재호흡기 컨트롤러를 산소로 캘리브레이션 하는 이유는?

Shearwater Petrel sensor calibration

재호흡기(CCR)의 산소 센서를 캘리브레이션 할 때 이론적으로는 어떠한 기체로도 캘리브레이션이 가능하지만 순수 산소를 사용하는 것이 가장 이상적인 이유는 다음과 같다.

예를 들어 나이트록스(Nitrox)를 사용한다고 가정하면 해당 기체에 실제 산소 성분이 얼마나 포함되어 있는지 정확하게 알기 힘들다는 것이다.

보통 우리가 사용하는 기체 분석기는 공기로 캘리브레이션 하는데 부정확한 경우가 많고 이 수치를 다시 재호흡기 컨트롤러에 입력해야 하므로 오류가 발생할 확률이 커진다.

  • 공기로 캘리브레이션 할 경우에 산소의 부분압과 실제 재호흡기에서 사용되는 부분압(예: pO2 1.3)의 차이는 매우 크다. 순수 산소(pO2 0.98)로 캘리브레이션 할 경우 루프내의 실제 호흡하는 부분압 범위와 가깝고 비선형 반응의 센서에 덜 의존적이 된다.
  • 산소 센서는 공기에는 약 10mv, 산소에는 47mv 를 출력한다. 낮은 전압은 아날로그 잡음에 영향을 많이 받을 수 있기 때문에 높은 값(전압)으로 캘리브레이션 하는 것이 좋다.
  • 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 데는 제한적인 해상도를 가진다. 이러한 제한적인 해상도에 의한 오차는 공기를 사용할 때 5배 정도로 커진다.
  • 산소 성분이 100%에서 2%가 모자란 98% 정도라고 가정할 때 이 차이는 21%에서는 0.4% 차이와 같다 즉, 공기와 비교할 때 순수 산소에서 실제 산소 성분 절대오차가 줄어든다.

산소 센서가 오래될수록 산소 성분에 따른 출력값이 비선형이 되는데 만약 선형으로 반응하는 범위가 pO2 1.6 이하라면 그 센서는 안전하지 않다. 아래 관련 글 참고.

Calibration fO2 0.98

수면에서 pO2 1.6까지 센서의 선형 반응을 테스트 하기는 쉽지 않지만, 산소로 캘리브레이션을 수행한 값과 다시 공기에서의 전압(0.21)을 확인하는 방법이 가장 추천된다. 또한, 수중에서 모든 센서가 선형으로 반응하는지 항상 테스트해 보는 것이 좋다.

순수 산소를 사용하여 캘리브레이션 할 때 컨트롤러의 셋업에는 fO2 값을 0.98로 하는데 그 이유는 재호흡기(CCR) 루프 내 습도를 고려하기 때문이다.

캘리브레이션을 수행할 때 다이버의 호흡으로 인한 수분이 pO2 측정값에 영향을 주는(낮게 측정됨) 것이 그 이유이다.

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