) (Onset Voltage)

다 코로나방전 과정에서 방전전극과 접지전극 사이에 있는 산소가 오존으로 변환.

된다.

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코로나 방전기의 개략도코로나 방전기의 개략도코로나 방전기의 개략도코로나 방전기의 개략도Fig. 4.Fig. 4.Fig. 4.Fig. 4.

오존 측정원리오존 측정원리오존 측정원리오존 측정원리5)5)5)5)

오존 측정가의 작동 원리는 흡광분석법의 원리와 같다 즉 일정한 파장의 빛이 시. ,

료 가스를 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 빛의 강도가 변화하는 것을 이용하

는 것으로서 오존 분석기에서는 의 광원을 사용한다 광 흡수에 의한 시료254 nm .

의 농도 분석은 법칙을 이용하며 그 식은 다음과 같다Beer-Lambert , .

여기서 는 투과도로서, T 이며 는 흡광계수 은 사용된 흡수 의 길이이고, , L cellα

는 농도를 나타낸다 그리고c . I0와 It는 각각 입사광과 투과광의 세기를 나타낸다.

오존의 흡광계수와 사용된 흡수 의 길이는 정해진 상수이므로cell I0와 It를 측정하

면 오존의 농도를 결정할 수 있다 오존은 매우 불안정하여 표준가스를 만들 수 없.

으므로 일반적인 가스 분석기와 갈이 표준가스를 사용한 측정기 교정을 할 수 없

고 따라서 표준 오존 분석기를 사용하여 기기 교정을 하여야 한다, .

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오존의 활용오존의 활용오존의 활용오존의 활용6)6)6)6)

오존은 반응성이 높아 매우 불안정하며 생성된 후 오래되지 않아 즉시 분해된다, .

오존이 가지고 있는 강한 산화력은 살균과 악취제거 등에 사용되며 인체에 영향을,

주므로 대기오염물질로 규정하고 있다 오존의 농도가 높아지면 눈과 목 등이 따가.

움을 느끼고 기도가 수축되어 호흡이 힘들어지며 두통 기침 등의 증세가 나타난다, .

특히 기관지 천식이나 호흡기 환자 어린이 노약자 등에게는 많은 영향을 주기 때, ,

문에 주의해야 한다.

오존이 식물에 미치는 영향을 보면 무를 농도의 오존에 하루 시간씩0.05 ppm 8

일을 노출한 결과 의 수득율 저하를 가져왔으며 카네이션과 담배도 위와20 , 50 % ,

비슷하게 꽃의 성장 감소와 화분의 발아 감소 등 오존은 식물 성장에 나쁜 영향을

나타내는 것으로 알려져 있다.

라 오존 발생량 측정 지원 기술지원라 오존 발생량 측정 지원 기술지원라 오존 발생량 측정 지원 기술지원라 오존 발생량 측정 지원 기술지원. ( ). ( ). ( ). ( )

오존 발생량 측정오존 발생량 측정오존 발생량 측정오존 발생량 측정1)1)1)1)

그림 와 같이 내부 용적이5 1 m3인 챔버 속에 음이온 발생장치와 온습도 측정기를

넣고 챔버의 측면 상단부에 크기의 구멍을 뚫어 테프론 튜브를 삽입한, 1/4“ 1/4”

다음 이 튜브를 오존 측정기 일본 의 부에 연결하여 측정하였다 그, (Okirotec, ) inlet .

림 에는 오존측정기를 나타내었다 측정기의 측정값은 앞서 언급한 로 작6 . LabVIEW

성한 데이터 취득 장치를 사용하여 에 저장하였다PC .

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음이온 측정용 챔버음이온 측정용 챔버음이온 측정용 챔버음이온 측정용 챔버Fig. 5. .Fig. 5. .Fig. 5. .Fig. 5. .

오존 측정기의 전면부 사진오존 측정기의 전면부 사진오존 측정기의 전면부 사진오존 측정기의 전면부 사진Fig. 6.Fig. 6.Fig. 6.Fig. 6. .

