pH センサ

pH プローブとも呼ばれる pH センサは、流体中の水素イオン濃度を測定し、その酸性度またはアルカリ度を判定します。 pH スケールは 0～14 の範囲で、pH 値が 7 の場合は中性溶液を示します。 pH7 未満の値は酸性を、pH7 を超える値はアルカリ性を示します。

pH センサは、pH 感応電極と、安定した中性電解質溶液中に配置された金属ワイヤで構成される基準電極を備えています。 基準電極は一定の基準電位を維持し、「基準接合部」と呼ばれる小さな多孔質開口部を介して、基準溶液からプロセス溶液へ少量のイオンを流すことで、pH 感応電極との電気回路を形成します。 pH 感応電極の先端には、pH に反応する特殊ガラスでできた小さな球状部があります。 この球状部にかかる電位差は、周囲のプロセス流体中の水素イオン濃度に応じて変化します。

ガラス球の外側の水素イオン濃度が内側より高い場合、正の電圧が発生し、そのプロセスが酸性であることを示します。 ガラスの外側の水素イオン濃度が内側より低い場合、負の電圧が発生し、そのプロセスがアルカリ性であることを示します。 ガラス電極の両側で水素イオン濃度が同じ場合、電位差はゼロとなり、プロセスが中性（pH7）であることを示します。

pH センサで正確な測定を行うには、2 点バッファ校正を実施するのが最も効果的です。 2 点校正では、トランスミッタがスロープとゼロオフセットの新しい値を計算します。 校正を行うには、pH センサを 1 つ目の緩衝液に浸します。 pH センサを緩衝液の温度に慣らし（緩衝液とセンサの温度差による誤差を防ぐため）、測定値が安定するまで待ちます。 トランスミッタが最初の緩衝液を認識したら、センサ先端に少量の 2 つ目の緩衝液を注ぎ、残留した緩衝液を洗い流します。 次に、センサを 2 つ目の緩衝液に浸し、同じ手順を繰り返してます。 トランスミッタが両方の緩衝液を認識すると、新しい pH センサのスロープが設定されます。

プロセス流体内の温度変化は、pH 測定の精度に影響を及ぼす可能性がありまます。 溶液の pH 値は温度に反比例してます。 溶液の温度が上昇すると、pH 値が低下し、溶液はより酸性になります。 すべての Rosemount pH センサには、温度変動を補正するための温度要素が内蔵されています。

はい、多くの pH センサは酸化還元電位（ORP）も測定可能で、レドックス電位と呼ばれることもありまます。 pH センサは水素イオンの活性に基づいて溶液の酸性度またはアルカリ性を測定しますが、ORP センサは溶液中の酸化剤および還元剤の活性に基づいて酸化還元電位を測定します。

Emerson の pH センサは、さまざまな業界で幅広く使用されています。 たとえば、石油・ガス業界では、原油の蒸留精製、テールガス処理、サワー水ストリッピングなどの工程で pH 測定が利用されています。 化学業界では、クロルアルカリプロセスや硫酸製造などの工程で pH 測定が重要な役割を果たしています。 排水処理業界では、海水の淡水化や水の浄化に pH 測定が利用されています。 さらに詳しい事例や応用例については、以下の pH センサのアプリケーションをご覧ください。

ほとんどの pH センサは使い捨てですが、Rosemount 3300/3400/3500 pH センサのように、再構築して再利用できるタイプもあります。 これらの pH センサでは、基準電解質や基準接合部を交換でき、交換後にセンサを再利用することが可能にです。 プロセスによっては、pH ガラス表面にコーティングが形成されることがありまます。 このような場合、引き込み式プローブを使用することで、再挿入前にセンサの洗浄や再校正を容易に行うことができます。

異なるアプリケーション毎に、それぞれ独自のニーズと課題があります。 エマソンは、化学、石油・ガス、廃水などのさまざまな産業で機能する pH センサを提供しています。 高温、汚れたプロセス流体、刺激の強い化学薬品、またはその他の特殊な用途で使用する pH センサが必要な場合、当社は適切な pH センサソリューションを提供しています。

pH センサはケーブルを介して液体分析トランスミッタ（液体分析器とも呼ばれます）に接続されます。 トランスミッタは pH センサからの生の電圧信号を受信し、それを変換して pH 値として表示します。

pH センサの寿命は、その用途によって異なります。 一般的な用途 （たとえば水の浄化など）では、pH センサは最大で約 2 年間使用できます。 高温環境や過酷な化学プロセス用途では、pH センサの寿命は最長で約 6 か月となる場合があります。