JP2013170923A - 腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度の影響が十分に小さく、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法を提供する。
【解決手段】腐食環境計測装置は、ＱＣＭセンサ１１と、ＱＣＭセンサ１１を乾燥させる乾燥部１２と、乾燥部１２を駆動制御するとともにＱＣＭセンサ１１の共振周波数から腐食度を検出する制御部１０とを有する。制御部１０は、ＱＣＭセンサ１１の共振周波数を測定する際に、乾燥部１２を駆動させてＱＣＭセンサ１１を乾燥させる。そして、ＱＣＭセンサ１１の共振周波数に基づいて、腐食度を検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法に関する。

工場やサーバルーム等の施設には様々な電子機器が設置されるが、それらの電子機器が設置される環境中には硫化水素（Ｈ₂Ｓ）ガスや亜硫酸ガス等の腐食性ガスが含まれることがある。

腐食性ガスは、電子機器内の部品を腐食して、電子機器の故障や特性の劣化などの不具合を引き起こす。このため、電子機器が設置された環境中の腐食性ガスを監視して、必要に応じて適切な対策を早めにとることが好ましい。

腐食性ガスの監視に好適なセンサとして、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサが知られている。一般的なＱＣＭセンサは、薄板状の水晶振動子と、水晶振動子の両面に形成された一対の電極と、腐食性ガスにより腐食する金属膜（以下、「腐食金属膜」という）とを有する。ＱＣＭセンサは質量センサの一種であり、腐食金属膜が腐食することによる質量変化により水晶振動子の共振周波数が変化することを利用して、腐食性ガスによる腐食の程度を検出する。

特開２００１−９９７７７号公報 特開２００９−３００２４４号公報 特開２００７−６４６４７号公報

ＱＣＭセンサの共振周波数は湿度により影響される。そのため、湿度が一定でない場合は、腐食の程度の検出精度が低下する。

以上から、湿度の影響が十分に小さく、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサと、前記ＱＣＭセンサを乾燥させる乾燥部と、前記乾燥部を駆動制御するとともに前記ＱＣＭセンサの共振周波数から腐食度を検出する制御部とを有する腐食環境計測装置が提供される。

開示の技術の他の一観点によれば、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサを乾燥させる工程と、前記ＱＣＭセンサの共振周波数を計測する工程と、前記ＱＣＭセンサの共振周波数に基づいて腐食度を検出する工程とを有する腐食環境計測方法が提供される。

上述の腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法によれば、ＱＣＭセンサを乾燥させた状態で共振周波数を測定するので、湿度の影響を排除でき、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる。

図１は、ＡＴカット水晶振動子の共振周波数の温度特性の一例を示した図である。 図２は、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）における相対湿度と吸着水分量との関係を示した図である。 図３は、硫化水素を含む雰囲気中におけるＱＣＭセンサの共振周波数の変化を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図である。 図５は、ＱＣＭセンサの断面図である。 図６は、ＱＣＭセンサ及びエアー吹き付け部を例示した斜視図である。 図７は、発振回路の一例を表した回路図である。 図８は、ＱＣＭセンサをエアーの流れ方向に対し平行に配置した例を示す図である。 図９は、第１の実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。 図１０は、第２の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図である。 図１１は、ＱＣＭセンサ及びヒータを例示した斜視図である。 図１２は、第２の実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。 図１３は、温度と飽和水蒸気量との関係を示す図である。 図１４は、第３の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図である。 図１５は、ＱＣＭセンサ及びヒータを例示した斜視図である。 図１６は、吸水量の検出に使用するＱＣＭセンサの断面図である。 図１７は、第３の実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

ＱＣＭセンサの共振周波数を測定することにより、環境中の腐食性ガスによる腐食の程度を監視できる。しかし、ＱＣＭセンサの共振周波数は、腐食金属膜の腐食の程度だけではなく、環境中の温度や湿度によっても変化する。このため、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出するためには、環境中の温度や湿度による共振周波数の変化を考慮することが重要である。