- 15 -

음이온 발생기에 있는 음이온 발생부와 오존 발생부 개를 각각 분리하여 작동시2

키면서 챔버 안의 오존 농도의 변화를 시간 동안 측정하였다 그림 은 오존 측24 . 7

정결과를 나타낸 것으로서 결과에서 보듯이 오존 발생부 과 를 각각 시간 이1 2 20

상 가동하여도 오존의 농도는 약 이하로 유지되었으며 오존 발생부 과2 ppm , 1 2

를 동시에 작동하면 약 이 되는 것을 알 수 있다 그러나 음이온 발생부를4 ppm .

단독으로 작동하면 약 의 오존이 발생되었으며 음이온과 오존 발생부 모두16 ppm ,

를 작동시키면 의 오존이 발생되었다28 ppm .

이 결과로부터 오존 발생부보다 음이온 발생부에서 생성되는 오존의 양이 훨씬 많

은 것을 알 수 있으며 음이온이 발생되면서 상당량의 오존이 발생되는 것을 알 수,

있다 그 이유는 음이온과 오존 발생부의 구조적이 차이 때문이며 음이온 측정부의,

전극 표면적이 오즌 발생부의 전극 표면적보다 훨씬 크기 때문에 음이온 발생되면

서 동시에 많은 량의 오존도 발생되는 것으로 추정된다.

질소산화물의 측정질소산화물의 측정질소산화물의 측정질소산화물의 측정2)2)2)2)

위의 실험조건에서 질소산화물의 농도를 측정하였다 질소산화물 측정기인· NOx

를 사용하며 측정한 결과 음이온 발생기에서 약Analyzer(Model 24, TEI, USA) 200

의 질소산화물이 발생되는 것을 확인하였다 음이온 발생기를 챔버 속에서 작동ppb .

한 후에 약 시간이 결과하여 오존의 농도가 각각 일 때 시료를20 30, 32, 37 ppm

채취하여 질소산화물을 분석한 결과 각각의 농도는 그리고 이었236, 214, 206 ppb

다 이 사실로부터 음이온 발생기에서 음이온이 발생되면서 오존과 질소산화물이.

동시에 발생되는 것을 알 수 있었으며 시간이 경과함에 따라서 질소산화불의 농도,

가 감소하는 것으로 보아 음이온 발생기의 작동 초기에 질소산화물이 발생되는 것

으로 추정된다.

- 16 -

실험실용 챔버 안에서 시간 동안 측정한 오존의 농도변화실험실용 챔버 안에서 시간 동안 측정한 오존의 농도변화실험실용 챔버 안에서 시간 동안 측정한 오존의 농도변화실험실용 챔버 안에서 시간 동안 측정한 오존의 농도변화Fig. 7. 24 .Fig. 7. 24 .Fig. 7. 24 .Fig. 7. 24 .

농작물 재배 시설물의 온습도 측정농작물 재배 시설물의 온습도 측정농작물 재배 시설물의 온습도 측정농작물 재배 시설물의 온습도 측정3)3)3)3)

음이온 및 오존의 측정에는 온도와 습도가 많은 영항을 미치므로 농작물 재배 시설

물의 환경을 측정하였다 측정 장소는 진주와 양산으로 설정 하였고 월과 월에. , 11 2

걸쳐 번 실시하였다 온습도 측정기는 시설물의 기둥에 약 높이로 설치하였2 2 m

으며 설치한 후에 주일 경과하여 회수하여 온습도 변화를 관찰하였다 그림 에, 1 . 8

는 온습도 측정 결과를 기록한 것으로서 상단부가 온도변화를 그리고 하단부가 습,

도변화를 기록한 것이다.

- 17 -

재배 시설물의 온도 분포는 이며 습도는 의 분포를 나타내었5~40 30~85 %RH℃

다 이 결과로부터 음이온 발생기의 작동환경을 추정할 수 있으며 비교적 높은 습. ,

도에서 사용되므로 전자부품의 내습성이 커야하며 또한 음이온 및 오존 발생부에,

는 금속 전극이 사용되므로 이들 금속 전극의 부식에 대하여도 앞으로 많은 주의가

필요할 것으로 여겨진다.

