2015 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
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24560070
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 淳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 分析計測標準研究部門, 主任研究員 (30344154)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 水素エネルギー / 水晶振動子 / 燃料電池 / 水素センサ / 水素濃度測定 / エアドライヤ / 高速応答 / 粘性計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度安定型水晶振動子(TSQO)の電気的インピーダンス（Z)を変換した電圧出力への湿度の影響について調べた。温度を10から50℃まで10℃毎に一定に保ちながら相対湿度を0から100RH％まで変えてTSQOの電圧出力を測定したところ、湿度の増加と共にTSQOの電圧出力は増加した。この変化はZが測定する気体の粘性及び分子量と正の相関があり、TSQO出力がZに対して逆比例の関係にあることと一致する。
以上のような温度一定条件における湿度変化に対する出力変動を、測定湿度範囲における出力の最小値と最大値の差の平均値に対する割合を変動率Rと定義すると、Rは温度と共に増加したが、これは温度の増加と共に大気中の水分量が増加することによるものと推測される。また、従来の水晶振動子と比較するとTSQOのRはいずれの温度においても小さく、TSQOは温度だけでなく湿度の影響も受けにくいことがわかった。
しかしながらTSQOにおいてもRの値は水素センサとして必要とされる0.3％よりも大きいため、TSQOに接続するプリアンプに対する湿度の影響について調べた。測定子のTSQOを環境試験器の外に、TSQOに接続するプリアンプを恒温恒湿器中に設置し、温度を10から50℃まで10℃毎一定下で湿度を0～100RH%に変化させたところ、全ての温度でRは0.1％以下であり、プリアンプへの湿度の影響は小さいことがわかった。
以上、TSQO出力への湿度の影響を低減するためにはTSQO自体への水分の影響を低減する必要があることから、水分のみを分離、排出する中空糸膜のエアドラヤーを用いて湿度の影響を低減することを試みた。その結果、温度一定、相対湿度30～100RH%の範囲においてTSQO出力の変化のRは、0.3％より小さく、水素センサの観点から十分に湿度の影響を低減できることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題において、水晶振動子からの出力への温度及び湿度の影響の低減法として、初めに出力の温度及び湿度依存性を線型関数によって記述し、温度及び湿度を同時測定することによりそれぞれの変化による出力の変化分を計算で求め、この変化分を相殺することでそれぞれの影響を低減することを試みたが、その効果は十分ではなかった。また湿度の影響の低減についてはエアドライヤも使用したが、やはりその効果は不十分であった。以上の検討と前後して、温度の変化に対する出力変化が小さい、すなわち温度安定な、温度安定型水晶振動子(TSQO）が開発されたため、これによる温度及び湿度の影響を低減することを検討した。その結果温度についてはTSQOの特性から温度変化に対しては少なくとも室温の温度範囲においてはその出力は安定であることがわかった。
当初予定では本年度初めから昨年度までに確立した温度及び湿度の影響の低減法を組み込み、実際に屋外において長期試験を行うことにより温度及び湿度の影響について評価する計画であった。しかしながら昨年より上記のTSQOの特性評価を行ったため、特に湿度の影響を低減する方法についてその効果を確認できなかった。その結果最終的に昨年度までに温度及び湿度の低減法を確立することができず、本年度初めより屋外での長期試験を行うことができなかった。以上の状況により、【現在の進捗状況】として「(3)やや遅れている。」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの本研究課題における検討の結果、水晶振動子出力への温度及び湿度の影響を、水素センサの使用形態として十分に低減できることがわかった。そこで本年度は昨年度までに確立した温度及び湿度の低減方法を用いて実際に屋外環境において長期試験を行い、実際に温度及び湿度の変化に対して水晶振動子出力が安定であるかを確認する。具体的には温度安定型水晶振動子(TSQO)を測定子とする圧力センサを当研究所（茨城県つくば市）の屋外軒下に設置し、TSQO出力、プリアンプ温度、大気圧、温度、湿度を同時測定する。状況に応じて湿度の影響を低減するための中空糸エアドライヤーをセンサ先端に装着してその効果を確認する。
以上の測定において、TSQO出力の変化が絶対値の0.3％以下であれば水素センサの安定性として十分であるため、これを満たしていることを確認する。測定の結果、安定性が不十分である場合には、別途測定したTSQO出力の圧力依存性と、同時測定した大気圧を用いて圧力校正を行い、その値について安定性を評価する。さらに必要なら温度及び湿度依存性による温度及び湿度校正についても検討する。
また、これまでの検討でその影響の低減法が見いだせていない、プリアンプ部への温度の影響の低減法についても検討し、その方法が確立次第適時TSQOセンサに組み込んで評価する。
なお、安定性の評価は日、週、月、年など、それぞれに期間を区切って行い、必要な安定性が得られる範囲を求めることにより屋外での使用において問題ない安定性が得られるような使用方法を把握する。
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| Causes of Carryover |
想定していた装置の保守がなかったためこの分の費用を節約できた。また、効率的に予算を使用したため、余剰が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
余剰額は158,565円と少額であるため次年度の使用において特に計画を大きく変更することはないと考えている。
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