例えば事前にＱＣＭセンサの温度特性、すなわち温度とＱＣＭセンサの共振周波数の変化量との関係を調べておき、環境中の温度を測定してＱＣＭセンサの共振周波数を補正することで、温度の影響による検出誤差を小さくすることができる。

湿度に関しても、温度と同様に、ＱＣＭセンサの湿度特性、すなわち相対湿度とＱＣＭセンサの共振周波数の変化量との関係を事前に調べておき、環境中の相対湿度を測定してＱＣＭセンサの共振周波数を補正することが考えられる。

しかし、ＱＣＭセンサの場合は、腐食により腐食金属膜の表面積が変化するとともに酸化物や硫化物などの腐食生成物が発生し、それにより湿度特性が変化する。しかも、湿度特性の変化は、腐食金属膜の種類、腐食性ガスの種類及び腐食の状態などに関係する。このため、事前に調べた湿度特性の通りにＱＣＭセンサの共振周波数が変化するわけではなく、上述した方法では湿度の影響による検出誤差を十分に小さくすることは困難である。

以下、湿度による検出誤差について説明する。

図１は、横軸に温度をとり、縦軸に周波数偏差（frequency deviation）をとって、ＡＴカット水晶振動子の共振周波数の温度特性の一例を示した図である。また、図２は、横軸に相対湿度をとり、縦軸に吸着水分量をとって、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）における相対湿度と吸着水分量との関係を示した図である。

例えば、腐食金属膜として鉄を使用した場合の吸着水分量の影響を試算すると、以下のようになる。

ＡＴカットの水晶振動子をＱＣＭセンサとした場合の検出感度は、下記（１）式に示すSaurbreyの式で与えられる。

ここで、Δｆは共振周波数の変化量、ｆはＱＣＭセンサの基本共振周波数、Ｓは電極の面積、μは水晶のせん断応力、ρは水晶の密度、Δｍは質量の変化量である。

上記（１）式によると、基本共振周波数ｆが９ＭＨｚのＱＣＭセンサの場合、１ｎｇの質量の変化が１Ｈｚの変化として計測できることがわかる。

一方、図２から、相対湿度が９０％のときの鉄の吸着水分量は０．２１μｇ/ｃｍ²であることがわかる。この吸着水分量は、基本共振周波数ｆが９ＭＨｚのＱＣＭセンサの周波数変化量に換算すると２１０Ｈｚになる。また、相対湿度が４０％のときの鉄の吸着水分量は０．００６μｇ/ｃｍ²であり、この吸着水分量を基本共振周波数ｆが９ＭＨｚのＱＣＭセンサの周波数変化量に換算すると６Ｈｚになる。

すなわち、相対湿度が４０％の環境下での測定を基準とすると、相対湿度が９０％の環境下での測定は、吸着水分による誤差を２００Ｈｚ程度含むことになる。逆にいえば、腐食金属膜の表面の吸着水分量を相対湿度４０％相当まで除去することで、相対湿度に依存する吸着水分による誤差を６Ｈｚ程度まで小さくすることができる。

なお、２００Ｈｚの誤差は、基本共振周波数ｆが９ＭＨｚのＱＣＭセンサでは約２０℃程度の温度変化に相当し、無視できない値である。

図３は、横軸に暴露時間をとり、縦軸に共振周波数の変化量をとって、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を含む雰囲気中におけるＱＣＭセンサの共振周波数の変化を示す図である。ここでは、腐食金属膜が銀（Ａｇ）により形成されたＱＣＭセンサを使用している。この図３から、２００Ｈｚの周波数変化量は、０．１５ｐｐｍという比較的高濃度の腐食性ガス（硫化水素）を含む環境雰囲気に約５時間暴露して腐食が進行した状態と同等であることがわかる。

以下の実施形態では、湿度の影響が十分に小さく、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる腐食環境計測装置及び腐食環境計測方法について説明する。

（第１の実施形態）
図４は第１の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図、図５はＱＣＭセンサの断面図、図６はＱＣＭセンサ及びエアー吹き付け部を例示した斜視図である。