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

(c)(c)(c)(c) (d)(d)(d)(d)

농작물 재배 시설물의 온습도 환경 딸기 양산 고추 진주농작물 재배 시설물의 온습도 환경 딸기 양산 고추 진주농작물 재배 시설물의 온습도 환경 딸기 양산 고추 진주농작물 재배 시설물의 온습도 환경 딸기 양산 고추 진주Fig. 8. . (a) ( ), (b) ( ),Fig. 8. . (a) ( ), (b) ( ),Fig. 8. . (a) ( ), (b) ( ),Fig. 8. . (a) ( ), (b) ( ),

고추 진주 파프리카 진주고추 진주 파프리카 진주고추 진주 파프리카 진주고추 진주 파프리카 진주(c) ( ), (d) ( ).(c) ( ), (d) ( ).(c) ( ), (d) ( ).(c) ( ), (d) ( ).

- 18 -

음이온 발생기의 음이온 및 오존 측정4)

위의 그림 와 같이 음이온 발생기를 측정용 챔버에 넣고서 음이온과 오존의 발생5

량을 측정기와 프로그램을 사용하여 기록하였다LabVIEW .

그림 에는 실험에 사용된 음이온 측정기를 나타내었으며 측정 결과를 그림 과9 , 10

아 나타내었다 그림 은 대의 음이온 발생기를 작동시키면서 측정한 결과이11 . 10 1

며 그림 은 대의 음이온 발생기를 작동시키면서 측정한 결과이다 음이온 발, 11 2 .

생기를 대 작동하면 대를 작동한 것에 비하여 오존은 약 배 증가하였으나 음2 1 2

이온은 크게 증가하지 않은 갓을 알 수 있다 그 이유로는 여러 가지를 추정할 수.

있으나 본 연구실 전원의 접지가 완전하지 않아서 음이온 측정기가 정상적으로 작

동하지 않았던 것으로 판단되었다.

그림 에는 위의 장치를 사용하여 대동전기의 구미 실험실에서 실험한 결과를 나12

타내었다 그림에서의 피크는 측정기의 측정능력을 초과하여 포화되는 현상으로서.

측정기 주위에서 기기 전원의 에 따라서 음이온 측정기가power supply ON/OFF

민감하게 반응하였다 또한 측정기 주위에서 대전이 가능한 물질이나 사람이 움직.

여도 민감한 반응을 나타내는 것을 관찰할 수 있었다 그러나 이 실험에서 음이온.

발생기에서 발생되는 음이온은 주위 환경을 적당히 조절하면 만족할 만한 측정결과

를 얻을 수 있음을 알 수 있었으며 고전압 탐침을 이용한 음이온 발생에 대하여도,

좋은 측정 결과를 나타내었다.

일반적으로 음이온 측정기는 공기 흐름이 멀고 측정기와 측정시료 공기와의 온도차

이가 없으며 그리고 정전기의 영향이 없는 상황에서 측정하여야 정확한 결과를 얻,

을 수 있다 그 이유는 측정하고자 하는 음이온의 전하량이 매우 작아서 작은 정전.

기에도 그 영향이 크게 나타날 수 있기 때문이다 따라서 측정을 할 때는 측정기.

주위에 쉽게 대전될 수 있는 폴리머나 비닐 또는 합성피학 등이 있으면 측정값이,

흔들리는 현상을 관찰 할 수 있었다.

- 19 -

이상의 결과에서 음이온 발생기의 음이온 발생량을 측정하기 위해서는 주위 환경이

매우 중요하며 그 환경을 적절히 조절하면 재현성 있는 음이온 측정이 가능한 것,

을 알 수 있다.

음이온 측정기의 전면부 사진음이온 측정기의 전면부 사진음이온 측정기의 전면부 사진음이온 측정기의 전면부 사진Fig. 9.Fig. 9.Fig. 9.Fig. 9.

