Gas sensors play a crucial role in industrial safety, environmental monitoring, and gas industries. With the increasing demand for hydrogen refueling stations and fuel cell vehicles, accurate detection of hydrogen—due to its wide explosive range—is essential. This study proposes a compact, low-cost gas sensor based on volumetric analysis, designed to measure gas content, solubility, diffusivity, and leakage in polymer samples charged with hydrogen, helium, nitrogen, or argon under high-pressure conditions. Performance evaluation demonstrated 0.2% stability, resolution below 0.1 wt·ppm, and a response time within 1 second, enabling detection in the range of 0.1–1500 wt·ppm. The sensor’s sensitivity, resolution, and measurement range can be adjusted for various environments. Uncertainty analysis confirmed expanded uncertainty within 9%, validating its reliability. The proposed system is suitable for real-time gas detection and characterization, and is expected to contribute to the safe implementation of hydrogen infrastructure.

가스 센서는 산업 안전, 환경 모니터링, 가스 관련 산업에서 핵심적인 역할을 한다. 특히 폭발 범위가 넓은 수소의 정밀한 검출은 수소충전소 및 수소 연료전기차 수요 증가에 따라 더욱 중요해지고 있다. 본 연구에서는 고압 조건에서 수소, 헬륨, 질소, 아르곤이 충전된 고분자 시료 내 가스 충전량, 용해도, 확산도 및 누출량을 정량적으로 측정할 수 있는 부피 분석 기반의 소형·저비용 가스 센서를 제안하였다. 성능 평가 결과, 제안된 센서는 0.2%의 안정도, 0.1 wt·ppm 이하의 분해능, 1초 이내의 빠른 응답속도를 바탕으로 0.1-1500 wt·ppm 범위의 가스 농도 측정이 가능함을 확인하였다. 또한 센서의 민감도, 분해능, 측정 범위는 사용 환경에 따라 조정이 가능하며, 불확도 분석 결과 확장 불확도는 9% 이내로 나타났다. 본 센서 시스템은 실시간 가스 탐지 및 특성 분석에 적합하며, 향후 수소 인프라의 안전한 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Keywords: volumetric analysis, gas uptake, diffusivity, diffusion analysis program, polymer.