図４のように、本実施形態に係る腐食環境計測装置は、ＱＣＭセンサ１１と、エアー吹き付け部１２と、制御部１０とを有する。また、制御部１０は、記憶部１０ａと、駆動部１０ｂとを有する。エアー吹き付け部１２は、乾燥部の一例である。

ＱＣＭセンサ１１は、図５のように、水晶振動子２１と、水晶振動子２１を挟んで配置された一対の電極２２ａ，２２ｂと、電極２２ａ，２２ｂの表面上に形成された腐食金属膜２３ａ，２３ｂとを有する。水晶振動子２１は、例えば直径が８ｍｍ、厚さが６７μｍのＡＴカットされた水晶により形成されている。

電極２２ａ，２２ｂは、腐食されにくい金属で形成されていることが好ましい。本実施形態では、電極２２ａ，２２ｂが金（Ａｕ）により形成されており、その直径は４ｍｍ、厚さは約８０ｎｍであるとする。電極２２ａ，２２ｂ、及びこれらの電極２２ａ，２２ｂに接続するリード線２４ａ，２４ｂ（図６参照）などの配線が腐食性ガスで腐食されるおそれがある場合は、電極２２ａ，２２ｂ及び配線をアルミナ（酸化アルミニウム）等により形成された保護膜で覆っておくことが好ましい。

腐食金属膜２３ａ，２３ｂは、検出対象の腐食性ガスに応じた金属材料により形成される。ここでは、検出対象の腐食性ガスを硫化水素（Ｈ₂Ｓ）とし、腐食金属膜２３ａ，２３ｂが銀（Ａｇ）により形成されているものとする。本実施形態では水晶振動子２１の両方の面側に腐食金属膜を配置しているが、水晶振動子２１の片方の面側のみに腐食金属膜を配置してもよい。

腐食金属膜２３ａ，２３ｂの膜厚が厚すぎると、水晶振動子２１の安定な振動を阻害する。一方、腐食金属膜２３ａ，２３ｂの膜厚が薄すぎると、腐食金属膜２３ａ，２３ｂ全体が短時間で腐食されてしまうため、十分な測定ができない。このため、腐食金属膜２３ａ，２３ｂの膜厚は、数１００ｎｍ〜１０００ｎｍとすることが好ましい。

ＱＣＭセンサ１１の電極２２ａ，２２ｂは、リード線２４ａ，２４ｂ（図６参照）を介して駆動部１０ｂに設けられた発振回路に接続される。そして、発振回路からＱＣＭセンサ１１の電極２２ａ，２２ｂに電圧が印加されて、ＱＣＭセンサ１１がその質量に応じた振動数で振動する。図７は、発振回路の一例を表した回路図である。図７中のＣ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ａは増幅器である。

図６のように、ＱＣＭセンサ１１の近傍にはエアー吹き付け部１２が配置される。エアー吹き付け部１２は、吸気口及び排気口が設けられた筒状のダクト２５と、ダクト２５内に配置された除湿部２６と、ダクト２５の吸気口からエアーを取り込み、排気口からＱＣＭセンサ１１にエアーを吹き付ける送風ファン２７とを有する。送風ファン２７は、駆動部１０ｂから供給される電力により回転する。

除湿部２６にはシリカゲル等の除湿剤が配置されており、ダクト２５内を通るエアーから水分を吸収する。このため、ＱＣＭセンサ１１には乾燥したエアーが吹き付けられ、腐食金属膜２３ａ，２３ｂの表面を乾燥した状態にすることができる。

図６ではＱＣＭセンサ１１をエアーの流れ方向に対し垂直に配置しているが、その場合は腐食金属膜２３ａ，２３ｂのうち風下側の腐食金属膜の乾燥が不十分になるおそれがある。水晶振動子２１の両面の金属膜２３ａ，２３ｂを均等に且つ十分に乾燥させるためには、ＱＣＭセンサ１１の両側からエアーを吹き付けるようにしたり、又は図８のようにＱＣＭセンサ１１をエアーの流れ方向に対し平行に配置することが好ましい。図８中の矢印は、エアーの流れ方向を示している。