- 20 -

음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동Fig. 10. ( 1 )Fig. 10. ( 1 )Fig. 10. ( 1 )Fig. 10. ( 1 )

음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동음이온 및 오존 측정결과 음이온 발생기 대 작동Fig. 11. ( 2 ).Fig. 11. ( 2 ).Fig. 11. ( 2 ).Fig. 11. ( 2 ).

- 21 -

음이온 측정결과 구미 대동전기 실험실음이온 측정결과 구미 대동전기 실험실음이온 측정결과 구미 대동전기 실험실음이온 측정결과 구미 대동전기 실험실Fig. 12. ( , ).Fig. 12. ( , ).Fig. 12. ( , ).Fig. 12. ( , ).

- 22 -

마 음이온 및 오존 측정 절차서 기술지원마 음이온 및 오존 측정 절차서 기술지원마 음이온 및 오존 측정 절차서 기술지원마 음이온 및 오존 측정 절차서 기술지원. ( ). ( ). ( ). ( )

음이온 및 오존 발생량 측정 절차서음이온 및 오존 발생량 측정 절차서음이온 및 오존 발생량 측정 절차서음이온 및 오존 발생량 측정 절차서

목 차목 차목 차목 차

적용범위적용범위적용범위적용범위1.1.1.1.

인용규격인용규격인용규격인용규격2.2.2.2.

측정법의 개요측정법의 개요측정법의 개요측정법의 개요3.3.3.3.

측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기4.4.4.4.

측정 방법측정 방법측정 방법측정 방법5.5.5.5.

측정 결과의 이해측정 결과의 이해측정 결과의 이해측정 결과의 이해6.6.6.6.

한국표준과학연구원 가스분석표준그룹한국표준과학연구원 가스분석표준그룹한국표준과학연구원 가스분석표준그룹한국표준과학연구원 가스분석표준그룹

- 23 -

적용범위적용범위적용범위적용범위1.1.1.1.

농업용 음이온 발생기를 비롯한 여러 가지 형태의 음이온 발생기에서 만들어지는

음이온과 오존의 발생량을 측정하는 방법으로서 측정 결과를 쉽게 해석하기 위하,

여 실험용 챔버를 이용한 측정법에 적용한다.

인용규격 및 참고문헌인용규격 및 참고문헌인용규격 및 참고문헌인용규격 및 참고문헌2.2.2.2.

대기질 대기 중의 오존 측정 방법 자외선 광도법o - ( ), KS M9437, 1999.

o Air Quality - Determination of Ozone in Ambient Air - Ultraviolet

Photometric Method First Edition, ISO 13964, 1988.

지근철 음이온의 효능 리빙북스o , " ", (2004).

노보루 야마노이 이온 체내혁명 가림출판사o , " ", (2002).

측정법의 개요측정법의 개요측정법의 개요측정법의 개요3.3.3.3.

본 측정에는 음이온과 오존 측정을 동시에 수행한다.

음이온의 측정원리음이온의 측정원리음이온의 측정원리음이온의 측정원리3.13.13.13.1

음이온 측정의 원리는 다음과 같다 음이온 측정의 결과 값은 단위 부피당 이온의.

수로 표시된다 이것은 하전을 띤 이온의 수를 직접 측정하는 것이 아니라 시료 속.

에서 전하를 띠고 있는 분자를 모아서 전체 전하량을 측정한 후에 총 전하량을 한

개의 이온에 해당하는 전기량으로 나누어서 시료 속에 있는 이온의 수로 나타낸 것

이다 측정기는 공기 중의 이온을 포획하는 집전부와 전기량을 측정하는 측정부로.

구성되어 있다 집전부는 일정 전압이 걸려있는 안통과 접지되어 있는 바깥통의. 2

개의 동축 원통으로 구성되며 이들은 전기적으로 절연되어 있다 이 원통 속으로, .

일정 속도의 공기를 흘려주면 공기 중의 이온 입자는 반대 극성을 띠는 안통쪽에

포획된다.

- 24 -

이때 이온의 전하에 의하여 안통의 전위 강하가 일어나며 이 전위 강하의 크기를,

전위계를 이용하여 측정하여 그 전기량을 구하게 된다 원통 속에서의 공기 시료의.

