静電容量式水分(露点)測定の測定原理

「露点」（ろてん/dewpoint）とは、何でしょうか？
露点は、「湿度」の表し方の一つです。日常生活で触れることのない単語ではないでしょうか？

湿度とは、大気中の水分量（水蒸気量）を表したものです。
「湿度（水分）」は、気象変化、生活環境（空調）、食品といった日常生活範囲だけではなく、鋼鉄や石油化学、電力、紙パルプ、自動車、航空、文化財保護など様々な工業など諸産業にも影響を与えています。
産業に求められる品質が高くなるにつれ、正確な水分管理（測定）や微量水分域での測定が求められるようになりました。

センサーエレメント部に静電容量回路を使用することから静電容量式露点計と呼ばれます。
センサーエレメント部に使用される素材は、金属酸化物（酸化アルミ-Al₂O₃）タイプと高分子膜タイプの2種類が一般的です。
露点測定範囲が　-120℃dp～+60℃dp　と広く、オンライン型からポータブル型と機種選択の幅が広く、他の測定形式に比べ比較的安価であり、簡単に取り付けることが出来るため、最も多くのアプリケーションで導入されている露点計です。

センサーエレメント部に金属酸化物（酸化アルミ）を使用している製品は、その酸化アルミの特性上から鏡面冷却式や水晶発振式に比べて短期間での校正作業が求められます。
センサーエレメント部に高分子膜を使用している製品は、金属酸化物エレメントタイプに比べ経年変化が穏やかなのが特長ですが、一般的に低露点域といわれる-70℃dp以下での測定には不向きです。

原理はセラミック基板上の導電性レイヤーに挟まれるサンドウィッチ構造で、多孔性レイヤーに吸収された水分の検出をします。
この活性レイヤーは1μと超薄膜構造で、被計測ガス中の水分計測を再現性良く、精密に行うために制作された最上部の数 Åの多孔レイヤーをしてガス中の水分が伝達されます。　電導性レイヤーにおける水分の吸着/脱離に素早く反応し回路上のインピーダンス変化より正確な水分濃度を検知します。

簡単にまとめると、酸化アルミ-Al₂O₃は、水分を選択的に吸着する特性をもっています。その特性を利用して、静電容量式回路で水分が付着することで変化するインピーダンスを読取、値を露点として取得しています。

• 多孔質の水分感応部（吸着部）を持つセンサタイプ
• この感応部は酸化アルミニウム、または他の金属酸化物を使用しているケースが大半（一部高分子膜、樹脂材を使用）
• ガス中の水分量の変化に伴い、この水分感応部にて水分の吸着または放出（脱離）が起こり平衡に達する時がそのガス中の露点又は水分量(水蒸気分圧に対応)となる
• 水分の変化は感応部に施された電気回路上の静電容量・電気抵抗値(インピーダンス)　変化として測定される
• 当該センサの示す静電容量・電気抵抗は水分発生器により規定された基準露点に対して、標準器と比較校正された目盛り付けにより決定される(校正)