水晶振動子２１の一方の面側のみに腐食金属膜を形成した場合は、腐食金属膜を形成した面のみにエアーを吹き付けるようにしてもよい。

エアー中に含まれる腐食性ガスにより腐食金属膜２２ａ，２２ｂの腐食の進行が速くなる場合は、ダクト２５内に、除湿剤とともにケミカルフィルタを配置することが好ましい。但し、相対湿度が低いときには腐食性ガスによる腐食の進行が遅くなるため、本実施形態のように除湿部２６を配置してエアー中の水分量を少なくした場合は、ケミカルフィルタを設けなくてもよい。

本実施形態では、上述したようにＱＣＭセンサ１１の近傍にエアー吹き付け部１１として送風ファン２７を配置しているが、圧縮空気ボンベ（図示せず）又はエアーコンプレッサーから電磁弁及びエアードライヤー等を介してＱＣＭセンサ１１に乾燥エアーを吹き付けるようにしてもよい。

図９は、本実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ１１において、制御部１０は、駆動部１０ｂを介してＱＣＭセンサ１１への電圧供給を開始する。これにより、ＱＣＭセンサ１１は、その質量に応じた共振周波数で振動する。

次に、ステップＳ１２に移行し、制御部１０は、駆動部１０ｂを介して送風ファン２７を回転させて、金属膜２３ａ，２３ｂへのエアーの吹き付けを開始する。その後、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３，Ｓ１４では、ＱＣＭセンサ１１の共振周波数が一定になるのを待つ。すなわち、ステップＳ１３において、制御部１０は駆動部１０ｂを介してＱＣＭセンサ１１の共振周波数を取得する。その後、ステップＳ１４において共振周波数が一定であるか否かを判定する。

エアーの吹き付けを開始してからそれほど時間が経過していない場合は、金属膜２３ａ，２３ｂに付着した水分が減少するのにともなって共振周波数が変化するので、ステップＳ１４では“ＮＯ”と判定される。その場合は、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１４で“ＹＥＳ”と判定されるまでループを繰り返す。

ＱＣＭセンサ１１の共振周波数が一定となりステップＳ１４で“ＹＥＳ”と判定されると、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、制御部１０が、そのときのＱＣＭセンサ１１の共振周波数を記憶部１０ａに記憶する。

その後、ステップＳ１６に移行し、制御部１０は、ＱＣＭセンサ１１へのエアーの吹き付けを停止する。すなわち、制御部１０は、駆動部１０ｂを制御して送風ファン２７への電力供給を停止する。

次に、ステップＳ１７に移行し、制御部１０は、ＱＣＭセンサ１１への電圧供給を停止する。これにより、ＱＣＭセンサ１１の振動が停止する。

次に、ステップＳ１８に移行し、制御部１０は、記憶部１０ａに記憶されているＱＣＭセンサ１１の共振周波数の変化量に基づいて腐食金属膜２３ａ，２３ｂの腐食の程度を判定する。そして、腐食がある程度進んだと判定した場合は、例えばＱＣＭセンサ１１の共振周波数の変化量を腐食度（腐食の程度）に換算して表示装置（図示せず）に表示したり、警報を発生するなどの処理を行う。

次いで、ステップＳ１９において、制御部１０は予め設定された終了条件に基づいて処理を終了するか否かを判定する。例えばステップＳ１８で予め設定された腐食度まで腐食が進行したと判定した場合は、上述した腐食環境計測処理を終了する。一方、ステップＳ１９で処理を継続すると判定した場合は、ステップＳ２０に移行する。そして、次の測定タイミングまで待機した後、ステップＳ１１から処理を継続する。

本実施形態では、上述したように、ＱＣＭセンサ１１の共振周波数を測定するときにＱＣＭセンサ１１に乾燥エアーを吹き付けて、腐食金属膜２３ａ，２３ｂの表面を乾燥させる。このため、湿度の影響による測定誤差が低減され、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できるという効果を奏する。

