横河電機株式会社
横河ソリューションサービス株式会社

分離型ジルコニア式高温湿度計 ZR402G, ZR22G

分離型ジルコニア式高温湿度計ZR402Gは、サンプリング装置を全く必要とせず、高温空気中の湿度を連続的に測定するもので、蒸気や電熱を熱源とする乾燥機などに使用されます。各種工業の乾燥機や加湿機などの湿度の管理・制御に最適で、生産性向上に大きな成果をあげることができます。
LCDタッチパネルを装備し、各種設定画面、湿度トレンド表示など操作性と 表示機能の向上を図っています。また、数多くの機能(測定・演算機能や自己診断等の保守機能)が標準装備しています。校正は、完全自動化のための自動校正ユニットZR40Hも揃っています。

特長

ZR402G 変換器

  • 液晶タッチパネルで操作が簡単です。
  • 一機種で酸素濃度計あるいは高温湿度計のいずれかが選択可能です。
  • 対話型のため画面の指示に従い確実にやさしく操作できます。
  • 設定画面、酸素濃度トレンド画面、校正操作表示など豊富な各種表示モードでどなたでも自由に設定できます。
  • エラーNo.だけでなく内容が表示されるため、取扱説明書がなくてもエラーの状況が確認できます。
  • HART通信によるリモートメンテナンスが可能で、メンテナンスコストの削減になります。

ZR22G 検出器

  • プローブには、長寿命で信頼性の高いジルコニア検出器を使用しています。
  • 最大2.5 bar、700°Cまでの加圧ダクトで使用できます。
  • 現場でセンサとヒータ・アセンブリ一式の交換が可能で保守費用を削減できます。
  • ATEX, IECEx:EEx d IIB + H2、FM, CSA:クラスIの防爆エリアで使用できます。

アプリケーション

  • 繊維工場の発色工程
  • コンクリート製品の蒸気養生工程
  • タバコ、食品、紙・パルプ工業などの製造工程
  • 建材、木材、石膏ボード、食品などの各種製造乾燥工程
  • 食品などの各種製造加湿工程
     

詳細

仕様

測定対象 混合ガス(空気+水蒸気)中の水蒸気(vol%)
測定方式 ジルコニア式
測定範囲 0.01~100 vol% O2、0~100 vol%H2O または、0~1.000 kg/kg
測定ガス圧力 -5~+2 kPa

 

特性 (大気中の酸素濃度測定からの換算値)

繰返し性 ±1 vol%H2O
直線性 ±2 vol%H2O (使用圧力±0.49 kPa以内)
ドリフト ゼロ、スパンとも ±3 vol%H2O/月
応答速度(90%) 5秒以内

 

測定原理

固体電解質(ジルコニア素子)は高温で酸素イオンに対して導電性を示しますので、ジルコニア素子の内外面に白金系の電極を付けて加熱し、素子内外に酸素分圧の異なるガスを接触させますと、酸素イオンが分圧の高い方から低い方へ流れて電圧を発生します。
ジルコニア素子の測定電極面に試料ガスを導入し、基準電極面に空気(21.0 vol%O2)を流通させますと、両電極間に生ずる起電力E(mV)は次のNernstの式で与えられます。

