ジルコニア式高温湿度計の測定原理について

ジルコニア式高温湿度計は、大気中の酸素濃度を測定して、水分量を算出する測定器です。したがって、大気以外の水分量、例えば燃焼排ガス中の水分量の測定はできません。
ジルコニア式高温湿度計の測定原理について説明します。
ジルコニアのような固体電解質は、高温状態になると酸素イオンに対して導電性を示します。
図１のように、ジルコニア素子の両面に多孔質の白金電極を貼り付けて加熱し、それぞれの面に酸素分圧の異なるガスを接触させると、酸素濃淡電池の作用を起こします。この反応によって、両電極間にはネルンストの式による起電力が発生します。

図1 測定原理図

測定ガスが、空気と水蒸気の2成分で構成されている図2のガス組成の場合、酸素分圧、水蒸気分圧およびジルコニア素子（セル）起電力の関係は次のように示されます。

・水分量（vol%H₂O）測定の場合
　　　ｙ＝（100－ｘ）× 0.21 ････････････(2)

ここで、ｘ ： 混合ガス(空気と水蒸気)中の水分量（vol%H₂O）

(1), (2)式から 　　　Ｅ＝－Ｋ log（1－0.01ｘ）･･････････(3)

(3)式より、水分量（vol%H₂O）は、セル起電力から直接求めることができます。

・混合比測定の場合
　混合比をｒ[kg/kg]とすると

(5)式より、混合比をｒ[kg/kg]の値は、セル起電力から直接求めることができます。
　　乾燥ガス＋水蒸気の混合ガス