유속 및 인가전압의 크기 등을 조절하면 양이온 또는 음이온의 수를 계산할 수 있

다.

오존의 측정원리오존의 측정원리오존의 측정원리오존의 측정원리3.23.23.23.2

오존의 측정은 흡광분석법을 이용하며 그 원리는 다음과 같다 즉 일정한 파장의. ,

빛이 시료 가스를 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 빛의 강도가 변화하는 것을

이용하는 것으로서 오존 분석기에서는 의 광원을 사용한다 광 흡수에 의한254 nm .

시료의 농도 분석은 법칙을 이용하며 그 식은 다음과 같다Beer-Lambert , .

여기서 는 투과도로서, T 이며 는 흡광계수 은 사용된 흡수 의 길이, , L cellα

이고 는 농도를 나타낸다 그리고c . I0와 It는 각각 입사광과 투과광의 세가를 나타낸

다 오존의 흡광계수와 사용된 흡수 의 길이는 정해진 상수이므로. cell I0와 It를 측정

하면 오존의 농도를 결정할 수 있다.

측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기측정 장비 및 기기4.4.4.4.

측정 장치의 구성측정 장치의 구성측정 장치의 구성측정 장치의 구성4.14.14.14.1

음이온 및 오존 발생량의 동시 측정을 위하여 아래의 그림 과 같이 구성한다 먼1 .

저 챔버의 앞면을 연 후에 음이온 발생기와 음이온 측정기를 넣고 음이온 측정기의

전원을 넣는다 오존을 위하여 오존 측정기의 시료 부와 챔버의 구멍을. inlet 1/4“

테프론 튜브로 연결한 후에 오존 측정기의 전원을 켠다 음이온 측정기와 오존 측.

정기는 측정을 시작하기 약 분 전에 전원을 켜 둔다30 .

- 25 -

측정 장치의 구성도측정 장치의 구성도측정 장치의 구성도측정 장치의 구성도Fig. 1. .Fig. 1. .Fig. 1. .Fig. 1. .

측정용 챔버측정용 챔버측정용 챔버측정용 챔버4.24.24.24.2

음이온 발생기에서 발생되는 음이온 및 오존의 발생량을 쉽게 측정하고 결과 값의

상호비교를 용이하게 하기 위하여 그리고 기기의 동작 상황을 쉽게 판단하기 위하,

여 투명 아크릴로 제작된 내부용적이 1 m3인 직육각형 챔버를 사용한다.

- 26 -

음이온 측정기음이온 측정기음이온 측정기음이온 측정기4.34.34.34.3

본 측정 절차서는 음이온 측정을 위하여 일본 을 사용하COM-3300(Comsystem, )

는 방법에 대하여 설명한다.

사용상 주의사항사용상 주의사항사용상 주의사항사용상 주의사항4.3.14.3.14.3.14.3.1

전원은 만 사용한다o 110 V .

음이온 측정기는 공기를 흡입하여 측정하므로 담배연기가 자욱한 방에서 측정하o ,

면 담배연기를 다량으로 흡입하여 담배의 진드기가 전극절연체에 부착되어 절연작

동이 저하되어 측정오차 데이터 이상의 원인이 될 수 있으므로 주의하여야 한다, .

또한 수증기 및 수분을 흡입하면 전극절연체에 물방울이 붙어서 전극절연체의 절o

연작용이 저하되어 측정오차 데이터 이상이 발생한다 이 경우에는 본체의 전원을, .

끄고 흡입구의 덮개 부분에 있는 네 개의 나사를 풀어 덮개를 벗겨내고 드라이어,

로 공기흡입구에 뜨거운 바람을 불어 넣어 수분을 증발시킨다 이때 흡입용 뜨거운. ,

바람에 의해 팬 모터가 변형되지 않도록 주의하여야 한다.

장기간 사용하면 전극절연체에 먼지가 많이 부착되며 전극절연체의 절연성이 저o

하되어 측정오차나 데이터 이상이 발생할 수 있다 이 경우에는 본체의 전원을 끄.

