酸素濃度測定｜ジルコニア式酸素濃度計

ジルコニアセラミックスは赤熱された状態でその結晶構造中で酸素イオンが移動しやすくなり、セルの内外面の酸素分圧の差により電圧（セル電圧）を生じる酸素濃淡電池となります。
セルの内側に大気、外側にサンプルガスを接触させる事により大気の酸素濃度を基準にした電圧を発生させる事ができます。これは、以下の式によって表すことができます。

Eはジルコニアセラミックスが発生する電圧（mV）、Ｔはセルの絶対温度、大気の酸素濃度は一定ですから、セル温度が一定であればセル電圧も一定です。
逆算することによりサンプルガスの酸素濃度を知ることができます。
したがって検出セルは両側が大気の時、理論的にはセル電圧は0mVになり、サンプルガスの酸素濃度が大気に対して低くなるにしたがいセル電圧は大きくなります。

金属の熱処理工程、またはセラミック焼成に還元雰囲気が用いられますが、TBセンサーではH2雰囲気、H2＋不活性ガス、CO/CO₂雰囲気中におけるH2-1/2 O₂⇔H2O、CO＋1/2 O₂⇔CO₂から解離して生じる1×10^-20 atmO₂以下の酸素分圧を測定し、酸化⇔還元の判断、雰囲気管理を行う事ができます。
（高精度の還元雰囲気測定には「DG-R」シリーズが適しています。）

本計器はサンプルガスの酸素分圧を測定します。
したがって同じ酸素濃度のガスでも圧力が変化すればその圧力に応じた酸素分圧の起電力が発生します。
たとえば大気（約21%O₂）を1Torrまで減圧しますと、大気圧は760Torrですから21×1/760=0.027%O₂の指示が得られる事になります。
TB-ⅡFでＣＶＤの排気ラインで1×10^-3Torr、TB-ⅡVでは、真空炉直接取り付けで1×10^-6Torrでの実績があります。

直火雰囲気炉でm値（空燃比）1以下の燃焼条件では CO＋H2/CO₂+H2Oから解離して生じる10^-10以下の酸素分圧測定によりCO+H2%の測定が可能です。
1%(CO＋H2)＋0.5%O₂=1%(CO＋H2O)になりますので、1%(CO＋H2)を-0.5%O₂に置き換え、-O₂%のレンジで表すこともできます。
また、m値1の当量燃焼を目標の場合はゼロ点を中心に-02%～0～＋02%のレンジ製作もできますのでご相談ください。

ジルコニアディスクを一定温度に加熱し、白金電極に一定電圧を印加すると、ポンピング作用により酸素イオンをキャリヤとする電流が流れ、キャップ内の酸素が排出されて小孔から拡散する酸素とバランスする電流が流れます。（下図1及び2をご参照）
この酸素濃度の変化に対応した電流変化を増幅し、メーター内の折れ線ソフトでリニアライズして酸素濃度の表示をしています。