ジルコニア式高温湿度計の測定原理について

ジルコニア式高温湿度計は、大気中の酸素濃度を測定して、水分量を算出する測定器です。したがって、大気以外の水分量、例えば燃焼排ガス中の水分量の測定はできません。
ジルコニア式高温湿度計の測定原理について説明します。
ジルコニアのような固体電解質は、高温状態になると酸素イオンに対して導電性を示します。
図1のように、ジルコニア素子の両面に多孔質の白金電極を貼り付けて加熱し、それぞれの面に酸素分圧の異なるガスを接触させると、酸素濃淡電池の作用を起こします。この反応によって、両電極間にはネルンストの式による起電力が発生します。

測定式

図1 測定原理図

測定原理図

測定ガスが、空気と水蒸気の2成分で構成されている図2のガス組成の場合、酸素分圧、水蒸気分圧およびジルコニア素子(セル)起電力の関係は次のように示されます。

・水分量(vol%H2O)測定の場合
   y=(100-x)× 0.21 ・・・・・・・・・・・・(2)

ここで、x : 混合ガス(空気と水蒸気)中の水分量(vol%H2O)

(1), (2)式から    E=-K log(1-0.01x)・・・・・・・・・・(3)

(3)式より、水分量(vol%H2O)は、セル起電力から直接求めることができます。

・混合比測定の場合
 混合比をr[kg/kg]とすると

測定式

(5)式より、混合比をr[kg/kg]の値は、セル起電力から直接求めることができます。
  乾燥ガス+水蒸気の混合ガス

試料ガス組成

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