【測定用語辞典】酸素濃度計の測定方式｜飯島電子工業株式会社

酸素濃度計の方式には主に、隔膜電極式、磁気式、ジルコニア式があります。以下に簡単に紹介します。

隔膜電極式は、電極に、酸素/溶存酸素だけを通過させる隔膜（フッ素脂膜）を介した電解液中に2種類の金属を浸し、金属間に発生する電流値から酸素濃度を求める方式です。通過した酸素量は、測定するガスの「酸素分圧」に比例するため、酸素分圧を酸素濃度に換算して測定値として出力します。

溶存酸素（DO）の測定方法　においても、同じようにこの隔膜電極式が使われています。

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磁気式は、常磁性の大きい酸素分子が磁界内で磁化された際に生じる吸引力を利用して酸素濃度を連続的に求めるもので、磁気風方式と磁気力方式とに分けられます。磁気式は、酸素が他のガスに比べ磁化率が大きいことを利用しており、磁化率の弱い他ガスの干渉を受けにくい特徴があります。

まず、磁気風方式は、不均等磁界内で吸引された酸素分子の一部が加熱されて、磁性を失うことによって生じる磁気風の強さを熱線素子によって検出する方法です。

そして、磁気力方式は、さらにダンベル形と圧力検出形に分類されます。
ダンベル形は、ダンベルと試料ガス中の酸素分子の体積磁化率の差によって、ダンベルに生じる力を検出して酸素濃度を求める方式です。可燃性ガスの影響を受けず、炭素・水素等の熱伝導度の大きいガスの影響を受けません。

圧力検出形は、不均等磁界内に試料ガスと、窒素、空気などの磁化率の一定な補助ガスとの界面を形成し、その界面に作用する力が試料ガス中の酸素濃度に比例することを利用して酸素濃度を測定する方式です。界面の圧力差の変化分を測定信号として取り出し、熱線素子またはサーミスタ、コンデンサマイクロホン形検出器などを用いて測定します。検出部が試料ガスに触れないので、試料ガスの腐食性などの影響なく測定できるのが特徴です。

ジルコニア素子が高温で酸素イオンによる導電性を示す性質を利用する測定方式です。高温に加熱されたジルコニア素子の両端に電極を設け、その一方に試料ガス、他方に空気等の基準ガスを流して酸素濃度差を与え、両極間に生じる起電力を検出して酸素濃度を測定します。ジルコニア式の場合、高温下での使用に適しているため高温気体中に直接挿入して使うようなインライン測定に向いています。しかし、高温で酸素と反応する可燃性ガス（一酸化炭素、メタンなど）またはジルコニア素子を腐食するガス（二酸化硫黄など）を含む場合は測定に向きません。

ジルコニア式には濃淡電池式と限界電流式があります。

濃淡電池式は、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濃度差のあるガスを接触させ、濃度の高い側で起こる還元反応と、濃度の低い側で起こる酸化反応における電極間の起電力から、酸素濃度を求めることができます。
限界電流式の場合、一方の電極からの酸素ガス量を制限すると、電圧を増加しても電流が一定値になる飽和現象が現れ（限界電流）、周囲の酸素濃度に比例することから、一定の電圧を印加すれば流れる電流値から酸素濃度を検出できる方式です。

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