測定原理

本湿度計の場合、試料ガスは、水蒸気と空気との2成分ですので

測定原理

測定原理

関連情報

ジルコニア式高温湿度計の測定原理について
(an-zr22humid-01-measurement-principle)
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...
(1)水分量の定義 大気中の水蒸気体積分率と同じです。 (2)混合比(絶対湿度)の定義 湿り空気中に含まれている水蒸気の質量と、その湿り空気から水蒸気除いた乾燥空気だけの質量との比を表したもの。 (3)相対湿度の定義 湿り空気中の水蒸気分圧pと飽和水蒸気圧psとの比を百分率で表したもの。 ...
「露点」とは、湿り空気中の水蒸気が結露する温度です。 また、露点は湿り空気中の水蒸気圧と水の飽和水蒸気圧が等しくなる温度と定義することができます。湿り空気中の水蒸気圧p(kPa)は、水分量W(vol%H2O)とガス絶対圧力P(kPa)から求めます。 p=PW また、一成分系液体の飽和水蒸気圧と温度の関係は、下記の実験式(Antoineの式)で表されます。 p : 水蒸気圧p(kPa) t : 温度(℃) A, B, C : Antoine定数(実験的に定める定数) 水の場合、A=7....
ジルコニア式高温湿度計で測定する場合の測定ガスの条件は下記の通りです。 測定ガス温度:0~700℃ 測定ガス圧力:-5~2kPa
酸素濃度 測定範囲:0.01~100 vol%O2 最小出力レンジ:0~5 vol%O2 最大出力レンジ:0~100 vol%O2 上記の範囲内で、1 vol%O2単位で任意に設定できます。 また、パーシャルレンジも可能です。 水分量 測定範囲:0~100 vol%H2O 最小出力レンジ:0~25 vol% H2O 最大出力レンジ:0~100 vol% H2O 上記の範囲内で、1 vol% H2O単位で任意に設定できます。 また、パーシャルレンジも可能です。 混合比 測定範囲:0~1...
ジルコニア式高温湿度計変換器 ZR402Gには、4~20mA DC(最大負荷抵抗:550Ω)の電流出力が2点あります。 出力項目は、下記から選択できます。 なお、工場出荷時は、2点とも「水分量」に設定されています。 酸素濃度 水分量 混合比 さらに、以下の出力機能も設定することができます。 スムージング係数の設定 測定値が急変するような場合、その値をそのままコントロールに使用するとオン・オフ動作が頻繁になるなどの弊害が生ずることがあります。このような場合は、適...
暖機中、校正中およびエラー発生などのとき、出力信号を直前の測定値またはあらかじめ設定した値に保持することができます。ただし、出力1と出力2を個別に設定することはできません。 下表に、機器の状態と設定可能なアナログ出力の保持値の関係を示します。 ...
ジルコニア式高温湿度計変換器 ZR402Gは、接点入力を2点まで接続できます。 接点入力は、外部からドライ接点信号(無電圧接点)受けることによって、あらかじめ設定された機能を実行します。 下表に設定項目および機能の一覧を示します。 ...
ジルコニア式高温湿度計変換器 ZR402Gには、接点出力が4点用意されています。 接点出力1~3は、常時励磁にするか常時非励磁にするかを選択することができます。また、設定項目も選択することができます。 接点出力4は常時励磁で、設定項目も「エラー」に固定されています。 設定できる項目は下記のとおりです。 アラーム関係 上上限警報 上限警報 下限警報 下下限警報 校正係数警報 起電力安定時間オーバー エラー その他の設定 暖機中 校正...
ジルコニア式高温湿度計変換器 ZR402Gは、自己診断機能によってエラーや警報を検出することができます。 (1)エラー エラーとは、検出器のセル(センサ)やヒータ、あるいは変換器の内部回路など、検出器または変換器本体に異常が発生した可能性がある場合に検出されます。 エラーが発生した場合、ZR402Gは次のことを行います。 システムの安全確保のため、検出器ヒータへの電源供給を停止します。 画面上にエラーマーク()を点滅させ、エラーの発生を知らせます。 「接点出力の設定」でエラーが設定さ...
旧製品(検出器:ZO21D、変換器:HA400)のリプレースにあたっては、次の事項に注意してください。 旧変換器(HA400)を残して、検出器のみZR22Gにリプレースする場合 ROMの交換と冷接点温度補償ボードの取り付けが必要です。 この作業は、弊社サービスに依頼することをお奨めします。 ROMの部品番号: K9293HP(湿度の単位:vol%H2O、使用言語:日本語の場合) K9293HQ(湿度の単位:vol%H2O、使用言語:英語の場合) K9293HT(湿度の単位...
