利用者:たくかわ/sandbox
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概要[編集]
空気などに含まれる酸素の濃度を計測するためにあり、ガルバニ電池式・ジルコニア式のように複数の種類がある。
原理[編集]
ガルバニ電池式・ジルコニア式があり、それぞれ精度、感度、コストにおいて一長一短がある。
ガルバニ電池式[編集]
一種の燃料電池で測定ガスの酸素分圧に応じて変化する電流値を計測する事により、酸素濃度を測定する[1]。
- 陽極：Pb + 2OH- → Pb2+ + H2O + 2e-
- 陰極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
高温での作動には適さないのでエンジンの排気ガス中の酸素濃度の監視には不向き。
ジルコニア式[編集]
作動原理は電解質溶液を用いた一種の濃淡電池で、イオンの濃度差で電圧が電極間に生じる現象を応用する[2]。
構造は安定化ジルコニア製円筒の内外面に多孔質の白金電極を取り付けた単純な構造で、高温下での使用に適する。作動するためには固体電解質が機能する500℃以上に維持しなければならない[2]。
500℃以上の高温状態において固体電解質（イオン導電性固体）の性質を有する安定化ジルコニアは選択的に酸素イオン（O2−）のみを通すので円筒固体電解質の内外に酸素濃度差があれば、還元反応により濃度の高い側の電極で酸素分子（O2）は電子を受け取り酸素イオン（O2−）になり、濃度の低い側の電極では酸化反応により酸素イオン（O2−）が電子を渡して酸素分子（O2）に戻る[2]。
- 高濃度側 O2＋4e→2O2−（還元反応）
- 低濃度側 2O2−→O2＋4e（酸化反応）
濃淡電池の起電力と溶液中のイオン活量との関係を示すネルンストの式を流用した以下の式で起電力が示される[2]。
- E＝（RT／nF ）ln（PR／PM ）
- E：起電力[V]
- R：気体定数＝8.3145[J・mol−1･K−1]
- T：絶対温度[K]
- n：反応に含まれる電子数（上記反応ではn＝4）
- F：ファラデー定数＝9.649×104[C･mol−1]
- PR：基準ガス中の酸素濃度[％]
- PM：被測定ガス中の酸素濃度[％]
用途[編集]
代表的なメーカー[編集]
脚注[編集]
- ^ ガルバニ電池式酸素センサー
- ^ a b c d ジルコニア式酸素濃度計の話