なお、ＱＣＭセンサ１１に吹き付けるエアーの温度が環境温度と異なる場合は、ＱＣＭセンサ１１の温度を測定して共振周波数を補正することが重要になる。その場合は、予めＱＣＭセンサ１１の温度特性（図１参照）を調べておき、ステップＳ１４で共振周波数が一定になったと判定した時点のＱＣＭセンサ１１の温度を取得し、温度特性を参照して共振周波数を補正すればよい。

また、図９のフローチャートにおいて、ステップＳ１１とステップＳ１２との間にＱＣＭセンサ１１の初期の共振周波数を取得するステップを追加し、ステップＳ１３で初期の共振周波数と比較するようにしてもよい。ステップＳ１２とステップＳ１３との間が短時間であれば、その間に共振周波数の変化はないと考えられるので、上記のステップの追加は不要である。

（第２の実施形態）
図１０は第２の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図、図１１はＱＣＭセンサ及びヒータを例示した斜視図である。図１０において、図４と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

本実施形態に係る腐食環境計測装置は、ＱＣＭセンサ１１と、ヒータ３２と、温度センサ３３と、制御部３０とを有する。また、制御部３０は、記憶部３０ａと、駆動部３０ｂとを有する。ヒータ３２は、乾燥部の一例である。

図１１のように、ヒータ３２はＱＣＭセンサ１１の近傍に配置されている。このヒータ３２は、制御部３０の駆動部３０ｂから供給される電力により発熱する。また、ＱＣＭセンサ１１の近傍には温度センサ３３が配置されている。この温度センサ３３から出力される信号は制御部３０の駆動部３０ｂに伝達され、制御部３０は温度センサ３３の出力に基づいてＱＣＭセンサ１１の温度を検出する。

図１１ではＱＣＭセンサ１１の一方の面側に配置されたヒータ３２のみを図示しているが、ＱＣＭセンサ１１の両面に腐食金属膜が配置されている場合は、ＱＣＭセンサ１１の両側にヒータ３２を配置することが好ましい。

本実施形態ではヒータ３２で発生する熱によりＱＣＭセンサ１１の表面に付着した水分を除去して、湿度の影響による測定誤差を低減する。但し、本実施形態では、ヒータ３２の発熱によりＱＣＭセンサ１１の温度が上昇するため、温度上昇にともなう共振周波数の変化を補正することが重要になる。

ＱＣＭセンサ１１の近傍に温度センサ３３を配置する替わりに、ＱＣＭセンサ１１に温度センサを内蔵させてもよい。温度センサとして、例えば熱電対やサーミスタ等を使用することができる。

図１２は、本実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ２１において、制御部３０は、駆動部３０ｂを介してＱＣＭセンサ１１への電圧供給を開始する。これにより、ＱＣＭセンサ１１は、その質量に応じた共振周波数で振動する。

次に、ステップＳ２２に移行し、制御部３０は、駆動部３０ｂを介してヒータ３２への電力供給を開始し、ヒータ３２を発熱させる。このとき、制御部３０は、温度センサ３３から出力される信号によりＱＣＭセンサ１１が一定温度となるように（より正確に言うとセンサ１１近傍の雰囲気温度が一定となるように）、駆動部３０ｂを介してヒータ３２に供給する電力を制御する。以下、ヒータ３２による加熱温度について説明する。

図２から、相対湿度が４０％程度であれば、吸着水分量が少ないため、湿度によるＱＣＭセンサ１１の共振周波数の変化は小さいことがわかる。そこで、本実施形態では、温度が３０℃、相対湿度が９０％の環境を、ヒータ３２の加熱により、ＱＣＭセンサ１１近傍の雰囲気の相対湿度が４０％の環境とする。

