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高品質な製品を得たり、装置が正常に動作したりするために、石油化学、電力、電子、航空宇宙、冶金、繊維など多くの産業分野で湿度測定への要求が高まっている。そのため、湿度測定は徐々に新興の技術分野となってきており、1986年に我が国では湿度・水分専門委員会が正式に設立され、数多くの学術交流会が開催されている。また、湿度に関する計量検定規程も段階的に整備されつつある。関連する規程によると、湿度とは気体中の水蒸気含有量と定義され、一般的な単位にはグラム/リットル、PPM、mmHg、露点、相対湿度などがある。*通常、露点-20℃を境にして測定されるガスを高湿度ガスと低湿度ガス(すなわち微量の水分)に分けますが、ここでは低湿度ガスの測定に焦点を当てて解説します。 鏡面式露点計 異なる水分含有量のガスは、異なる温度において鏡面に結露する。光電検出技術を用いて結露層を検出し、結露時の温度を測定して露点を直接表示します。鏡面冷却の方法には、半導体冷却、液体窒素冷却、高圧空気冷却がある。鏡面式露点計は直接測定方式を採用しており、露点の正確な検出、鏡面による高効率な冷却、そして凝結温度の精密な測定を実現することで、標準的な露点計として使用することができます。国際的には最高精度が±0.1℃(露点温度)に達し、一般的な精度は±0.5℃以内です。 電気センサ式露点計は、親水性材料または撥水性材料を媒体として用い、容量や抵抗を構成する。水分を含んだガスが流れると、誘電率や電気伝導度が変化し、その時の容量値や抵抗値を測定することで、その時点でのガス中の水分含有量を知ることができる。露点単位制に基づいて設計されたこの種のセンサーが、電気センサ式露点分析計を構成している。国際的には最高精度が±1.0℃(露点温度)に達し、一般的な精度は±3℃以内です。 電解法露点計は、リン酸五酸化物などの材料が水分を吸収して極性分子に分解され、それによって電極上に電荷が蓄積される特性を利用し、絶対含湿量単位体系に基づいた電解法微量水分計が開発されました。 水晶発振式露点計は、水晶が湿潤すると振動周波数が変化する特性を利用して、水晶発振式露点計を設計することができる。これは比較的新しい技術で、まだ十分に成熟していない段階です。海外には関連製品があるが、精度が低くコストも高い。 赤外線露点計は、ガス中の水分が赤外線スペクトルを吸収する特性を利用して、赤外線式の露点計として設計することができる。この装置では低露点を測定するのが非常に難しく、主な理由は赤外線検出器のピーク検出感度が微量の水分吸収量に達していないこと、そしてガス中の他の成分が赤外線スペクトルの吸収に干渉することにある。しかし、これは非常に新しい技術であり、環境ガス中の水分含有量を非接触でオンラインで測定する上で重要な意味を持っています。 半導体センサーは、各水分子が固有の振動周波数を持っており、それが半導体結晶格子の隙間に入ると、充電によって励起された格子と共鳴を起こす。この共鳴周波数は水のモル数に比例する。水分子の共鳴によって半導体から自由電子が放出され、それにより格子の導電率が上昇し、インピーダンスが低下する。この特性を活用して設計された半導体露点計は、-100℃の露点にある微量の水分を測定できる。