고 공기 흡입구의 덮개 부분에 있는 네 개의 나사를 풀어 덮개를 벗겨내고 에어스

프레이 순수한 공기 와 같은 것으로 전극절연체에 붙어 있는 먼지를 청소하며 이때( )

도 흡입용 팬 모터에 손상이 가지 않도록 주의한다.

측정을 할 경우에는 스위치를 넣고 분 이상 경과한 다음 측정을 하여야 하며o 30 ,

전원스위치를 켜고 곧바로 영점조정을 하면 측정오차가 크게 발생할 우려가 있다.

- 27 -

영점 조정영점 조정영점 조정영점 조정4.3.24.3.24.3.24.3.2

음이온 측정기는 습도 온도 등의 환경에 영향을 받기 때문에 영점조정이 반드시o ,

필요하며 영점조정에는 절대적 영점조장과 상대적 영점조정의 두 가지 조정방법이,

있다 절대적 영점조정은 측정기로 들어가는 공기를 막아서 전극에 이온이 들어가.

지 알도록 하여 영점조정을 하는 것을 말한다 측정설정모드의 자동영점조정과 측.

정중의 영점조정 시에 강제적으로 공기를 멈추고 행하는 방법이 있다 그리고 상대.

적 영점조정은 이온측정 증에 영점조정을 행하는 방법으로서 음이온의 양을 상대

비교할 때에 편리하게 사용된다.

영점 조정은 전원 스위치를 넣고 분 이상 경과한 다음 실행하며 최소측정범o 30 ,

위 의 영점조정은 자동영점조정이 아닌 수동영점조정을 하여야 한다 수동영점조Rl .

정은 측정 중에 스위치를 초 이상 누르면 시작되며 를 한 후ZERO 2 , down count

에 이온측정 데이터가 표시된다.

측정값이 안정될 때까지 분 이상이 소요될 경우도 있지만 안정될 때까지 기다리1

신 후에 스위치를 누르고 제로에 가까운 것을 확인하고 제로가 안 되었으면SET

다시 스위치를 누르고 거의 제로에 가깝게 되도록 재차 확인한다 제로에 가깝SET .

게 되면 스위치를 누르고 측정을 시작한다 영점조정이 제대로 되어 있지 않ZERO .

으면 최소측정범위에서 측정할 때 오차가 크게 발생하기 쉽다.

영점조정은 양이온 음이온 별도로 실시하며 수동측정모드 자동측정 모드의 영o , , ,

점조정도 개별적으로 실시하는 것이 최소측정범위의 오차를 줄일 수 있다.

영점조정은 한번 실시하면 당분간 실시하지 않아도 안정적으로 측정할 수 있으나o

데이터가 이상하다고 생각될 때는 스위치를 로 하여 공기흡입을 정지FAN ON OFF

시키고 측정 데이터가 제로부근에 있는지 확인하거나 영점조정을 다시 실시한다, .

- 28 -

측정 데이터가 에서 변하지 않는 경우에는 영점조정이 잘못되었을 가능성이 있o 0

으므로 영접조정을 실시한 후에 사용한다.

공기이온측정기를 사용하지 않을 패는 먼지가 공기흡입구에 들어가지 않도록 뚜o

껑을 덮어 보관한다.

기기의 사양기기의 사양기기의 사양기기의 사양4.3.34.3.34.3.34.3.3

측정범위o O~ ±2,000,00010N/CC

수동측정 R1 = ±3,500

R2=±20,000

R3= ±200,000

R4= ±2,000,000

분해능 카운트1

전원 AC100 V±10%

소비전력 이하20W

사용온도범위 5~35 ℃

사용습도범위 이하 결로되지 않아야 함85 %RH ( )

측정 모드o

자동측정모드 양이온과 음이온을 지정시간만큼 측정:

수동측정모드 희망하는 양이온 음이온을 측정. ,

오존 측정기오존 측정기오존 측정기오존 측정기4.44.44.44.4

본 측정 절차서는 오존 측정을 위하여 일본OZM-7000GN(Okitrotec, )

을 사용하는 방법에 대하여 설명한다.