図１３は、横軸に温度をとり、縦軸に飽和水蒸気量をとって、両者の関係を示す図である。この図１３からわかるように、温度が３０℃のときの飽和水蒸気量は約３０．４ｇ／ｍ³であるから、温度が３０℃、相対湿度が９０％のときの水蒸気量は約２７．４ｇ／ｍ³となる。この水蒸気量２７．４ｇ／ｍ³を０．４（４０％）で除して得た値、すなわち６８．５ｇ／ｍ³が飽和水蒸気量となる温度（約４６℃）まで加熱すれば、温度が３０℃、相対湿度が９０％の環境を、相対湿度が４０％の環境とすることができる。従って、本実施形態では、ＱＣＭセンサ１１近傍の温度が４６℃になるように、ヒータ３２を制御する。

このようにしてステップＳ２２でヒータ３２によるＱＣＭセンサ１１の加熱を開始した後、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３，Ｓ２４では、ＱＣＭセンサ１１の共振周波数が一定になるのを待つ。すなわち、ステップＳ２３において、制御部３０は駆動部３０ｂを介してＱＣＭセンサ１１の共振周波数を取得する。その後、ステップＳ２４において共振周波数が一定であるか否かを判定する。

ヒータ３２への電力供給を開始してからそれほど時間が経過していない場合は、ＱＣＭセンサ１１の表面に付着した水分が減少するのにともなって共振周波数が変化するので、ステップＳ２４では“ＮＯ”と判定される。その場合は、ステップＳ２３に戻り、ステップＳ２４で“ＹＥＳ”と判定されるまでループを繰り返す。

ＱＣＭセンサ１１の共振周波数が一定となりステップＳ２４で“ＹＥＳ”と判定されると、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、制御部３０が、そのときのＱＣＭセンサ１１の共振周波数を記憶部３０ａに記憶する。

その後、ステップＳ２６に移行し、制御部３０は、駆動部３０ｂを制御してヒータ３２への電力供給を停止する。

次に、ステップＳ２７に移行し、制御部３０は、ＱＣＭセンサ１１への電圧供給を停止する。これにより、ＱＣＭセンサ１１の振動が停止する。

次に、ステップＳ２８に移行し、制御部３０は、記憶部３０ａに記憶されているＱＣＭセンサ１１の共振周波数を、温度特性を参照して基準温度（例えば３０℃）における共振周波数に補正する。補正後の共振周波数も、記憶部３０ａに記憶する。

次いで、ステップＳ２９に移行し、制御部３０は、補正後のＱＣＭセンサ１１の共振周波数の変化に基づいて腐食の程度を判定し、必要に応じて腐食の程度を表示装置（図示せず）等に表示したり、警報を発生する等の処理を行う。

次いで、ステップＳ３０において、制御部３０は予め設定された終了条件に基づいて処理を終了するか否かを判定し、終了すると判定した場合は上述した腐食環境計測処理を終了する。一方、ステップＳ３０で処理を継続すると判定した場合は、ステップＳ３１に移行する。そして、次の測定タイミングまで待機した後、ステップＳ２１から処理を継続する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に腐食金属膜の表面を乾燥させてからＱＣＭセンサ１１の共振周波数を取得するので、湿度の影響による測定誤差が低減され、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる。

（第３の実施形態）
図１４は第３の実施形態に係る腐食環境計測装置を例示したブロック図、図１５はＱＣＭセンサ及びヒータを例示した斜視図である。図１４において、図４，図１０と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

本実施形態に係る腐食環境計測装置は、ＱＣＭセンサ１１，４１と、ヒータ３２と、温度センサ３３と、制御部４０とを有する。また、制御部４０は、記憶部４０ａと、駆動部４０ｂとを有する。

ＱＣＭセンサ１１は、第１及び第２の実施形態と同様に、腐食性ガスによる金属膜の腐食状態の検出に使用する。一方、ＱＣＭセンサ４１は、吸水量の検出に使用する。このＱＣＭセンサ４１は、ＱＣＭセンサ１１とは異なり、腐食金属膜を有してなく、図１６の断面図に示すように、水晶振動子５１を金（Ａｕ）により形成された一対の電極５２ａ，５２ｂで挟んだ構造を有する。そして、図１５のように、ＱＣＭセンサ４１は、ＱＣＭセンサ１１及び温度センサ３３の近傍に配置され、駆動部４０ｂから電圧が供給されて振動する。