酸素濃度計の中で、「CEマーク」を付している製品は下記のとおりです。 ZR402G 分離型ジルコニア式酸素濃度計 変換器 ZR202G 一体型ジルコニア式酸素濃度計 AV550G ジルコニア式酸素濃度計 アベレージングコンバータ OX400   低濃度ジルコニア式酸素濃度計 TDLS8000 レーザガス分析計 [参考]CEマーキングとは ヨーロッパ連合(EU)地域で販売される指定製品に貼付を義務付けられている安全マークのことです。 従来、EU地域では、各々独...
測定時のジルコニア式酸素濃度計のセンサ(ジルコニア素子)は、700~750℃に加熱されています。 一酸化炭素、水素およびメタンなどの可燃性ガスが存在していると、これらのガスは検出器内で燃焼して酸素を消費するため、酸素濃度計の測定値は実際より小さな値を示します。 したがって、ジルコニア式酸素濃度計は、共存する可燃性ガスの影響を無視できる場合、あるいは影響分を補正できる場合に採用してください。 一般に、ボイラや工業炉などの熱設備から排出される燃焼排ガスは完全燃焼しているので、酸素に比べて一酸化炭素な...
ジルコニア式酸素濃度計では、酸素濃度値が明確で常に一定しているガスを比較ガスにします。通常は、比較ガスとして空気が用いられます。 乾燥空気の酸素濃度は20.95%の一定値ですが、一般に空気には水蒸気が含まれており、この水蒸気が含まれた空気の酸素濃度は温度や湿度によって変わります。 ジルコニア式酸素濃度計は、比較ガス(空気)の温度および湿度が、校正時と測定時とで大きく異なっていると測定誤差が生じます。 計装用空気を比較ガスとする場合は、この誤差は無視することができますが、比較ガスとして計装用空気を...
プラントの運転休止時にジルコニア式酸素濃度計の運転も停止させてしまうと、検出器の接ガス部で結露が生じ、ダスト等を付着させることがあります。この状態で運転を再開すると、センサに付着していたダストが固着して、センサの性能を著しく劣化させてしまいます。 また、凝縮水が溜まっていると、熱ショックでセンサが破損し使用不能となってしまいます。 ジルコニア式酸素濃度計の運転を止めるときは、次の処置を行うことが大切です。 ジルコニア式酸素濃度計の電源は、供給したままにしておきます。 また、比較空気も流し...
定期的に運転、休止を繰り返すようなアプリケーションで使用する場合は、ジルコニア式酸素濃度計には電源を連続して供給してください。センサ周りに不要な温度変化がかかるのを避けるためです。 また、校正用ガス(計装空気)を流しておくことを推奨します。 ...
ジルコニア式酸素濃度計の校正の概要
(an-zr-06-calibration-overview)
ジルコニア式酸素濃度計のセンサ(セル)起電力は、ネルンスト(Nernst)の式によっています。 センサ(セル)を700~750℃に加熱し、比較ガスに空気を用いたときの測定ガスの酸素濃度とセンサ(セル)起電力の関係は、下図のようになります。 しかし、これは理論上のことであり、実際のセンサ(セル)起電力は理論値からずれているのが普通です。 また、使用時間の経過とともにセンサが劣化し、起電力も変化してきます。そのため、校正用ガスを使った校正を行い、理論値とのずれを補正する必要があります。 測定...
ジルコニア式酸素濃度計の校正には、酸素濃度の明確なガスを使用します。 通常は、酸素濃度の低い「ゼロガス」と酸素濃度の高い「スパンガス」の2種類のガスを用いて行います(2点校正)。 また、どちらか一方のガスを用いて校正する1点校正もできますが、この場合でも初回またはセンサ交換後、必ず2種類のガスを用いた2点校正を行ってください。 通常、「ゼロガス」および「スパンガス」は、下記のガスを使用します。 ゼロガス :酸素濃度0.95~1.0vol% O2で、残りがチッソガス(N2) スパンガス:計...
ジルコニア式酸素濃度計の校正は、ゼロガスおよびスパンガスを用いた2点校正とスパンガスだけを用いて行う簡略的な1点校正があります。 (1)2点校正: 下図に、ゼロガスおよびスパンガスを用いた2点校正の場合を示します。 酸素濃度p1のスパンガスに対するセル起電力と酸素濃度p2のゼロガスに対するセル起電力を測定し、これらの2点間を通る検量線を求めます。 その後、この補正前検量線を、理論値に基づく理論検量線と一致するように補正します。 なお、図に示すA、B、Cから、 B/A×100 (%)...
炉内圧が高い場合、あるいは炉内圧力変動がある場合は、炉内と比較空気との圧力バランスがくずれ、酸素濃度を正確に測定することが困難になります。このような場合は、検出器の圧力補正機能を使用して、比較空気を炉内に戻すことにより、炉内と比較空気側との圧力バランスを保ち、信頼性の高い測定をすることができます。この機能を使用することで、炉内圧力250kPaまでの測定が可能になりました。 圧力補償方式 ...
