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排出ガス測定器における技術 –
測定原理 & システム設計
排出ガス測定器は、NDIRや電気化学センサー技術などの物理的測定原理を、アプリケーションに合わせたサンプリングおよびガス調整システムと組み合わせ、CO、CO2、NOxまたはSO2などのガス成分をmg/m3またはvol.%で確実に測定します。適切な技術の選択により、実際の運転条件下で測定値が安定し、規格に準拠し、長期運転が可能かどうかが決まります。
NDIR測定 – ガス分析のための赤外線技術
非分散型赤外線測定（NDIR）は、排出ガス測定技術において最も重要な技術の一つです。CO、CO2またはNOなどの特定のガスが特性波長域で赤外線を吸収するという事実に基づいています。NDIRアナライザーは、分析するガスで満たされた測定セルに赤外線を照射し、光の減衰を測定します。この減衰からランベルト・ベールの法則に従ってガス濃度が計算されます。
NDIR測定経路は、高い長期安定性と特定成分に対する選択性を特徴としています。数桁にわたる測定範囲（例：数mg/m³からg/m³の範囲）をカバーする必要がある連続排出ガス測定に頻繁に使用されます。多くのCEMSシステムでは、異なる成分を同時に検出するために複数のNDIRチャンネルが並列に使用されています。
NDIR技術の利点と限界
NDIR測定の利点には以下が含まれます：
高い長期安定性と低いドリフト、
特定のガスに対する優れた選択性、
短い更新時間での連続測定への適合性。
ガスが顕著なIR吸収を持たない場合や、類似した吸収帯間のクロス感度を慎重に補償しなければならない場合に限界が生じます。また、NDIR測定では、標準条件下でのmg/m3への換算が正確に行われるよう、測定システム内で安定した温度と規定された圧力が必要です。
電気化学センサーと常磁性センサー
電気化学センサーは、排出ガス測定器においてO2、NO、NO2、SO2またはCOの測定に頻繁に使用されます。電気化学センサーは、電解質と電極を備えた測定セルで構成されています。測定するガスがセルに拡散し、電気化学的に反応してガス濃度に比例した電流を生成します。電気化学センサーはコンパクトで比較的コスト効率が高く、モバイル排出ガス測定器に特に適しています。
常磁性センサーは特に精密なO2測定に使用されます。酸素が常磁性（磁場に引き付けられる）であり、ほとんどの他のガスが反磁性であるという事実を利用しています。常磁性O2センサーでは、測定ガス中のO2濃度の変化が磁場内で測定可能な動きまたは力の変化をもたらします。この変化は電気的に検出され、O2濃度に変換されます。
ユーザーにとっては、電気化学センサーで十分な場合と常磁性センサーが適切な場合はいつかという疑問が生じます。答えは精度、長期安定性、メンテナンス労力の要件によって異なります。モバイル機器では、電気化学センサーは精度と使いやすさの良いバランスを提供します。精度と可用性に高い要求がある固定システムでは、常磁性O2センサーが利点をもたらすことがあります。
サンプリング、加熱ラインおよびガス調整
センサーや測定経路が信頼性の高い結果を提供するためには、実際の分析前に排ガスを正しく採取し調整する必要があります。典型的な排出ガス測定チェーンには以下が含まれます：
排ガス流中の加熱採取プローブ、
加熱サンプルライン、
フィルターおよび粒子分離器、
ガス調整モジュール（例：クーラー、コンデンセートトラップ）、
流量監視および必要に応じてポンプ。
加熱採取プローブは、凝縮性成分がプローブ内で既に沈着して測定値を歪めないようにします。加熱サンプルラインはガス調整段階まで凝縮を防ぎます。ガス調整段階では、排ガスは特定の残留水分レベルへの乾燥や粉塵とエアロゾルの分離などにより、規定された条件に調整されます。その後初めて、調整されたガスがアナライザーに到達します。
ガス調整システムの代表的な構成要素
連続排出ガス測定のための標準的なガス調整システムには、多くの場合以下が含まれます：
粗大粒子を分離するためのプレフィルター、
湿度を低減するためのガススクラバーまたは乾燥ユニット、
残留粒子を除去するためのファインフィルター、
流量およびコンデンセートの監視装置。
ガス調整システムの設計はアプリケーションに大きく依存します。粉塵の多いプロセス（例：セメントキルン）では、フィルターとプローブは特に堅牢で保守が容易でなければなりません。湿潤で硫黄を含む排ガスでは、腐食と測定誤差を避けるために適切な材料選択が重要です。
システム選択：モバイル vs. 固定式排出ガス測定システム
技術的な観点から、モバイルと固定式の排出ガス測定システムは、主にサンプリング、ガス調整、アナライザー技術の設計において異なります。モバイル機器は、変化する測定場所での使用に最適化されたポータブルハウジングに電気化学センサーとコンパクトなNDIR測定経路を組み合わせることが多いです。一方、固定式システムは固定された測定場所での連続運転向けに設計されており、拡張されたガス調整、自動ゼロおよびスパンチェック、連続監視装置を備えています。
モバイルと固定式技術の選択は、次のような質問によって異なります：
定期的な検査なのか、法的に要求される連続監視なのか？
監視が必要な測定場所の数と、それらへのアクセス性は？
どのような精度と可用性の要件が適用されるか？
モバイル排出ガス測定器は、サービス技術者、試運転、または複数のプラントでのキャンペーン測定に理想的に適しています。固定式システムは、限界値を恒久的に監視する必要があり、対応する要件がある場合の第一選択です。
