2012 Fiscal Year Research-status Report
水晶振動子型水素漏洩検知器の屋外使用のための温度・湿度補正法に関する研究
| Project/Area Number |
24560070
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
鈴木 淳 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (30344154)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 水素 / 新エネルギー / 燃料電池 / 電気自動車 |
|---|
| Research Abstract |
温度変化をより高速かつ敏感に観測するため、水晶振動子に何もカバーを付けない状態の測定子を用いた水晶摩擦圧力計を用いて計測を行った。この水晶摩擦圧力計及び隔膜圧力計の測定子、温湿度センサを恒温恒湿器中に設置し、湿度一定の条件下で温度を変えて測定を行った。湿度一定下で温度を10～60℃の範囲で変えると水晶摩擦圧力計の指示値は温度の増加と共に変化した。一方別途測定した水晶振動子の共振周波数は湿度一定の測定条件では温度と良い相関があることからこの共振周波数を温度のモニターとして用い、温度補正が可能であると考えられる。この方法では指示値表示のための計算の過程にこの共振周波数の情報を加えることによって温度の代替として利用し、温度校正が可能であるが、今年度においてはその組み込みが間に合わなかったため、その代替としてＱゲージの温度依存性を線型関数でフィッティングすることにより校正する方法について検討した。
温度校正は湿度一定条件でのQゲージ指示値の温度依存性の結果を用いて行った。Qゲージ指示値の温度依存性は15～50℃の範囲ではほぼ２次関数か３次関数でフィッティングでき、これらのフィッティング関数から、温度変化によるQゲージ指示値の変化を求めることができる。そこでこの温度変化によるQゲージ指示値の変化量を相殺することによっての温度校正を行い、その効果について水素漏洩検知の観点から評価した。その結果15～50℃の温度範囲での温度依存性の実験結果では水素濃度換算最大5.0vol.%の差異があるが、温度校正によってそれぞれ2.4vol.%、1.6vol.%の差異にまで抑制することができ、この方法での温度校正が有効なことが示された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
湿度0～100 RH%の範囲において湿度一定下での水晶振動子センサーベースライン値の温度依存性を明らかにした。水晶振動子のベースラインは温度と共に変化し、湿度によらずほぼ30℃付近で極小値をとった。また50℃以上では特に指示値の変化が大きかった。これは水晶振動子測定子に付属するプリアンプを恒温恒湿器外に設置して行った測定との比較から50℃以上の温度での指示値の変化はプリアンプの特性が温度により変化したことによるものと推測した。このことはプリアンプを恒温対応うることの必要性を示唆している。また、別途測定した水晶振動子の共振周波数は湿度一定の測定条件では温度と良い相関があることからこの共振周波数を温度のモニターとして用い、温度補正が可能であることがわかった。
しかしながらこの方法を行うための組み込みが年度内に行えなかったため、この方法の代替としてその代替としてＱゲージの温度依存性を線型関数でフィッティングすることにより校正する方法について検討した。ゲージ指示値の温度依存性は15～50℃の範囲ではほぼ２次関数か３次関数でフィッティングできるため温度による指示値の変化量をこれらの関数で相殺することによっての温度校正を行い、温度変化による指示値の変化を水素濃度換算最大5.0vol.%の差異から、それぞれ2.4vol.%、1.6vol.%の差異にまで抑制することができたが、目標としていた水素濃度換算0.1vol.%は達成できなかった。
以上に加え当初想定していた共振周波数を温度の指標として用いる温度校正法が検討できなかったため区分として「（３）のやや遅れている。」とした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
共振周波数を用いた温度校正法の組み込みが完了したため昨年度行えなかった温度校正済み水晶振動子センサーについて昨年度と同様に温度依存性を調べこの方法による温度校正法の効果を評価し、温度変化した際の指示値の変化が水素濃度換算で0.1vol.％以下に抑制されていることを確認する。また、昨年度の結果ではこれまでの結果と比較しても指示値の温度依存性が大きいため、用いた水晶振動子の固有の特性の不具合であることを想定し、別のいくつかの水晶振動子について改めて温度依存性を測定することにより指示値の温度依存性についてさらにデータを得る。
また、水晶振動子センサーベースライン値の湿度依存性を解明し、湿度補正法を確立するための研究を実施する。まず水晶振動子センサーを恒温恒湿器（現有設備）中に設置し、外気温度（10～40℃）範囲の温度一定の条件下、外気湿度（0～100％）範囲で湿度のみを変えて水晶振動子センサーのベースライン値を温度、湿度と共に記録する。以上により水晶振動子センサーベースライン値の湿度依存性を明らかにする。
湿度の影響を抑制するため水分除去フィルターを装着した水晶振動子センサーを上記と同様に恒温恒湿器中に設置し、温度一定の条件で湿度のみを変えて水晶振動子センサーベースライン値を温度、湿度と共に記録し、湿度依存性を明らかにする。
フィルターとしては多孔質材料を使用する。フィルターなしの場合と比較して湿度の影響が小さくなっていることを確認する。水晶振動子センサーベースラインの変化が水素濃度換算で0.1％以下になることを目指す。得られた結果について口頭及び論文発表を行うと共に知的財産を獲得する。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
昨年度から引き続いて行う共振周波数による温度補正された水晶振動子センサー指示値の温度依存性の測定については既に装置としては完成しているため追加の費用は必要ない。また水晶振動子センサー指示値の湿度依存性を測定するために使用する恒温恒湿器及びその他の計測装置は平成24年度に使用したものを使用するためこの湿度依存性の計測については追加の費用は生じない。
平成25年度の研究費は主に水晶振動子センサーへの湿度の影響を低減するための水分除去フィルター及びこの水分除去フィルターを水晶振動子へ設置するためのアダプターの購入及び治具の作成費用として使用する。水分除去フィルターは消耗品であり複数個使用する可能性があるが単価は数千円程度である。この水分除去フィルターの効能を十分に発揮するためには専用のアダプターを用いて測定子である水晶振動子と真空的に接続する必要がある。このアダプターの単価は数万円であり、またこれを水晶振動子と接続するための治具作成に数万円程度の費用が必要であるが、以上の水晶振動子と水分除去フィルターの接続は最終的には申請した予算の範囲内で行える見込みである。
その他としては使用する装置である恒温恒湿器及び水晶振動子センサー電源の保守費用及び水晶振動子センサーの動作確認用に使用する真空装置の部品等である。
また、平成25年度は３回の国内学会での発表を予定しているためこれらに必要な参加費及び旅費の費用にも充当する。さらに国際論文投稿を想定し英文校閲及び投稿料の各費用を計上した。
なお、特許出願に関して必要となる費用は所属機関より補助されるためここでは特に費用として見積もっていない。
|