金（Ａｕ）は腐食しにくい金属であるので、ＱＣＭセンサ４１の共振周波数は水分の吸着量と温度とにのみ関係し、腐食の影響を排除できる。

図１７は、本実施形態に係る腐食環境計測装置を使用した腐食環境計測方法を説明するフローチャートである。ここでは、制御部４０に、予め所定の湿度（例えば４０％）の環境下で測定されたＱＣＭセンサ１１，４１の温度特性のデータが記憶されているものとする。

まず、ステップＳ４１において、制御部４０は、駆動部４０ｂを介してＱＣＭセンサ４１への電圧供給を開始する。これにより、ＱＣＭセンサ４１は、その質量に応じた共振周波数で振動する。

次に、ステップＳ４２に移行し、制御部４０は、駆動部４０ｂを介してヒータ３２への電力供給を開始する。

次に、ステップＳ４３に移行し、制御部４０はＱＣＭセンサ４１の共振周波数を取得するとともに、温度センサ３３から出力される信号に基づいてＱＣＭセンサ１１，４１の温度を検出する。その後、ステップＳ４４に移行し、制御部４０は、ステップＳ４３で取得したＱＣＭセンサ４１の共振周波数と、予め測定されたＱＣＭセンサ４１の温度特性とを照合し、ＱＣＭセンサ４１の共振周波数と温度特性から得られる共振周波数とが一致しているか否かを判定する。

ステップＳ４３で取得したＱＣＭセンサ４１の共振周波数が温度特性から得られる共振周波数と所定の範囲内で一致していない場合（ＮＯの場合）は、ＱＣＭセンサ４１の水分付着量が多いと考えられる。この場合は、ステップＳ４３に戻り、ステップＳ４４でＹＥＳと判定されるまでループを繰り返す。

ステップＳ４４でＹＥＳと判定された場合は、ＱＣＭセンサ１１，４１に付着していた水分が十分除去されたと考えることができる。この場合は、ステップＳ４５に移行し、ＱＣＭセンサ１１に電圧を供給して、そのときのＱＣＭセンサ１１の共振周波数を記憶部４０ａに記憶する。

その後、ステップＳ４６に移行し、制御部４０は、駆動部４０ｂを制御してヒータ３２への電力供給を停止する。

次に、ステップＳ４７に移行し、ＱＣＭセンサ１１，４１への電圧供給を停止する。これにより、ＱＣＭセンサ１１，４１の振動が停止する。

次に、ステップＳ４８に移行し、制御部４０は、記憶部４０ａに記憶されているＱＣＭセンサ１１の共振周波数を、温度特性を参照して基準温度（例えば３０℃）における共振周波数に補正する。補正後の共振周波数も、記憶部４０ａに記憶する。

次いで、ステップＳ４９に移行し、制御部４０は、補正後のＱＣＭセンサ１１の共振周波数の変化に基づいて腐食の程度を判定し、必要に応じて表示装置（図示せず）に腐食の程度を表示したり、警報を発生する等の処理を行う。

次いで、ステップＳ５０において、制御部４０は予め設定された終了条件に基づいて処理を終了するか否かを判定し、終了すると判定した場合は上述した腐食環境計測処理を終了する。一方、ステップＳ５０で処理を継続すると判定した場合は、ステップＳ５１に移行する。そして、次の測定タイミングまで待機した後、ステップＳ４１から処理を継続する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に腐食金属膜の表面を乾燥させてからＱＣＭセンサ１１の共振周波数を取得するので、湿度の影響による測定誤差が低減され、腐食性ガスによる腐食の程度を精度よく検出できる。

なお、上記で説明した各実施形態において、ステップＳ１４、ステップＳ２４、ステップＳ４４で共振周波数が一定又は温度特性と一致する判断を行っているが、完全に一定又は一致する必要はない。つまり、どの程度まで吸着水分による測定誤差を低減したいのか、要求する測定精度にしたがって判断基準を設ければよい。高い精度を要求しない場合は、エアーの吹き付けやヒータの加熱による周波数の変化量の割合が精度に依存する所定値よりも小さくなった時点で、上記各ステップで一定又は一致したものと判断し、次のステップに移行する。これにより、測定時間を短縮することが可能になる。

