超音波によるガス分析

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  超音波式ガス濃度計の多彩な製品ラインナップを一覧でご紹介しています。

  

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  「高濃度ヘリウムの濃度測定がしたい」など用途ごとの最適機種をご案内しています。

  

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  お客様からよくいただく疑問・質問にお答えしています。

  

一般的に音速は約340m/s と知られていますが、これは私たちが生活している空気中、すなわち酸素約21%、窒素約79%、温度25℃での速度です。
ガスの組成や温度が変化すれば音速も変化します。

この特性を利用したのが超音波式ガス濃度計です。

送信用センサーと受信用センサーを対向させて配置し、送信センサーから超音波を発信します。
超音波がガス中を通過し、受信センサーに到達する時間を計測します。

センサー間の距離が既知であるため、音速を求めることができます。

平均分子量が解れば、２種混合ガスの濃度を求めることができます。
酸素50%、窒素50%、ガス温度25℃の環境下で音速測定をすれば、音速は339.919m/s になります。
この音速値を上式に代入すれば平均分子量が約30 となります。

酸素と窒素の分子量差が約４ですので、平均分子量の30から窒素の分子量28を引いて、4で割れば酸素濃度が約50%と求められます。

上記の説明では窒素中の酸素濃度測定を例にあげましたが、超音波式ガス濃度計は原理的にあらゆる２種混合ガスの測定が可能です。
測定分解能は、測定する混合ガスの分子量の差が大きいほど向上します。
ガス温度25℃における酸素100%の音速は329.23m/s、窒素100%は351.88m/s、水素100%は1316.93m/sです。
センサー間の距離が10 ㎝の場合、酸素窒素混合ガスの到達時間差は約20μSとなります。
スキャンタイムが0.2μSのCPUであれば、100カウントしか測定できないため、分解能は1%となります。
水素窒素混合ガスであれば到達時間差は約208μSとなり、スキャンタイムが同じCPUであれば約1000カウントの測定ができ、分解能は0.1%となります。
CPUのスキャンタイムが0.02μSであれば酸素窒素混合ガスでも約1000カウントの時間測定ができるため、分解能は 0.1%となります。
またセンサーの長さを10㎝から20㎝に延ばせば到達時間差も20μSから40μSとなり、同じスキャンタイム0.2μSのCPUであっても倍の分解能が得られます。
このように、超音波式ガス濃度計にはまだまだ性能をあげる要素があり、今後の用途の広がりが期待されています。

酸素(O₂)、窒素(N₂)、水素(H₂)、二酸化炭素(CO₂)、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、クリプトン(Kr)、ネオン(Ne)、六弗化硫黄(SF₆)、四弗化炭素(CF₄)、亜酸化窒素(笑気ガス,N₂O)