ジルコニアセルを交換した場合は、必ず、「ゼロガス」および「スパンガス」を用いた2点校正を実施してください。 なお、校正は通常測定している状態(炉に取り付けている場合は、炉の運転状態)で行ってください。 ...
回収ボイラやセメントキルンなどのように、測定ガス中に多量のダストを含んでいる場合、プローブの目詰まりが短時間で生じます。これを防ぐためには、ダストの除去を空気圧で行うブローバックが有効です。 ジルコニア式酸素濃度計のブローバックの動作モードには、次の2通りの方法があります。 半自動ブローバック: タッチパネルからの操作、または接点入力信号によってブローバックをスタートさせ、その後、あらかじめ設定してあるブローバック時間および安定時間に基づいて、一連のブローバック動作を行います。 自動...
日常のメンテナンスに必要な下記の情報を表示できます。 これらの情報を基に、校正の周期を決めることやジルコニアセルの準備などをタイムリーに行うことができます。 (1)スパン点補正率およびゼロ点補正率 センサ(セル)の劣化度合いの目安となるデータです。 下図の補正可能範囲を超えたとき、そのセンサは使用不可能となります。 スパン点補正率およびゼロ点補正率は、各校正を行ったときのデータを基にして求めます。 スパン点補正およびゼロ点補正 (2)セル応答時間 校正時に、下図に示す要領で求めます...
ジルコニア式酸素濃度計の校正の動作モードには、次の3通りの方法があります。 手動校正: ゼロ校正およびスパン校正、またはそのどちらか一方を順次手動で行います。 半自動校正: タッチパネルからの操作、または接点入力信号によって校正をスタートさせ、 あらかじめ設定してある校正時間および安定時間に基づいて、一連の校正動作を行います。 自動校正: 設定した周期で自動的に校正を行います。 校正時間などの設定は、下記のように行います。 (1) 手動校正の場合 「出力安定時間」を設定します。 「出力...
酸素濃度の測定は、省エネルギー・大気汚染防止・安全管理および品質管理などの目的で広く行われています。 下記に、測定方式別の主なアプリケーション例を列記します。 濃淡電池式ジルコニア式酸素濃度計   パッケージボイラの燃焼管理   発電ボイラの燃焼管理・燃焼制御   微粉炭ボイラの燃焼管理・燃焼制御   鉄鋼 熱風炉の燃焼管理・燃焼制御   鉄鋼 コークス炉の加熱燃焼排ガスの管理   鉄鋼 加熱炉および均熱炉の低酸素濃度管理   鉄鋼 焼結炉の漏風検知   石灰キルンの燃焼管理   セメントキル...
燃料の燃焼による排ガス中には、燃料中の炭化水素や水素の燃焼で生じた水蒸気が含まれています。 ジルコニア式酸素濃度計のように、煙道中のガスを直接測定するような場合は、水分を含んだままの排ガスを測定しています。このような条件での測定値は、「湿りガスベース」の値と呼ばれます。 一方、排ガスをサンプリングして測定するタイプの濃度計では、試料ガスは濃度計に導かれる過程で常温までガス温度が下げられ、凝縮水となった水分も試料ガスから除去されます。このように、水分を除去して測定した値は、「乾きガスベース」の値と...
酸素濃度計の校正証明書は、下記製品について発行できます。 対象製品 ZR402G 分離型ジルコニア式酸素濃度計 変換器 ZR202G 一体型ジルコニア式酸素濃度計 ZS8C 防爆形ジルコニア式酸素濃度計 変換器 AV550G ジルコニア式酸素濃度計 アベレージングコンバータ TDLS8000 レーザガス分析計 校正証明書の種類としては、下記の4種類が用意できます。 なお、国家検定標準物質を使用しての校正証明書の発行には対応できません。 国家標準との関係を自己宣言したもの...
酸素濃度の測定方式 現在市販されている酸素濃度計の測定方法を分類すると下記のようになります。 ジルコニア式: 濃淡電池式 (弊社製品形名:ZR22G/ZR402G, ZR202G, ZS8D/ZS8C, OX400) 限界電流式 (弊社製品形名:OX100, OX102) 磁気式: 磁気流量比式 (弊社製品形名:MG8G, MG8E) 磁気風式 磁気力式ダンベル形 レーザ分光式: レーザ分光式(弊社製品形名:TDLS8000, TDLS8100) 電極式: ガルバニ電池式 ポー...
空気比とは、燃料を完全に燃焼させるために理論的に必要な空気量(理論空気量)と実際に燃焼用として送り込まれた空気量との比をいいます。 空気比mは、次式によって算出されます。 このように、空気比は排ガス中の酸素濃度を測定することで求めることができます。 図1.空気比と熱効率の関係 図に空気比と熱効率の関係を示します。 燃焼制御において、燃焼用空気が少ない場合(空気比が小さい領域)、燃料は不完全燃焼となり、黒煙が発生します。これによりエネルギー損失が起こり、公害の問題も発生します。 ...

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