また、特に第２の実施形態では、ステップＳ２８で温度補正をしているが、これに加えて、ステップＳ２４の判断の前に温度補正のステップを追加することが可能である。これにより、温度が一定になる前に、吸着水分の影響が要求する測定精度を満足した場合には測定を終了することができ、測定に要する時間を短縮することが可能になる。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサと、
前記ＱＣＭセンサを乾燥させる乾燥部と、
前記乾燥部を駆動制御するとともに前記ＱＣＭセンサの共振周波数から腐食度を検出する制御部と
を有することを特徴とする腐食環境計測装置。

（付記２）前記乾燥部が、前記ＱＣＭセンサにエアーを吹き付けるものであることを特徴とする付記１に記載の腐食環境計測装置。

（付記３）前記乾燥部に、前記ＱＣＭセンサに吹き付けるエアー中の水分を除去する除湿部を有することを特徴とする付記２に記載の腐食環境計測装置。

（付記４）前記乾燥部が、前記ＱＣＭセンサを加熱するヒータを有することを特徴とする付記１に記載の腐食環境計測装置。

（付記５）前記ＱＣＭセンサの温度を検出する温度センサを有し、前記制御部は前記温度センサにより検出した温度に基づいて前記ＱＣＭセンサの共振周波数を補正することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の腐食環境計測装置。

（付記６）前記制御部には、前記ＱＣＭセンサの温度特性が記憶されていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の腐食環境計測装置。

（付記７）ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサを乾燥させる工程と、
前記ＱＣＭセンサの共振周波数を計測する工程と、
前記ＱＣＭセンサの共振周波数に基づいて腐食度を検出する工程と
を有することを特徴とする腐食環境計測方法。

（付記８）前記ＱＣＭセンサを乾燥させる工程では、前記ＱＣＭセンサにエアーを吹き付けることを特徴とする付記７に記載の腐食環境計測方法。

（付記９）前記ＱＣＭセンサを乾燥させる工程では前記ＱＣＭセンサを加熱し、
前記腐食度を検出する工程では前記ＱＣＭセンサの温度に応じて前記ＱＣＭセンサの共振周波数を補正することを特徴とする付記７に記載の腐食環境計測方法。

１０，３０，４０…制御部、１０ａ，３０ａ，４０ａ…記憶部、１０ｂ，３０ｂ，４０ｂ…駆動部、１１、４１…ＱＣＭセンサ、１２…エアー吹き付け部、２１…水晶振動子、２２ａ，２２ｂ…電極、２３ａ，２３ｂ…腐食金属膜、２４ａ，２４ｂ…リード線、２５…ダクト、２６…除湿部、２７…送風ファン、３２…ヒータ、３３…温度センサ。

Claims (5)

1. ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサと、
   前記ＱＣＭセンサを乾燥させる乾燥部と、
   前記乾燥部を駆動制御するとともに前記ＱＣＭセンサの共振周波数から腐食度を検出する制御部と
   を有することを特徴とする腐食環境計測装置。
2. 前記乾燥部が、前記ＱＣＭセンサにエアーを吹き付けるものであることを特徴とする請求項１に記載の腐食環境計測装置。
3. 前記乾燥部が、前記ＱＣＭセンサを加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１に記載の腐食環境計測装置。
4. 前記ＱＣＭセンサの温度を検出する温度センサを有し、前記制御部は前記温度センサにより検出した温度に基づいて前記ＱＣＭセンサの共振周波数を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の腐食環境計測装置。
5. ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサを乾燥させる工程と、
   前記ＱＣＭセンサの共振周波数を計測する工程と、
   前記ＱＣＭセンサの共振周波数に基づいて腐食度を検出する工程と
   を有することを特徴とする腐食環境計測方法。

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