もいすちゅ〜の水分講座

計測器について

露点計・湿度計の
種類

露点計・湿度計は、JISZ8806で定義されております。
今回は、JISZ8806の記載内容を盛り込み、ご紹介いたします。

もいすちゅ〜「いろんな種類から選べるでちゅー!」

1 JISZ8806にて定義されている露点計・湿度計に関して

大きく分けて4種類定義されております。

1)水蒸気吸収法

水蒸気を吸収し、質量測定する方法で、大きく露点法・水蒸気圧法に分かれます。
ひょう量式、電解式(五酸化リン式)、カールフィッシャー湿度測定装置があります。

2)熱力学的平衡温度測定

水の蒸発・凝結は、空気の温度・湿度に依存することを用い測定する方法で、大きく露点法・水蒸気圧法に分かれます。
露点法には、定圧冷却式(鏡面冷却露点計,慽式露点計,水晶振動子露点計)、定圧加熱式(塩化リチウム露点計)、定積冷却式、定積脱湿式(ニューマティック・ブリッジ湿度計)、定積加湿式(加水露点計)があります。
水蒸気圧法には、通風乾湿計、乾湿計があります。

3)空気の物性測定

空気の物性(熱伝導率等)により、測定する方法です。
熱伝導率式、電磁波吸収法(紫外線湿度計、赤外線湿度計、マイクロ波湿度計)、超音波湿度計、濃淡電池(ジルコニア)式があります。

4)吸湿性物質の物性測定

感湿素子の電気的特性が吸湿・脱湿によって変化することを利用し、測定する方法です。
インピーダンス法(塩化リチウム電気抵抗式、高分子電気抵抗式、高分子電気容量式、セラミックス電気抵抗式、酸化アルミニウム皮膜)、伸長率法(伸縮式、バイメタル式)、限界電流式、色変化法(塩化コバルト湿度計)、弾性表面波湿度計があります。

2 現在主に使用されている露点計・湿度計

1)静電容量式露点計(酸化アルミニウム)

センサーの材質に酸化アルミニウムを使用しており、水分子量の電気容量を検知し測定しております。
詳しい原理の説明はこちらをご覧ください。
高分子センサーよりも感度が高く、微量水分を検知できますが、応答速が劣ります。用途としては、半導体、グローブボックス、電池製造など常時低露点環境で多く利用されております。
測定範囲は、-100 ℃dp~+20 ℃dpです。

TK-100

図:静電容量式露点計構造図

2)静電容量式露点計(高分子)

センサーの材質に高分子を使用しています。原理は、酸化アルミニウムセンサーと変わりません。高分子式の静電容量式センサーは、周囲の気体中の水分に反応する誘電体の層をもつコンデンサです。この誘電体の層は、理想的には周囲の水分量と同じ比率で水分を吸収するので、これを利用して水分量を検知しています。長所としては、反応速度が速く長期安定性があることです。
しかし、-50 ℃dp以下の低露点領域での測定は酸化アルミニウム式と異なり感度が低いので実測と先読みを融合した計算値を出力します。そのため、自動校正機能がないと精度を維持できません。
測定範囲は、-60 ℃dp~+100 ℃dpです。

TE660

3)鏡面冷却式(ミラー式)露点計

試料気体を冷やすことで、凝結開始時に計測器内の小型の鏡上で露や霜が形成される計測器内にある鏡による光の反射や散乱の起こり方の変化を検出し、測定しています。
詳しい原理の説明はこちらをご覧ください。
露点の原理を直接採用した測定器であるため、標準器として使用されています。測定範囲は、-100 ℃dp~+100 ℃dpです。

MBW373MBW573MBW973MBW473

図:鏡面冷却式(ミラー式)露点計

4)五酸化リン式露点計

五酸化リン式(電解式)水分分析の原理を利用しております。
(1)リン酸は電気分解によって、五酸化リン・水素および酸素を発生する。
4H3PO4→2P2O5+6H2+3O2
(2)五酸化リンは水を吸収する。
2P2O5→6H2O+4H3PO4
センサーはガラスでできており、その周囲に白金電極(オプションでロジウム)が、らせん状に巻かれています。電極の間に塗布された酸素を発生します。
生成した五酸化リンが吸収する水の量と、生成した水素と酸素の量はつりあうため、ファラデーの法則(電気分解された物質の量は、流れた電気量に比例する)を基に、水分量を計測します。腐食に強いので、腐食性のガス中の水分量を測るのに向いています。また、昔からある露点計です。

TMA

図:五酸化リン式露点計

5)レーザー式露点計

TDLASを採用しております。TDLASとは、Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopyの略で波長可変半導体レーザー吸収分光法と呼ばれます。半導体レーザーで発振したレーザー光を測定セル内に照射し、測定セル内を透過してきたレーザー光の強度を計測します。このTDLASにより、水分濃度変化を高速に応答でき、飽和水蒸気量を正確に監視できます。
また、欧米の天然ガスの引き取り価格決定に、早くて正確に水分濃度が測定できる露点計という事で、使用が増えております。測定範囲は、一般的には下限-60 ℃dpまで低い露点を測れます。

Model4010BR

当社が扱う 特徴的な露点計・湿度計の紹介

自動校正付き露点計

30分に1度、露点の出力値のずれを補正するために自動校正を行います。

TE660

ヒーティング式湿度計

検知部がセンサーヒーティング機能により定期的に暖められるため、検知部に結露・ケミカル物質が付着した場合でもこれらの付着物を飛ばし、素早く測定開始時に近い状態に近づけることで長期に渡って安定した測定を可能にできます。

EE33 EE211

様々な露点計・湿度計ラインナップがあるE+E社

オーストリアの会社で、湿度計では世界最大手の一つです。
当社は、E+E社の日本総代理店です。

図:静電容量式露点計構造図
E+E社