導入
オキシメーターは、ガス混合物または液体中の分子状酸素の濃度を測定するための装置です。
このタイプの測定は、たとえば実験室 (物理化学分析など) や産業において、人々の保護やプロセス制御のために使用されます。酸素濃度計は、スキューバ ダイビングや水族館の飼育など、多くのレジャー活動にも使用されています。
酸素レベル ( O 2 ) の制御も、内燃エンジンを調整するための重要なパラメータです。ほとんどの最新のエンジンには酸素センサー (ラムダ センサー) も搭載されています。これらのプローブからの情報は、燃料噴射と燃焼を最適に制御するためにエンジン制御ユニットによって使用されます。
測定原理
用途が多様であるため、酸素レベルを測定するためにさまざまな原理が使用されます。
常磁性酸素濃度計
このタイプのデバイスは酸素の磁気特性を利用します。これらは一般に、実験室での使用のために予約された高価でかさばる装置です。
燃料電池酸素濃度計
このタイプの装置は、測定対象の混合物中の酸素を電池の構成要素の 1 つとして使用する燃料電池を使用します。この原理は一般に、軽量 (1 キログラム未満) で安価な現場測定装置の製造に適しています。
次に、酸素セルがプローブに組み込まれ、多くの場合、温度に依存しない応答を保証する追加のコンポーネント (サーミスタ、補償ネットワーク) が装備されます。センサーと補償コンポーネントをコンパクトなパッケージに統合することで、これらすべてのコンポーネントの温度を一定に保ち、混合気中の酸素レベルに比例した電圧を供給することが可能になります。
そこから、酸素レベルの測定は血圧の測定と似ています。
実際には、状況はもう少し複雑です。
- プローブは時間の経過とともに一定の応答を持たず、センサーはバッテリーの原理で動作し、その成分の消費に敏感です。
- 同じモデルの 2 つのプローブでは、製造公差により出力電圧にばらつきが生じる場合があります。
- 測定は環境(温度、湿度など) の影響を受ける可能性があります。
これには、基準ガスに基づいてデバイスを調整できるようにする校正システムを追加する必要があります。多くの場合、このタイプのデバイスでは、一連の測定の前に校正が必要になります。
さらに、バッテリ出力電圧の範囲は、通常、直接表示には使用できません。したがって、センサー電圧を使用可能な読み取り値 (通常はパーセンテージ) に変換するシステムを使用する必要があります。このタイプのセンサーの直線性により、多くの場合、測定値の校正や置き換えのために、調整可能なスケールを備えた単純なアンプやミリボルトメーターを使用することができます。
これにより、次の一般的な図が得られます。 
電流測定酸素濃度計
電流測定式酸素濃度計は、酸素の流れが通過する酸化ジルコニウム(ZrO 2 ) をベースとした多孔質セラミックの導電率の変化を利用します。電流は、電極によって構成される拡散障壁を横切る酸素分子の数と、ガス供給チャネルの形状の直接関数です。
このタイプの装置は一般に高温範囲で動作するように設計されており、高温ガス、特に熱機関の排気ガスの測定に特に適しています。
これらのセンサーは、自動車業界では「ラムダ センサー」として知られています。
光学発光オキシメータ
光ルミネッセンスと呼ばれるこの革新的なプロセスでは、1950 年代に開発された古典的な技術と比較して、膜の校正や交換の必要がありません。測定原理は、青色光によって不活性な支持体上にある感光性分子の励起に基づいています。この錯体は反応して赤色光を発します (ルミネッセンスと呼ばれる現象)。次に、青色光と赤色光の間の位相シフトを測定します。これは媒体中の酸素濃度に比例します。
この技術の主な利点は、酸素を消費しないことです。このため、この技術は、非常に低い酸素レベルまたは停滞した環境を測定するための参照方法となっています。この技術を習得している主な企業 2 社は、 ODO技術を備えたフランスの PONSEL と、LDO 技術を備えたドイツの HACH LANGE です。
比色酸素濃度測定 (医薬品)
比色酸素濃度測定では、色の変化により血液の酸素含有量 (飽和度) を測定できます。
電気化学拡散センサーオキシメータ
このタイプはコンパクトで安価なので、研究室や産業などでよく使用されます。
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