- 29 -

측정기의 사양측정기의 사양측정기의 사양측정기의 사양4.4.14.4.14.4.14.4.1

측정 범위o Chl 0~2 ppm

Ch2 0 ~ 100 ppm

측정 상태에는 모드는 가지가 있으며 측정 을 깨끗이 청소하는 모o 3 , cell "Purge"

드와 영점조정을 하는 모드 그리고 시료를 에 넣어 흡광도를 측정"Reference" , cell

하는 모드가 있다"Sample" .

측정모드는 모드와 모드가 교대로 진행되는 모드와o Reference Sample Normal

시료만 연속하여 측정하는 모드가 있다Continuous .

시료의 유속은 기기의 오른쪽에 있는 로 조정하며 약 로o flow meter 4~5 L/rnin

일정하게 조절하며 측정한다.

모드는 흡입된 공기가 기기 내부에 있는 컬럼을 통과하여o Reference charcoal

측정 에 유입되며 이때 공기 속에 있는 미량의 오존은 에 완전히 흡착cell , charcoal

되어 흡광도가 이 된다 이때의 측정값을 기준 점으로 하여 시료의 흡광도를 측정0 .

하므로 정확한 측정을 위해서는 주기적으로 을 교환하여야 한다charcoal .

오존의 측정은 측정하려는 시료를 기기 뒷면에 있는 이라고 표시된 시료o "SAM"

주입구를 통하여 튜브를 연결하면 기기 내부에 있는 펌프를 통하여 흡입되어1/4"

측정된다 측정이 끝난 시료는 역시 기기 뒷면의 을 통하여 배기된다. "OUTLET" .

데이터 취득 장치 및 프로그램데이터 취득 장치 및 프로그램데이터 취득 장치 및 프로그램데이터 취득 장치 및 프로그램4.54.54.54.5

음이온 측정기의 측정값은 를 이용하여 와 연결하며 오존 측정기의 측RS-232C PC ,

정값은 출력단자의 출력을 기록하기 위해서 USB-26(Eagle Technology) date

를 사용한다 그리고 미국 로 만들어진 프로그램acquisition card . LabVIEW 7.0(Nl, )

을 이용하여 와 를 조정하며 이 프로그램은 한국표준과학연구원RS-232C USB-26 ,

유기분석그룹에서 제공한 것을 사용한다.

- 30 -

측정 방법측정 방법측정 방법측정 방법5.5.5.5.

기기 및 취득 프로그램 작동-

음이온 측정기와 를 포트에 연결하고 음이온 측정기의 전원을 켠 후PC RS 232C ,

을 의 포트에 연결하고 에 있는 전압 측정용 단자를 오존USB-26 PC USB USB-26

측정기의 출력 판자에 연결한다 음이온 측정기와 오존 측정기는 측정하기 전에. 30

분 이상 한 후에 영점 조정을 하여 사용한다warming uP .

프로그램을 실행하면 그림 의 화면이 나타난다 상단의 기록 창은 음이온 측정기2 .

의 측정 데이터를 기록하며 하단의 기록 창에는 오존의 측정 결과를 나타낸다 우, .

측 상단의 는 프로그램에서 데이터를 취득하는 시간 간격을"Time Between Points"

나타내며 우측의 상하 화살표를 마우스로 선택하여 누르면 최소 초 단위로 설정, 1

할 수 있다 우측 두 번째에 있는 두 개의 창에서 마지막으로 데이터를 취득한 시.

간을 나타낸다 그리고 아래쪽에 있는 은 에서 전압을. "Digits of Precision" USB-26

측정할 때의 소수점 개수를 나타낸다 그림에서는 로 표시되어 있으므로 소수점. 4

넷째 자리까지 측정하여 표시한다 우측 하단에 있는 창에는 의 전압 측청. USB-26

범위와 측정 채널의 수를 설정할 수 있다 그리고 은 으로 설정. USB-26 device 0

되어있다.

