【磁気・ジルコニア】酸素濃度計の種類と使う場所

制御計装設計

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、酸素濃度計について知ることができます。

結論

酸素濃度計は磁気式・ジルコニア式などがある。

いずれもプロセス気体を高温にして測定。

ドレンやちりほこりに弱い

はじめに

流量計・温度計・圧力計・液面計のプロセス4大計器以外にも

色々な計器を使います。

そのほとんどは分析計という位置づけです。

今回は酸素濃度計について紹介します。

酸素濃度

空気中は21%

酸素は誰もが知っている元素の1つでしょう。

人間が生きていく上で欠かせませんからね。

空気中には21%の酸素が含まれています。

これは化学工場では、酸素欠乏作業時に極めて重要となる数値です。

タンク内に入って清掃点検を行う作業です。

ポータブル酸素濃度計で、タンク内の酸素濃度を測り、21%であることを確認してから、タンク内に入ります。

18%くらいまでは人体に大きな影響はありませんが、管理者は21%少なくとも20%でないとタンク内に作業者を入らせません。

酸素欠乏危険作業を知っている普通の感覚の人なら絶対にそうします。

プロセス系内は5%以下

空気中では酸素は21%であることが普通です。

プロセス内ではどうでしょうか?

火災爆発の危険性を徹底的につぶすために、系内を窒素置換します。

この合格点として酸素濃度が重要。

普通の会社なら5%以下の酸素濃度を基準とします。

必要な酸素濃度はプロセス液によって変わります。

少なくとも一般的な危険物4類の油であれば、大体が10%前後です。

そこで、安全率も加味して分かりやすい数字として5%を選ぶのは、現場での管理上は非常に合理的。

爆発範囲の広い水素などでは、例外的にこの値を厳しくします。

こういう場面では。窒素置換を他の系とは重み付けを変えていたりします。

磁気式

磁気式の原理は磁気風です。

この辺は、化学工場の計装エンジニアでも理解している人は少ないので、機械エンジニアはあまり理解していなくて十分です。

私も覚えているわけではありません。

  • 酸素を含む測定気体を磁石で引っ張る
  • 測定気体を加熱
  • 酸素は加熱すると磁化率が低下
  • 磁化率の違いにより、磁気風が発生
  • 磁気風をホイートストンブリッジ等の抵抗変化として検出

酸素濃度に比例して、磁気風が発生し、磁気風により電気抵抗を変える。

というのが簡単な仕組みです。

気体を加熱している以上、危険性を伴います。

ドレン・ちりほこりなどの異物を極端に嫌います。

嫌っているのは、実は個人的な理由だったりしますけど…。

ジルコニア式

ジルコニアはセラミックの1つです。

ジルコニア式の酸素濃度計は、ジルコニアに酸素を通すことで導電性を示すイオン電導という原理を使います。

  • 酸素を含む測定気体を加熱したジルコニアセラミックに遠す。
  • 加熱した酸素はイオン化して、イオン電導が起こる
  • イオン電導による起電力が、酸素濃度に比例

でました。加熱。

磁気式と似たような原理に見えます。

ということで、ドレン・ちりほこりに弱い点も同じです。

セラミック中を気体が流れるため、異物に弱いのは当然でしょう。

おわりに

機電系設計者・プラントエンジニアとしては酸素濃度計は。プロセス流体を加熱しているということだけ理解していれば十分です。

加熱しているというだけで危険性があり危ない、という理解をするのが普通のエンジニアだからです。

磁気風とかイオン電導という単語が出ると、100℃や200℃の世界でないことは、普通のエンジニアならわかります。

その感覚を持っているだけで十分だと思います。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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