기기의 설정이 끝나고 상단 메뉴 창에 있는 화살표 버튼을 누르면 측정 프로그램이

작동하면서 저장할 파일명을 묻는 창이 나타난다 이때 적당한 디렉토리를 정하여.

파일명을 입력하면 엔터키를 누르면 측정 프로그램이 작동된다 프로그램을 중단할.

때는 우측 가운데에 있는 빨간색의 버튼을 누르면 지금까지 측정된 데이터를STOP

저장한 후에 중단된다.

- 31 -

데이터 취득프로그램데이터 취득프로그램데이터 취득프로그램데이터 취득프로그램Fig. 2. .Fig. 2. .Fig. 2. .Fig. 2. .

측정 결과의 이해측정 결과의 이해측정 결과의 이해측정 결과의 이해6.6.6.6.

앞서 언급한 바와 같이 오존 측정에 비하여 음이온 측정은 주위 환경에 많은 영향

을 받으므로 재현성 있는 측정결과를 얻기 위해서는 온습도와 전원 접지 등에 주의

하여야 한다.

오존 및 음이온은 인증표준가스가 제공되지 않아서 재현성 및 측정 불확도를 측정

할 수 없었다.

- 32 -

그러나 오존 측정기를 표준오존 측정기를 이용하여 교정한 결과 오존 측정가의 측,

정 불확도는 농도범위에서 약 이며 음이온 측정기는 여러 번의 측정 시ppm 5 % ,

험을 통하여 경험적으로 측정 불확도를 추정하였으며 음이온 측정기의 측정 불확,

도는 약 로 추정된다20 % .

- 33 -

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도2.2.2.2.

기술지원 목표 기술지원 내용목표

달성도(%)

음이온 및 오존 측정법의 자료 조

사

음이온 및 오존의 특성 활용도 발생, ,

법 측정원리 정보 제공,100

음이온 및 오존의 표준화된 측정법

기술이전

측정용 챔버를 이용한 발생량 측정법

기술이전 및 측정 절차서 제공100

음이온 및 오존 발생부의 개발 내,

구성 및 성능 향상을 위한 측정 데

이터 확보

음이온 발생부 각 부분에 대한 오존

발생량 측정 결과 및 질소산화물 발

생량 측정결과 제공

100

음이온 및 오존 발생부의 최적 설

계를 위한 기술 자문

발생원리를 이용한 최적 설계를 위한

기술 자문100

제품의 에 필요한 성능 평field test

가 기술 지원 및 측정 장치 개발과

사용에 따른 기술적 지원

성능평가 기술지원 및 측정 장치 및

데이터 취득 장치 개발 및 사용 절차

서 제공

100

- 34 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정1.1.1.1.

- 35 -

오존 측정기 교정 데이터오존 측정기 교정 데이터오존 측정기 교정 데이터오존 측정기 교정 데이터2.2.2.2.

- 36 -

- 37 -

- 38 -

- 39 -

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- 41 -

- 42 -

- 43 -

- 44 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

농업용 음이온 발생기의 성능평가 및 신뢰성 향상을 위하여 음이온과 오존의 발생

량을 정확하게 측정하여야 하며 이를 위하여 음이온 및 오존 측정법에 대한 기술,

지원을 수행하였다 먼저 재현성 있는 측정 결과를 얻기 위하여. 1 m3크기의 시험

용 챔버를 사용하였다 그리고 음이온 및 오존 측정기의 측정값을 에서 간편하게PC

처리할 수 있도록 음이온 측정기는 를 이용하여 와 연결을 하였고 오RS 232C PC ,

존 측정기의 출력전압은 데이터 취득 장치를 사용하여 측정할 수 있도록USB-26

구성하였으며 음이온과 오존의 측정값을 한 화면에서 볼 수 있도록 프로그램을 제,

작하였다.

음이온 및 오존 측정에 대한 기술지도와 측정지원을 통하여 측정법에 대한 기술지

원을 수행하였으며 측정 장치 구성 및 측정 절차서를 작성하여 제공함으로써 음이,

온 및 오존 발생기의 발생량 측정에 대한 기술지원을 완성하였다.

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